Vers la réalisation d un outil collecticiel à collaboration directe pour le contrôle aérien

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1 DEA Informatique Fondamentale et Parallélisme Institut National Polytechnique de Toulouse Vers la réalisation d un outil collecticiel à collaboration directe pour le contrôle aérien Hélène Uninski Juillet 1998 CENTRE D'ETUDES DE LA NAVIGATION AERIENNE Responsable de stage : Stéphane Chatty Directeur de recherche : Jean-Marc Alliot

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3 Résumé Le contrôle aérien est un système dont la capacité pourrait être limitée par la faiblesse des moyens mis à la disposition des contrôleurs aériens pour échanger des informations en temps réel. Améliorer la gestion des plans de vol, objets par essence centralisés et peu dynamiques, ne règle que partiellement ce problème. Le TCAO, supporté par l essor des systèmes distribués, fournit des outils informatiques, les collecticiels, réalisant un fort couplage entre utilisateurs. Cependant, les collecticiels actuels ne répondent pas à nos attentes en termes de coordination. Ils contraignent en effet les personnes à utiliser des protocoles rigides issus des algorithmes des systèmes distribués alors que le recours aux protocoles sociaux s avère plus naturel et plus riche. Nous nous proposons de réaliser, dans le cadre du contrôle aérien, une interface à collaboration directe dans laquelle est exploitée l aptitude naturelle des personnes à se coordonner. Pour cela, nous proposons l intégration dans le collecticiel des moyens de communication et l introduction d objets de coordination, les avenants, dont la manipulation et la circulation révèlent les actions et les intentions des contrôleurs aériens. mots clés collaboration, collecticiel, contrôle aérien, TCAO, système distribué. 1

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5 Abstract The capacity growth of ATC could be limited by the inefficiency of the system to provide a good means to exchange real-time information. CSCW, thanks to progress in distributed systems, provides groupware applications which enable a group of users to work together. However, existing groupware applications do not meet our needs in terms of coordination. They propose rigid protocols since they are inspired from computer technologies whereas the use of human protocols is more subtle and natural. In ATC context, we propose to exploit the natural capacity of controllers to cooperate in what we call direct collaboration interface. The first step toward designing such interface is to integrate communication channels into groupware application. The second step is to introduce significant objects, flight alterations, whose manipulation and circulation reveal controllers actions and intentions. key words ATC, collaboration, CSCW, distributed system, groupware. 3

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7 Remerciements Je remercie Stéphane Chatty pour m avoir accueillie au sein de son équipe pendant cette année : ses conseils sur les plans technique et humain ont toujours été enrichissants. Je tiens également à remercier Stéphane Sire pour ses idées originales, Johnny Accot pour son soutien technique et Philippe Quéinnec pour sa contribution. Je formule ma gratitude envers toute l équipe PII dont les divers membres ont toujours été disponibles lorsque j avais des problèmes à résoudre. 5

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9 Table des matières Résumé 1 Abstract 3 Remerciements 5 1 Position du problème Introduction Situation de l étude Le travail du contrôleur aérien Les problèmes identifiés Analyse des problèmes Axesdetravail Les outils disponibles Les systèmes distribués Les différentstypes La technologie Les algorithmes Le Travail Coopératif Assisté parordinateur Laclassificationespace-temps La classification fonctionnelle Systèmes distribués et collecticiels : une analyse critique Les niveaux de distribution La philosophie des systèmes distribués L utilisation des algorithmes Collaboration directe et contrôle aérien Lacollaborationdirecte Origine Caractéristiques Application au contrôle aérien Le modèledescontratsdevoletdesavenants Exploitation du modèle

10 TABLE DES MATIERES 4 Un outil d échange d avenants L interface d échanged avenants La métaphore de la surface d échange La métaphore du tunnel Extensions de la métaphore de la surface d échange Architecture de l outil collecticiel réalisé Choix Conséquences Communicationsentreapplications Principe de fonctionnement Intégration dans un poste de contrôle Lesmessagescirculantsurlebuslogiciel Architectureglobale Conclusion Evaluation auprès des utilisateurs Perspectivesderecherche De nouvelles métaphores et de nouveaux objets àéchanger Extension à une coopérationsol-bord Conclusion générale Bibliographie 43 Annexes 47 A Liste des messages émis et reçus sur le bus par l application COORDINATION 49 B Scénarios de trafic aérien 51 B.1 scénario B.2 scénario B.3 scénario B.4 scénario C Glossaire 55 8

11 Chapitre 1 Position du problème 1.1 Introduction Le contrôle aérien est un système dont la capacité a été progressivement améliorée ces dernières années. Cependant, cette augmentation de capacité pourrait être freinée dans un futur proche par deux éléments significatifs. Le premier se situe au niveau de la position de travail : le contrôleur aérien possède une efficacité limitée pour interagir avec le système. Toutefois, de nombreuses études très prometteuses explorent de nouvelles techniques d interaction et de représentation graphique. Le second élément limitatif concerne la faiblesse des moyens que le système met à disposition des contrôleurs pour collaborer entre eux. Le contrôle aérien est en effet une activité qui nécessite une grande collaboration entre les positions de contrôle. Par exemple, lorsqu un contrôleur aérien veut modifier les paramètres de vol d un aéronef de telle manière que cela affecte un autre contrôleur, il doit téléphoner à ce contrôleur pour négocier la modification. A mesure que le trafic augmente, le nombre de communications devient plus important, révélant les limites des moyens de communications dont disposent les contrôleurs. Dans un cadre plus général, deux grands domaines d études proposent des outils pour assurer un plus grand degré de coopération entre utilisateurs. D une part, le Travail Coopératif Assisté par Ordinateur (TCAO) étudie des outils de communication, d échange et de partage de données permettant à des personnes de collaborer. Ce domaine a été imaginé pour pallier les défauts des ordinateurs personnels qui n offrent pas d interaction avec d autres interlocuteurs éventuels et s intéresse particulièrement à la notion de groupes d utilisateurs engagés dans une activité commune. D autre part, profitant des progrès des réseaux de communication, le domaine des systèmes distribués propose de nombreux algorithmes visant à améliorer la coopération entre les machines d un même réseau. Nous nous proposons de préciser plus finement les problèmes rencontrés dans le contrôle aérien pour pouvoir déterminer dans quelle mesure les systèmes distribués et le TCAO sont susceptibles de répondre aux besoins du contrôle aérien. Nous étudierons par la suite des pistes pour la réalisation d un système collecticiel de contrôle aérien. 1.2 Situation de l étude Un stage d un mois effectué en salle de contrôle au Centre Régional de la Navigation Aérienne Sud- Ouest (CRNA/SO) de Bordeaux [1] nous a permis d appréhender le travail du contrôleur aérien et plus particulièrement les aspects liés à la coordination. 9

12 1. Position du problème Le travail du contrôleur aérien L espace aérien est découpé en volumes appelés secteurs de contrôle. Un secteur de contrôle appartient soit à l espace inférieur, allant du sol au niveau de vol 195, soit à l espace supérieur, situé au-dessus du niveau de vol 195. Une position de contrôle est occupée en général par deux contrôleurs dont la charge est d assurer le bon déroulement des vols dans un secteur précis. L organisation d une position de contrôle s appuie sur le partage des tâches entre le contrôleur radariste et le contrôleur organique. Le contrôleur radariste est en contact avec les pilotes et leur donne des instructions ou clairances. Pour cela, il dispose d un écran radar sur lequel il visualise la position des avions évoluant dans le secteur. Une radio lui permet d être en contact avec tous les pilotes réglés sur sa fréquence (voir figure 1.1). écrans RADAR tableau de strips Digitatron platine téléphonique Figure 1.1: Outils de travail du contrôleur radariste (à gauche) et du contrôleur organique (à droite) Le contrôleur radariste travaille également avec un tableau, dit tableau de strips, situé entre son contrôleur organique et lui, sur lequel sont disposés des strips. Le strip constitue en effet un élément essentiel à leur travail [2]. C est une bande de papier sur laquelle sont inscrits les éléments du plan de vol intéressant le contrôle aérien. Le contrôleur organique organise le trafic à partir du tableau de strips. En cas de besoin, il est en communication téléphonique avec les secteurs adjacents, qu ils soient dans le même centre, dans un autre centre ou encore dans une approche. Il dispose d un écran radar plus petit que celui de son collègue, d une platine téléphonique dite Sigphone qui lui propose des lignes directes avec la plupart des secteurs adjacents, et des strips qu il arrange sur le tableau prévu à cet effet. Une imprimante fournit à la position les strips correspondant aux vols intéressant le secteur contrôlé. Un écran tactile, appelé Digitatron, présente la liste des vols sous la responsablitité de la position et permet de modifier les éléments de vol présentés sur les strips (voir figure 1.1). On peut discerner deux fonctions du strip : la première est l organisation du trafic et la détection des conflits et se situe au niveau de la position de contrôle. La deuxième est la circulation de l information sur le vol entre les secteurs de contrôle et concerne la collaboration entre positions. 10

13 1. Position du problème Au niveau de la position, le contrôleur organique dispose les strips sur le tableau selon une méthode qui lui permet de détecter les conflits éventuels. Associé au crayon avec lequel les contrôleurs les annotent, le strip aide à mémoriser le trafic et les actions faites sur le trafic (voir figure 1.2). Chaque instruction transmise au pilote est notée sur le strip. Entre les positions, la diffusion des strips est réalisée par le Système de Traitement de Plans de Vol (STPV) qui distribue les strips automatiquement aux positions concernées. La saisie par un contrôleur d une modification d un élément du strip via le Digitatron provoque la réimpression du strip actualisé sur toutes les positions desservies. Ce système de communication informatique vient compléter un ensemble de communications reposant essentiellement sur le téléphone. Un appel téléphonique entre deux positions s impose dans les deux situations suivantes. D une part, le Digitatron ne permet de modifier les éléments inscrits sur le strip et de répercuter ces modifications aux autres positions via le STPV que pendant un temps limité. Au-delà de ce temps, toute modification effectuée exige pour être transmise un appel téléphonique. D autre part, il existe des paramètres de vol, tels que le cap et le mach de l aéronef, qui n apparaissent pas sur le strip. Si le contrôleur radariste a donné au pilote, pour des raisons de trafic ou de mauvaises conditions météorologiques, des valeurs de consigne affectant un autre secteur, un appel téléphonique s impose pour signaler ces restrictions. Ces appels téléphoniques, effectués en général par le contrôleur organique, sont appelés des coordinations téléphoniques intersecteurs. Lors de notre séjour en salle de contrôle, nous avons, à l aide d un casque et au côté du contrôleur organique, assisté à de nombreuses coordinations téléphoniques. Ces observations nous ont permis d identifier plusieurs types de coordination selon les secteurs de contrôle et des points à améliorer. Figure 1.2: Strip annoté par un contrôleur Les problèmes identifiés Les observations [1] effectuées en salle de contrôle, enrichies des témoignages recueillis, ont abouti à l identification de plusieurs problèmes. Il se peut tout d abord que le téléphone sonne alors que le contrôleur est déjà en communication sur une autre ligne. La sonnerie est à ce moment-là assez perturbante et peut nuire à l efficacité de la coordination en cours. Le trafic aérien connaît en effet des heures de pointe pendant lesquelles l impression générale des contrôleurs est d avoir trop d appels. De plus, certaines coordinations téléphoniques s avèrent plus urgentes que d autres. Il est plus urgent de signaler un vol évoluant en altitude qu un changement de piste sur un aérodrome. L activation sur le Digitatron de plans de vol pour les approches ne possédant pas de système automatisé peut occuper la ligne téléphonique assez longtemps, ce qui peut par exemple empêcher un éventuel appel plus urgent d aboutir. De degré d urgence et de durée variables, les coordinations sont cependant toutes réalisées via le même moyen de communication. Des malentendus peuvent enfin survenir au cours d une coordination téléphonique, par manque de clarté ou d attention de la part des interlocuteurs. Par exemple, la désignation du ou des avions objets de la coordination n est parfois pas très précise. Pour le contrôleur organique à l origine de 11

14 1. Position du problème l appel, la situation du ou des aéronefs concernés est évidente, ce qui n est pas forcément le cas de son interlocuteur dont l attention pouvait être monopolisée par un autre problème avant l appel téléphonique. Si le contrôleur organique appelant, pris dans le feu de l action, ne prend pas la peine de localiser géographiquement l aéronef, le contrôleur organique recevant l appel peut mettre du temps à comprendre de quoi il s agit. Tous ces problèmes représentent des obstacles à une collaboration claire et rapide entre contrôleurs et compromettent donc le bon déroulement des vols. Nous nous proposons par conséquent de les analyser de façon à dégager les améliorations possibles Analyse des problèmes Limites des outils de communication Les problèmes identifiés révèlent les limites des outils fournis aux contrôleurs pour se coordonner. De nombreuses conditions doivent en effet être remplies pour que le téléphone soit un moyen direct de communication d informations : la ligne téléphonique ne doit pas être occupée, l interlocuteur doit être disponible, des bruits parasites ne doivent pas venir le perturber au cours de l appel de façon àce qu il saisisse sans ambiguïté de quoi il s agit. L introduction d un système informatique de communication, le STPV, a toutefois diminué le nombre de coordinations téléphoniques. Avant toute automatisation, des opérateurs recevaient des coups de téléphone et faisaient les strips à la main. Lamise enservice du premier STPVa permis une distribution et une impression automatiques des strips. Le transfert d un vol d un secteur à l autre se faisait cependant par téléphone d un contrôleur organique à l autre, ces derniers recopiant manuellement les mises à jour sur le strip. La fonction d activation automatique ajoutée au STPV a supprimé une partie de ces communications téléphoniques. Le transfert des aéronefs respectant les conditions de transfert précisées sur les strips se fait désormais sans communication verbale, les communications téléphoniques restant réservées aux avions dits à problème. Le STPV constitue donc un système de circulation de l information se substituant en partie au dialogue téléphonique. Actuellement, la plupart des coordinations téléphoniques concerne la transmission d informations annotées de façon manuscrite sur le strip qui ne peuvent pas ou qui n ont pas pu être transmises aux autres positions via le STPV. Ce dernier est en fait une base de données centralisée à laquelle chaque position de contrôle peut accéder grâce au Digitatron. Il fournit, environ dix minutes avant l entrée du vol dans un secteur, le strip imprimé de ce vol à la position concernée. Une modification des éléments du strip effectuée via le Digitatron provoque la réimpression du strip sur toutes les positions déjà desservies. Le rôle du STPV est donc de présenter les informations actualisées intéressant le contrôle aérien et d assurer la distribution des strips en vue de permettre une collaboration entre contrôleurs. Le STPV ne permet cependant que la communication des éléments de vol anticipés figurant sur le strip. En effet, la longueur de la chaîne de communication entre les deux contrôleurs organiques, passant successivement par l intermédiaire du Digitatron, du STPV et du strip réimprimé, implique qu une modification de dernière minute ne peut circuler directement entre les positions que par l intermédiaire d appels téléphoniques. Le STPV n est pas destiné à la communication des informations de type temps réel qui reste actuellement téléphonique. La circulation des informations anticipées est prise en charge par le système informatique, le téléphone prenant le relais du système informatique lorsqu il s agit de transmettre des informations en temps réel. D autre part, des informations ne figurant pas sur le strip sont parfois intéressantes pour le contrôle et sont donc transmises entre les positions par téléphone, le STPV ne permettant la circulation que d un certain type d informations. Or le contrôle aérien de nos jours ne peut reposer seulement sur l échange d informations anticipées : le trafic augmentant, les contraintes subies en temps réel par les aéronefs sont de plus en 12

15 1. Position du problème STPV téléphone téléphone Le même strip circulait de position en position. Le STPV centralise l information et la redistribue. Figure 1.3: La circulation de l information, autrefois et aujourd hui plus nombreuses et impliquent une étroite collaboration entre contrôleurs. Les coordinations seraient donc allégées s il y avait un outil permettant une meilleure circulation de l information entre les positions de contrôle et offrant les mêmes possibilités de communication qu un contact direct entre les interlocuteurs, comme cela était le cas avant toute automatisation du système (voir figure 1.3). Le même strip circulait en effet à travers la salle de contrôle, porté de position en position par les contrôleurs [2]. Tentatives d améliorations entreprises Des tentatives d améliorations des outils d assistance aux coordinations inter-secteurs ont déjà été entreprises. Des travaux ont été menés pour la définition d un nouveau STPV, DAARWIN. A travers une approche architecturale, ils induisent une tentative de transposer sur le système informatique les communications de type temps réel en conservant les mêmes techniques que pour la communication d informations anticipées. Le projet SYSCO vise à fournir des fonctions de coordination assistées par le système. L échange des informations de type temps réel est assuré uniquement par le système informatique. Des messages prédéfinis à envoyer, tels que Request of Frequency (ROF), Accept (ACP), Reject (RJC) ou Coordination (CDN), sont proposés pour supporter le dialogue de coordination [3]. Ces échanges de messages se font à travers les étiquettes attachées à chaque vol sur l image radar. L évaluation de cet outil par des contrôleurs a montré l efficacité delanégociation électronique. Cependant, la charge visuelle a été jugée trop importante en raison de recouvrements d étiquettes dès que le trafic augmente. Cette concentration visuelle entraîne une augmentation de la charge de travail du contrôleur paradoxalement due aux fonctions de coordination. Une autre amélioration de communication entre les contrôleurs a été proposée en imaginant un média-space pour les mains [4]. Cette approche confie l échange des informations de type temps réel conjointement à l informatique et au téléphone. Dans le prototype imaginé, le contrôleur choisit le secteur avec lequel il veut communiquer et pointe le strip qui fait l objet de la coordination. Ce strip et l image des mains apparaissent alors sur l écran du secteur contacté avec un bouton OK et l icône d un téléphone. Si le contrôleur contacté accepte les conditions de la coordination, il appuie sur le bouton OK. S il veut en discuter, il appuie sur l icône du téléphone et une liaison audio est établie. Le prototype Duophone [5], réalisé au CENA, propose l intégration de la liaison téléphonique à l image radar. L échange d informations de type temps réel est assuré en partie par le support informatique et en partie par une liaison téléphonique. En utilisant la représentation d un vol sur 13

16 1. Position du problème l image radar, un contrôleur peut directement contacter le contrôleur en charge de ce vol à partir d un geste tracé sur le vol. Le contrôleur contacté identifie le vol concerné par la coordination téléphonique grâce à l icône de téléphone apparaissant à côté. Il décroche en appuyant sur l icône. Chacun des contrôleurs en liaison téléphonique possède alors un télépointeur lui permettant de désigner tout objet présenté sur l image radar. Ces deux derniers prototypes, contrairement au projet SYSCO, ont l avantage de simplifier les procédures habituelles en intégrant la liaison téléphonique aux objets d intérêt de l environnement tels que le strip et l image radar. Ils ne fournissent cependant pas de support pour une véritable négociation électronique. Les quatre protoypes cités révèlent en fait deux approches différentes : les deux premiers essaient d intégrer l échange de messages de type temps réel à un système informatique du type STPV, alors que les deux derniers proposent des technologies de communication différentes issues du Travail Coopératif Assisté par Ordinateur (TCAO) Axes de travail L analyse des problèmes rencontrés lors de situations de coordination montre que nous avons besoin d un outil permettant un processus de négociation électronique et constituant une solution alternative au téléphone pour une meilleure circulation de l information. Le STPV et le Digitatron proposent un premier moyen de collaboration entre contrôleurs permettant, dans certains cas, de s affranchir de l utilisation du téléphone. Ils ne sont cependant pas suffisants : la centralisation que le STPV opère implique que l information ne circule pas vraiment entre les positions. Il faut rechercher une architecture plus adéquate à la transmission en temps réel de l information. Une revue du domaine des systèmes distribués va nous permettre de dégager les types de systèmes et les algorithmes qui, associés aux réseaux informatiques, permettent un fort couplage entre utilisateurs. D autre part, du point de vue des utilisateurs, les tentatives d amélioration précédemment menées montrent qu un outil, pour être avantageux, doit faciliter la collaboration entre utilisateurs tout en n apportant pas de modifications significatives à leurs habitudes de travail. Pour cela, un des moyens utilisés dans les travaux précédemment cités est d exploiter, pour supporter la coordination, des objets d intérêt de l environnement de travail qui restent àdéfinir dans le cadre du contexte aérien. Le domaine du TCAO étudie des outils de communication, d échange et de partage de données pour supporter la collaboration entre utilisateurs. S appuyant sur la technologie des systèmes distribués, le TCAO possède ses propres spécificités que nous nous proposons de considérer. La revue des travaux existants dans les domaines des systèmes distribués et du TCAO va nous permettre d analyser les relations entre ces deux domaines et d introduire le concept général de la collaboration directe développé au CENA. Nous appliquerons ce concept au contrôle aérien de façon àréaliser un outil supportant une véritable collaboration entre opérateurs. 14

17 Chapitre 2 Les outils disponibles Nous nous proposons dans ce chapitre d examiner les outils proposés par les systèmes distribués et le Travail Coopératif Assisté par Ordinateur pour supporter la collaboration entre utilisateurs. 2.1 Les systèmes distribués Les différents types Les systèmes distribués peuvent être définis comme un support à la coopération entre ordinateurs connectés en réseau. Le degré de coopération entre machines varie d un système à l autre. Certains sytèmes tendent à privilégier l autonomie de chaque noeud du réseau, diminuant ainsi le degré de coopération entre les noeuds. D autres au contraire visent à établir une grande coopération entre machines créant alors une forte inter-dépendance entre elles. La plupart cependant essaient de trouver un compromis entre préserver l indépendance de chaque noeud et instaurer une totale coopération entre les noeuds du réseau. On peut distinguer plusieurs classes de systèmes : La première classe regroupe les systèmes dans lesquels des ordinateurs personnels sont interconnectés par un réseau et conservent leur autonomie de fonctionnement. Ces systèmes proposent en général aux utilisateurs d interagir grâce au courrier électronique. Les systèmes à ressources partagées permettent un accès aux ressources, qu elles soient locales ou distantes, à partir d une station de travail. La justification de tels systèmes est le coût élevé de certaines ressources qu il est donc intéressant de partager à travers un réseau. Les systèmes multi-serveurs permettent à plusieurs serveurs d assurer le même service. Les systèmes d exploitation répartis sont des systèmes qui gèrent les ressources à travers un environnement distribué. La plupart de ces systèmes sont basés sur le modèle client-serveur : des clients font des requêtes qui sont exécutées par des serveurs sur des sites différents. L autonomie de fonctionnement des noeuds d un réseau est souvent plus importante que la coopération entre ces noeuds. La plupart des systèmes informatiques commercialisés proposent donc le courrier électronique comme seul moyen standard de coopération entre utilisateurs. Les systèmes à ressources partagées fournissent en plus l accès à des ressources telles que les imprimantes et les systèmes globaux de fichiers. Les systèmes de gestion de fichiers multi-serveurs [6] sont intéressants dans le cadre de notre étude car ils proposent des mécanismes de gestion de base de données sur un réseau. Ces systèmes assurant 15

18 2. Les outils disponibles la transparence de la distribution géographique des serveurs, les services, bien qu implémentés de façon distribuée, apparaissent conceptuellement centralisés. D autre part, plusieurs serveurs assurant le même service, le système offre une grande résistance aux pannes : si un serveur tombe en panne, les autres continuent à assurer les services proposés. Le STPV pourrait bénéficier de cette technique, la création d un objet se faisant sur un serveur au choix, l accès en référence étant possible par une localisation du serveur de l objet. Les environnements de programmation répartie sont en cours de standardisation. On peut distinguer deux approches, les approches système d exploitation et environnement d exécution. L approche système d exploitation ou système ouvert consiste à concevoir des noyaux d exécution répartie sur des machines nues tels que les noyaux CHORUS et AMOEBA. L approche environnement d exécution ou système fermé prend en compte l hétérogénéité aux niveaux langage et système d exploitation des machines d un même réseau. Construits à partir des systèmes d exploitation existants, des systèmes tels que CORBA et DCE visent à offrir un standard d environnement de calcul réparti et permettent la coopération entre machines très différentes. Le modèle de programmation ISIS et son successeur Horus [7], simplifient la réalisation d une application répartie robuste et peuvent donc être avantageux à utiliser pour la réalisation d applications collaboratives de groupe La technologie Le fonctionnement des systèmes distribués dépend de la liaison physique entre machines et de la bonne transmission des données. Les machines peuvent être connectées entre elles par des réseaux soit locaux, soit étendus. Les réseaux locaux Ethernet possèdent un débit de 10 Mbits/s alors que les réseaux étendus tels que Arpanet et PSS proposent un débit de 64KBits/s. Ces performances s avèrent suffisantes pour supporter les applications de base du TCAO. Les nouveaux réseaux à haute vitesse sont très intéressants dans le cadre de notre étude car ils permettent la transmission du son et de l image sur des grandes distances. Le tableau ci-dessous présente les performances de ces réseaux. réseau débit classification FDDI 100Mbits/s réseau local (Local Area Network) Basic rate ISDN 64kbits/s réseau étendu (Wide Area Network) Primary rate ISDN 2Mbits/s WAN Broadband ISDN 155Mbits/s WAN Figure 2.1: Performances en débit des réseaux actuels La technologie ATM (Asynchronous Transfer Mode)[8] est utilisée pour les réseaux BroadBand ISDN. Malgré sa complexité, cette technologie apporte beaucoup aux collecticiels en offrant une utilisation efficace d une large bande passante, une grande fiabilité et des garanties de qualité de service. Les systèmes distribués semblent fournir un bon support technique aux applications de TCAO, les nouveaux réseaux offrant une grande bande passante permettant la transmission du son et de la vidéo à grande vitesse. 16

19 2. Les outils disponibles Les algorithmes Laréalisation des systèmes distribués ne se réduit pas à des performances technologiques de transmission de données. L algorithmique répartie propose des algorithmes permettant le bon fonctionnement de systèmes distribués. Les problèmes traités par ces algorithmes sont, soit issus des systèmes centralisés, soit totalement nouveaux. Parmi les problèmes issus des systèmes centralisés, un des plus connus est celui de l exclusion mutuelle : il existe une section critique qui ne peut être exécutée que par un site àlafois. Ils agit de garantir qu aucun site demandeur ne rentre dans la section critique tant qu elle est occupée par un autre site. Trois principes différents permettent de résoudre ce problème. L algorithme de Ricart et Agrawala [6] utilise le principe des permissions individuelles : toute requête d un noeud d entrée en exclusion mutuelle est datée, un noeud étant autorisé à entrer en exclusion mutuelle lorsque sa requête est la plus ancienne. Un noeud sait que sa requête est la plus ancienne en interrogeant tous les autres noeuds et n entre en exclusion mutuelle qu après avoir obtenu l accord de tous les autres. Cet algorithme réparti n est pas très performant car il nécessite l évaluation d un état global. Une autre solution est d adopter le principe des permissions d arbitres : un site possède un pouvoir et le distribue. Cette solution possède la particularité deprivilégier un site, ce qui n est pas toujours adéquat. Le principe le plus pratique est finalement celui du jeton circulant : on définit une topologie d anneau entre les sites et on fait circuler un message unique ou jeton sur cet anneau. Seul le site possédant le jeton peut entrer en exclusion mutuelle. Il ne passera le jeton à son successeur qu après être sorti d exclusion. L algorithme de Naimi-Trehel optimise ce principe en limitant la circulation du jeton entre les sites demandeurs. Les problèmes nouveaux issus des systèmes répartis sont ceux d élection et de réplication. Le problème de l élection consiste à ce que les sites se mettent d accord entre eux pour élire l un d entre eux. La résolution du problème d élection dépend de la structure de communication des sites, les noms de sites étant dans tous les cas totalement ordonnés. Dans une structure d anneau, chaque site transmet son identité à son successeur puis les identités plus grandes qu il reçoit. Le site qui reçoit sa propre identité est finalement élu. L algorithme de Helary-Maddi-Raynal s intéresse à une structure quelconque : au moins un site tente son élection en tentant la construction d un arbre de recouvrement dont il serait racine. Les autres sites peuvent tenter leur chance n importe quand, en particulier lorsqu ils reçoivent une demande vouée àl échec. Un seul arbre sera finalement construit, l élu utilisant son arbre de recouvrement pour diffuser la terminaison et le résultat de l élection. Le problème de réplication et de gestion de la cohérence des données est également spécifique aux systèmes distribués : il s agit de fournir une mémoire globale sur une architecture répartie en utilisant les mémoires locales pour construire une abstraction centralisée. La difficulté est d assurer la propriété decohérence des multiples copies. La cohérence forte (la valeur lue est la dernière écrite dans le temps absolu) est impossible dans le cas d une mémoire répartie. On peut au mieux faire de la cohérence séquentielle, c est-à-dire assurer que la valeur lue localement est la dernière écrite localement et pouvoir définir une séquence globale des écritures visible par tous les sites. De nombreuses techniques de duplication visent à maintenir la cohérence mutuelle des copies. La cohérence séquentielle peut être réalisée grâce à l utilisation d un temps logique. Une autre méthode est la sérialisation des transactions d écriture et de lecture : les opérations sur des données partagées ne sont acceptées que si leurs effets combinés sont équivalents à ceux d une série d opérations séquentielles. De nombreux algorithmes sont proposés pour appliquer un tel principe. Un des plus courants consiste à restreindre l accès aux données par un verrou, l accès à une donnée étant interdit aux autres tant qu un utilisateur la manipule. 17

20 2. Les outils disponibles La majorité des applications de TCAO est fondamentalement distribuée et utilise en cela les possibilités offertes par les systèmes distribués existants. Ces derniers ont connu un progrès important, bénéficiant du développement des réseaux de communication et d une recherche en algorithmique répartie prolifique. Le TCAO est cependant plus centré sur la coopération entre utilisateurs et possède des applications spécifiques que nous nous proposons d étudier. 2.2 Le Travail Coopératif Assisté par Ordinateur L essor des réseaux de communication reliant ordinateurs et stations de travail a engendré un nouveau domaine d applications centré sur la notion de groupes d utilisateurs engagés dans une activité commune. Ce domaine d études est appelé suivant la terminologie anglo-saxonne CSCW (Computer Supported Cooperative Work) ou suivant la traduction française TCAO (Travail Coopératif Assisté par Ordinateur). Les applications sont désignées sous le nom de groupware ou encore collecticiel. La définition suivante relie les deux notions : Le TCAO devrait être considéré comme une tentative pour comprendre la nature et les caractéristiques du travail coopératif avec comme objectif la conception d une technologie adéquate, le collecticiel. [9] Notre objectif étant de concevoir un outil adéquat pour supporter les activités de négociation et de circulation d informations entre contrôleurs aériens, nous allons examiner les travaux en TCAO à l aide de deux classifications pour dégager dans quelle mesure les outils existants répondent aux besoins du contrôle aérien La classification espace-temps La classification espace-temps répartit les applications suivant deux dimensions : la localisation des participants et la temporalité de la coopération. La temporalité de la coopération Un groupe de personnes peut interagir de façon synchrone ou asynchrone selon la nature de leur activité, d où la distinction entre trois types de collecticiel (cf figure 2.2) : Salles de réunion Messageries électroniques Editeurs partagés Systèmes de conférences Systèmes synchrones Systèmes asynchrones Figure 2.2: Répartition des collecticiels selon le temps de l interaction 18

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