Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 2007/107674 PCT/FR2007/050969
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Procédé de communication de données entre des systèmes de traitement
hétérogènes connectés en réseau local et système de communication
mettant en ceuvre ce procédé
Domaine de l'invention
L'invention concerne un procédé de communication de données entre
plusieurs systèmes de traitement de données hétérogènes, connectés en
réseau local, dans lequel la configuration des communications est
mémorisée dans un moyen de stockage, relié au réseau et accessible depuis
chaque système de traitement. L'invention concerne également un système
de communication mettant en ceuvre ce procédé.
L'invention trouve des applications dans le domaine de la
communication de données par réseau, notamment par réseau Ethernet,
avec des systèmes de traitement distants ou co-localisés sur une même
machine. En particulier, l'invention trouve des applications dans le domaine
de l'aéronautique et, notamment, de la simulation aéronautique et de la
transmission d'informations à bord d'un aéronef ou destinées à être installées
à bord d'un aéronef.
Etat de la technique
Dans le domaine de la communication de données, il est fréquent de
connecter ensemble différents systèmes de traitement de données par
l'intermédiaire d'un réseau local, tel qu'un réseau Ethernet. Cette liaison
par
réseau local permet aux différents systèmes de traitement d'échanger des
données entre eux, en toute sécurité, c'est-à-dire sans que des systèmes
extérieurs puissent avoir accès à ces données. Dans certains domaines, et
en particulier en aéronautique, ces systèmes sont souvent installés peu à
peu, au fur et à mesure des besoins et de l'évolution de ces besoins.
Généralement, chacun de ces systèmes a été installé ou modifié pour
résoudre un ou plusieurs problème(s) particulier(s).
Par conséquent, chaque système est souvent mis au point dans un
contexte particulier, avec un moyen de communication qui lui est propre. En
particulier, dans le domaine de l'aéronautique, différents systèmes tels que
les calculateurs, les applications informatiques, les simulateurs, etc., sont
réalisés par différents équipementiers, à des périodes différentes, donc avec
une évolution technique différente. Ces différents systèmes sont destinés à
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être installés sur un même aéronef, par exemple dans le cas de la
transmission d'informations à bord d'un aéronef, ou mis en relation les uns
avec les autres, par exemple dans le cas où des moyens de simulation sont
couplés avec des calculateurs de l'aéronef. Chaque système est donc mis en
place avec un moyen de communication qui lui est propre et qui dépend du
type de données à traiter, du contexte économique et du contexte technique
de la période à laquelle le système a été installé. Ainsi, initialement,
chaque
système est étudié pour travailler individuellement et résoudre des
problèmes spécifiques. Cependant, certaines données peuvent être utiles à
plusieurs systèmes de traitement. Aussi, par économie de ressources
matérielles et de temps de traitements, il est fréquent de relier plusieurs
systèmes de traitement entre eux par l'intermédiaire d'un réseau local, du
type réseau Ethernet, pour former un seul système de communication,
appelé aussi réseau de communication. Un tel système de communication
offre alors une architecture globale hétérogène.
Du fait de cette hétérogénéité des systèmes de traitement, la mise en
réseau de ces systèmes nécessite une adaptation de chacun des systèmes
au moyen de communication afin de rendre les données compréhensibles
par chacun des systèmes susceptibles d'émettre ou de recevoir ces
données. En d'autres termes, un système non adapté ne pourrait
comprendre les données transmises depuis un autre système. De même, les
données envoyées par ce système seraient incompréhensibles, donc
inexploitables, par les autres systèmes du réseau. Cette adaptation des
systèmes nécessite la mise en place de moyens de traduction permettant de
traduire une donnée produite dans le format d'un système dans le format
d'un autre système.
On comprend donc que, plus le nombre de systèmes connectés au
réseau est élevé, plus la mise au point de ces moyens de traduction est
complexe et plus le temps d'intégration de ces moyens est long.
En outre, chaque fois qu'un nouveau système est installé et connecté
sur le réseau, il est nécessaire d'adapter les moyens de traduction déjà en
place pour adapter le nouveau système à l'ensemble de communication. La
traduction du format des données du nouveau système doit donc être
incorporée dans les moyens de traduction existants afin que les données de
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ce nouveau système puissent être compréhensibles par les systèmes déjà
en place sur le réseau.
De plus, la maintenance de l'ensemble du système de communication
est difficile et délicate puisque chaque système de traitement nécessite une
maintenance différente avec des solutions différentes. En outre, si un
système est momentanément défaillant, il est impossible de substituer, à ce
système, un autre système du réseau pour réaliser certains au moins de ses
traitements, puisque chaque système a son propre format.
Un tel système de communication à architecture hétérogène présente
donc les inconvénients cités précédemment, avec les conséquences que
cela entraîne sur son coût de fonctionnement qui dépend directement de la
durée de mise au point de la traduction des données et de la recherche des
pannes.
Exposé de l'invention
L'invention a justement pour but de remédier aux inconvénients des
techniques exposées précédemment. A cette fin, l'invention propose un
procédé de communication de données entre plusieurs systèmes de
traitement, dans lequel une même configuration des données est adaptable à
tous les systèmes. Pour cela, le procédé de l'invention propose de stocker
les informations de base relatives aux données et à la topologie du réseau
sous une forme simple, homogène et non équivoque, dans un moyen de
stockage centralisé, accessible par tous les systèmes de traitement. Ce
procédé propose ainsi de mémoriser toutes les informations nécessaires à
tous les systèmes de traitement du réseau de communication, sous une
forme identique, dans un lieu accessible par chacun. Les données sont
échangées entre les systèmes sous la forme de messages ayant une
configuration unique et comportant un nombre d'informations limité au strict
minimum. Ces informations permettent au système récepteur du message de
retrouver, dans le moyen de stockage centralisé, toutes les données
correspondant à ce message.
De façon plus précise, l'invention propose un procédé de
communication de données entre au moins un premier et un second
systèmes de traitement de données connectés en réseau local, chaque
système de traitement étant apte à exécuter au moins une application. Ce
procédé se caractérise par le fait que les données à échanger sont
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organisées dans des messages, ces messages ainsi que les systèmes de
traitement et les applications étant décrits dans des fichiers mémorisés dans
une unité de sauvegarde connectée au réseau et accessible depuis les
systèmes de traitement de données, de sorte que le système de traitement
de données récepteur d'un message est capable, à partir d'informations
fournies dans le message, de retrouver, dans les fichiers de l'unité de
sauvegarde, les données qui lui sont nécessaires.
Le procédé de l'invention peut comporter également une ou plusieurs
des caractéristiques suivantes :
- un des fichiers mémorisés est un fichier machine comportant une
liste de tous les systèmes de traitement avec une adresse sur le réseau de
chaque système, définissant une topologie du réseau.
- un des fichiers mémorisés est un fichier application comportant une
liste de toutes les applications et des systèmes sur lesquels chaque
application peut être exécutée.
- un des fichiers mémorisés est un fichier message comportant toutes
les données pouvant être échangées ainsi que des chemins à emprunter
entre les applications pour transmettre ces données.
- un des fichiers mémorisés est un fichier utilisateur comportant un
nom.
- le fichier machine, le fichier application et le fichier message sont des
fichiers partagés par tous les utilisateurs.
- le fichier utilisateur est spécifique à chaque utilisateur.
- les fichiers sont réalisés au format XML.
- chaque message comporte au moins trois champs de données.
- un premier champ contient un identifiant du message, un deuxième
champ contient une longueur des données du message et un troisième
champ contient des paramètres à échanger.
- le réseau de communication reliant les systèmes de traitement est un
réseau Ethernet.
L'invention concerne également un système de communication de
données comportant une pluralité de systèmes de traitement reliés en réseau
local, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de stockage comprenant :
- un fichier message décrivant toutes les données pouvant être
échangées sur le réseau,
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- un fichier machine décrivant une topologie du réseau de
communication avec une liste de tous les systèmes et de leur adresse
respective sur le réseau,
- un fichier application définissant toutes les applications pouvant être
5 exécutées sur le réseau avec toutes les informations relatives à chaque
application.
L'une unité de stockage est centralisée, installée sur le réseau et
accessible par tous les systèmes de traitement.
Brève description des figures
La figure 1 représente schématiquement un système de
communication selon l'invention.
La figure 2 représente un exemple de message échangé dans le
système de communication de la figure 1, ayant la configuration du procédé
de l'invention.
La figure 3 représente un tableau décrivant des exemples de types de
paramètres d'un message de la figure 2.
Les figures 4, 5, 6 et 7 représentent des exemples de fichiers
enregistrés dans le moyen de stockage centralisé du système de
communication de l'invention.
Les figures 8A et 8B représentent, respectivement, un exemple de
communication de messages dans un système de communication selon
l'invention et un tableau résumant cet échange de.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
L'invention concerne un procédé de communication de données, ou
protocole de communication, permettant un échange de données
homogènes entre plusieurs systèmes de traitement de données reliés par
l'intermédiaire d'un réseau local. Ces systèmes peuvent être installés à bord
de l'aéronef ; ils peuvent être également au sol, en particulier lorsque ces
systèmes sont des moyens de simulation couplés avec des calculateurs
avions afin de valider lesdits calculateurs avant le premier vol. Dans la
suite
de la description, on parlera d'un protocole de communication dans un
aéronef, étant entendu qu'il concerne également des systèmes au sol,
relatifs à l'aéronef. Ce réseau local peut être un réseau Ethernet, ou tout
autre réseau local fonctionnant au moyen d'un protocole de transmission de
données par paquets. La transmission sur le réseau local des données est
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donc réalisée suivant un processus de transmission standard tel que celui du
réseau Ethernet ou du réseau Internet. Les données sont transmises, sur ce
réseau, sous la forme de messages ayant une configuration particulière,
décrite ultérieurement.
Le procédé de l'invention consiste à utiliser une topologie simple,
unique et homogène qui permet de décrire toutes les informations utiles aux
systèmes de traitement de données avec une même configuration et
d'enregistrer la définition de ces informations sur un même et unique moyen
de stockage centralisé, appelé aussi unité de stockage. Cette unité de
stockage fonctionne en utilisant un format connu tel que le format XML. Le
format XML est un langage informatique adapté à la gestion de documents
longs et complexes, comme on en trouve dans les réseaux intranets, et qui
permet à l'utilisateur de sélectionner le type d'information qu'il souhaite
consulter.
La configuration des communications peut aussi être répartie au
niveau de chaque utilisateur, la cohérence étant assurée par le protocole de
l'invention.
Selon l'invention, les informations utiles à mémoriser dans l'unité de
stockage concernent l'identification des utilisateurs du réseau de
communication, à savoir les applications exécutées par les systèmes de
traitement du réseau ainsi que l'identification des différentes données à
échanger. L'invention propose aussi d'identifier les mécanismes de
formatage et de distribution des données de chaque système de traitement.
Pour cela, le procédé de l'invention propose de décrire toutes ces
informations dans des fichiers enregistrés dans le moyen de stockage
centralisé. Chaque fichier regroupe des informations relatives à un même
type d'élément, par exemple les systèmes de traitement, les applications,
etc. En particulier, dans le mode de réalisation préféré de l'invention,
quatre
fichiers permettent de définir toutes les informations utiles à tous les
systèmes de traitement. Comme expliqué plus en détails par la suite, un
premier fichier, appelé fichier machine, décrit la topologie du réseau de
communication avec la liste de tous les systèmes et leur adresse respective
sur le réseau. Un second fichier, appelé fichier application, définit toutes
les
applications pouvant être exécutées sur le réseau avec toutes les
informations relatives à chaque application. Un troisième fichier, appelé
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fichier message, décrit toutes les données pouvant être échangées sur le
réseau avec toutes les informations relatives à ces données. Un quatrième
fichier, appelé fichier utilisateur, identifie tous les utilisateurs du
réseau, c'est-
à-dire le nom de chaque application du réseau.
Un exemple d'un réseau de communication mettant en ceuvre le
procédé de l'invention est représenté sur la Figure 1. Ce réseau de
communication 1 comporte plusieurs systèmes de traitement de données.
Ces systèmes de traitement sont distants les uns des autres ou co-localisés
sur une même machine. Dans l'exemple de la figure 1, un système 111 est
installé sur une machine 11, un système 101 et un système 102 sont
installés sur une machine 10, un système 131 est installé dans une machine
13 et un système 121 est installé dans une machine 12. Ces machines
peuvent être, par exemple, le calculateur de bord d'un aéronef, un simulateur
de vol ou tout autre ordinateur permettant de déterminer des paramètres de
vol de l'aéronef.
Ces systèmes de traitement sont reliés les uns aux autres par un
réseau local. A ce réseau, est également connectée une unité de stockage 2
de toutes les informations utiles à ces systèmes. L'unité de stockage est une
unité de sauvegarde dédiée uniquement à la configuration des données
susceptibles d'être utilisées par les systèmes de traitement de données.
Cette unité de stockage telle que représentée sur la figure 1 correspond à la
configuration des communications. Cette représentation de la configuration
des communications n'est qu'un exemple. La figure 1 n'est pas limitative
quant à la topologie du réseau. L'unité de stockage 2 comporte plusieurs
fichiers, par exemple le fichier machine 21, le fichier application 22, le
fichier
message 23 et le fichier utilisateur 24, décrits en détails ultérieurement.
La caractéristique particulière de cette unité de stockage 2 est d'être
sauvegardée de façon permanente ou quasi permanente. Tous les systèmes
de traitement de données du réseau 1 ont accès à cette unité de stockage 2.
Cette unité de stockage constitue ainsi un moyen centralisé de sauvegarde
des informations. Cette unité de stockage 2 permet d'assurer une
homogénéité parfaite du réseau de communication, car toutes les
informations y sont décrites de la même façon. Ainsi, tout système de
traitement accédant à une information est sûr d'avoir la même information
que celle reçu ou émise par un autre système du réseau. Ceci permet au
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réseau de communication d'être cohérent puisque toutes les informations
nécessaires sont rassemblées en un lieu unique avec une configuration
unique. Les informations ne peuvent ainsi être comprises que d'une seule et
unique façon par tous les systèmes de traitement du réseau. Il n'y a donc
aucune mauvaise interprétation possible. Le protocole de communication
selon l'invention est donc non équivoque.
Un avantage supplémentaire de cette unité de stockage centralisé 2
est que chaque modification de donnée peut être connue de tous les
systèmes de traitement. La modification est apportée uniquement dans le ou
les fichiers contenant cette donnée et elle est répercutée aux systèmes
lorsque ceux-ci la recherche dans l'unité de stockage. En outre, si le procédé
de l'invention a choisit un format classique, tel que le format XML, alors la
configuration du réseau est évolutive, aussi bien en nombre d'objets qu'en
attributs caractérisant chaque objet. Il permet ainsi une rapidité
d'intégration
et de couplage d'un système puisque seuls les fichiers de l'unité de stockage
doivent être modifiés lors de l'intégration d'un nouveau système. En aucun
cas, les utilisateurs du réseau ne voient leur interface de communication
évoluer.
Dans ce réseau de commutation selon l'invention, les données sont
échangées entre les systèmes de traitement au moyen de messages
circulant sur le réseau. Un message est un élément de base dans la
transmission sur le réseau. Pour assurer l'homogénéité du réseau, les
messages ont tous une configuration unique, c'est-à-dire qu'ils comportent
tous les mêmes champs, placés dans le même ordre.
Sur la figure 2, on a représenté un exemple de message ayant une
configuration conforme à l'invention. Ce message comporte un premier
champ ch1, appelé champ identifiant et correspondant à l'identification du
message concerné. Il comporte un second champ ch2, appelé champ
longueur et donnant la taille du message exprimée en octets. Il comporte un
troisième champ ch3, appelé champ paramètre, qui contient tous les
paramètres, ou données, à transmettre sur le réseau. Ainsi, chaque message
circulant sur le réseau local est identifié par un numéro unique.
Les messages étant les éléments de base échangés entre les
utilisateurs, c'est-à-dire entre les applications exécutées par les systèmes
de
traitement, chaque message contient :
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- l'identité du message, cette identité se présentant sous le forme d'un
nombre entier,
- la longueur du message, ce qui permet à l'utilisateur récepteur du
message de retrouver le type des données transmises,
- les paramètres, c'est-à-dire les données qui doivent être transmises
à un autre utilisateur. Le système récepteur du message, ou utilisateur
receveur, est capable, à partir des informations fournies dans le message, de
retrouver, dans les fichiers de l'unité de stockage, les données qui lui sont
nécessaires. En particulier, à partir de la longueur du message, le système
récepteur est capable de retrouver le type des données et, à partir des
paramètres du message, il est capable de déterminer la valeur de ces
données.
La figure 3 représente, sous la forme d'une table, des exemples de
types de paramètres, ou types de données, qui peuvent être contenus dans
un message. Cette table comporte une liste des types avec la longueur, en
octets, qui leur correspond. C'est cette valeur en octet qui est transmise
dans
le message. A réception d'un message, le système récepteur regarde, dans
la configuration des communications, les caractéristiques du message qu'il
vient de recevoir en se basant sur l'identité du message (premier champ). Il
compare la longueur (deuxième champ) avec la longueur théorique trouvée
dans la configuration, à des fins de vérification de la bonne santé des
communications, puis découvre l'ensemble des paramètres qui composent le
message (troisième champ) afin de pouvoir assurer le décodage. Ces
paramètres peuvent être, par exemple, un nombre entier, un octet, un
nombre réel, un tableau ou encore un paramètre à taille variable. Dans le cas
où le type élémentaire est un paramètre à taille variable, le procédé de
l'invention permet de minimiser la bande passante en ne transportant que le
strict nécessaire.
L'avantage de transmettre la longueur est de diminuer la taille du
message, ce qui facilite son transfert. En effet, en réduisant la taille du
message à son strict minimum, cela permet d'économiser la bande passante
et d'assurer une transmission plus rapide du message. Le fait de connaitre
les débits exacts et les volumes d'informations transportées permet de
maîtriser la bande passante et donc d'anticiper des éventuels problèmes
d'engorgement.
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L'ensemble de la configuration du message qui vient d'être décrite
permet de limiter la taille des messages au strict minimum. Ainsi, chaque
message circulant sur le réseau est réduit à son minimum, ce minimum étant
toutefois suffisant pour que le message puisse être compris par le système
5 récepteur. On comprendra, cependant, que d'autres configurations de
message peuvent aussi être utilisées.
Comme expliqué précédemment, toutes les données susceptibles
d'être utilisées dans le réseau de communication de l'invention sont définies
et enregistrées dans une unité de stockage unique et centralisée ou répartie
10 au niveau de chaque acteur. Ces données sont réparties dans plusieurs
fichiers de configuration, chaque fichier étant associé à une fonction
particulière ou un élément particulier du réseau. Les données sont ainsi
dissociées en plusieurs fichiers, ce qui permet de faciliter la description
physique du réseau de communication, des applications ainsi que des
caractéristiques statiques et dynamiques des données.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les données sont
réparties dans quatre fichiers, déjà cités précédemment :
- le fichier machine décrit la topologie du réseau. Un exemple de ce
fichier est représenté sur la figure 4. Ce fichier décrit toutes les
informations
et caractéristiques relatives à chacun des systèmes de traitement de
données du réseau. Ce fichier liste notamment les machines sur lesquelles
les différents systèmes sont implantés. Ce fichier liste également les
adresses de ces systèmes sur le réseau, sous le nom d'adresses IP. Ce
fichier machine est partagé par tous les utilisateurs, c'est-à-dire que toutes
les applications peuvent y avoir accès depuis n'importe quel système de
traitement du réseau.
- le fichier application identifie toutes les applications susceptibles
d'être exécutées dans les systèmes de traitement du réseau. Un exemple
d'un tel fichier est représenté sur la figure 5. Ce fichier application liste
toutes
les applications du réseau. Il décrit, pour chaque application, les systèmes
de
traitement sur lesquelles l'application peut être exécutée. Il décrit
également,
pour chaque application, les liens entre les différents paramètres. Ces liens
définissent des chemins de communication, appelées canaux de
communication (channel en termes anglo-saxons). Ces canaux sont définis
par leur nom, leur adresse IP, le type de formatage (endianness, en termes
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anglosaxons) et leur numéro de port au sens UDP/TCP. Les ports TCP et
UDP sont des modes de synchronisation des données avec, respectivement,
une garantie ou non que l'arrivée et l'ordre d'arrivée des données soit
respecté. Le fichier application Ce fichier application est partagé par tous
les
utilisateurs.
- le fichier message identifie toutes les données, ou paramètres,
susceptibles d'être échangées. Un exemple d'un tel fichier est représenté sur
la figure 7. Ce fichier message liste tous les messages et décrit, pour chaque
message, le type du message, le type de communication ainsi que la période
de communication. Le fichier message décrit aussi, pour chaque message,
l'application émettrice du message, l'application réceptrice ainsi que les
canaux à emprunter pour aller de l'application émettrice à l'application
réceptrice. Il contient également l'identification du message ainsi que la
longueur du message à transmettre. Finalement, il définit les paramètres
contenus dans chaque message ainsi que le type et la taille de ces
paramètres. Le fichier message est un fichier partagé par tous les
utilisateurs.
- le fichier utilisateur identifie l'utilisateur lui-même, c'est-à-dire
l'application concernée. Un exemple d'un tel fichier utilisateur est
représenté
sur la figure 6. Ce fichier utilisateur comporte le nom de l'application dont
les
communications doivent être prises en compte. Ce fichier permet de
substituer à un premier utilisateur, un second utilisateur, simplement en
changeant le nom de l'utilisateur dans ledit fichier. Ce fichier utilisateur
est
spécifique à chaque utilisateur. Il ne peut être consulté par les autres
utilisateurs.
Sur les figures 8A et 8B, on a représenté un exemple de réseau de
communication selon l'invention, dans lequel trois systèmes de traitement de
données H1, H2, H3 sont reliés par un réseau Ethernet. Le système H1 et le
système H3 utilisent des processeurs du type Little. Le système H2 utilise un
processeur travaillant suivant le mode Big. Les types Little et Big sont deux
façons différentes et non compatibles de représenter des données en
mémoire. Le système H1 héberge plusieurs applications, à savoir les
applications A1 et A2. Le système H2 héberge l'application A3 et le système
H3 héberge l'application A4.
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Chacune de ces applications utilise un canal C pour transmettre ses
informations sur le réseau. Par exemple, l'application Al transmet ses
messages Ml et M2 par le canal Cl vers l'application A3 et son message M4
par le canal C2vers l'application A4. L'application A3 transmet son message
M3 par le canal C4 vers l'application Al. L'application A4 transmet son
message M6 par le canal C5 vers les applications A2 et A1. L'application A2
transmet son message M5 par le canal C3 vers l'application A4.
Chaque canal C1, C2, C3, C4 ou C5 est repéré par une adresse IP et
un port TCP ou UDP. Des exemples d'adresses de ces canaux sont notés
sous chaque système H1, H2 et H3.
Les échanges de messages entre ces trois systèmes H1, H2 et H3
sont résumés dans le tableau de la figure 8B. Ce tableau regroupe ainsi les
informations relatives aux différents messages émis sur le réseau local, dans
l'exemple de réseau de la figure 8A. Par exemple, la première émission de
message identifiée 1 envoie le message M1 depuis l'application A1 par le
canal C1 vers l'application A3 par le canal C4. Les paramètres transmis par
le message M1 sont le paramètre 132 et le paramètre F64. Ce paramètre F64
est une donnée de type réel de 64 bits avec 5 réels. Le paramètre 132 est un
entier de 32 bits.
Chaque application et chaque message étant préalablement définis
dans l'unité de stockage, un message échangé entre deux systèmes de
traitement prend directement en compte les différences de format des deux
systèmes, sans adaptation nécessaire. En effet, les fichiers de description
des informations prennent en compte les caractéristiques de chaque
système, ce qui a pour effet que le système lui-même n'a pas de formatage
ou de déformatage à gérer ; il a simplement à réceptionner le message et à
regarder dans le fichier à quoi correspond ce message. Le changement de
format est transparent. Dans l'exemple de la figure 8A, le changement de
format, pour passer d'un mode Little ou à un mode Big (qui sont deux modes
différents de rangement des données en mémoire), est transparent pour les
systèmes H 1, H2 et H3.
