Contribution du

Centre d’Etudes et Recherche

d’IBM La Gaude

à l'histoire des télécommunications

L’histoire de la contribution du laboratoire d’IBM La Gaude aux télécommunications a fait l’objet de réunions historiques de l’AHTI en décembre 2003 et janvier 2004. Plutôt que de donner l’enregistrement des séances, comme le font d’habitude les Cahiers, il a paru préférable de reproduire un texte rédigé par l'équipe qui a pris en charge ces réunions.

Préambule

   Ce document illustre et explicite des présentations faites lors de réunions organisées par l’Association pour l’Histoire des Télécommunications et de l’Informatique (AHTI). Compte tenu de l’activité importante que le Centre d'Etudes et Recherche IBM de La Gaude (CER) a consacrée aux télécommunications, l'AHTI a souhaité que les contributions significatives de ce laboratoire soient présentées dans le cadre des réunions qu’elle organisait.

 Plusieurs ingénieurs du laboratoire, anciens ou encore en activité, se sont réunis en groupe de travail pour exposer les contributions qui leur paraissaient les plus importantes. Naturellement les sujets retenus ne représentent pas un historique exhaustif. Deux sessions ont eu lieu : l’une le 9 décembre 2004 qui retraçait l’histoire du laboratoire, puis décrivait un ensemble de ses contributions principales. L’autre le 13 janvier 2005, plus technique et plus détaillée, sur les contributions considérées par les auteurs comme les plus innovantes. Ce texte, rédigé par le groupe de travail, reflète la chronologie des deux sessions, et couvre la période qui va de la création du CER aux années 1990.  

  Brève histoire du CER

 Genèse

   Le tout premier laboratoire d’IBM en France fut créé à l’usine de Vincennes en 1931. Il se consacre d’abord à l’étude d’équipements spéciaux, répondant aux besoins des clients français. A la sortie de la guerre, le développement du laboratoire et de ses services d’études s’accélère, ce qui nécessite leur installation dans des locaux autonomes avenue Michel Bizot en 1949, où l’on travaille alors dans la recherche de produits destinés à la fabrication. L’ensemble des services d’études et recherche d’IBM France comprend alors 90 personnes. En 1954 l’effectif a déjà plus que doublé, et les locaux du laboratoire parisien de Michel Bizot se révèlent trop exigus pour une activité grandissante, ce qui nécessite en 1955 leur extension dans des locaux situés place de Rambouillet. Et, dès 1956, les prévisions à long terme conduisent à envisager un déplacement du laboratoire.

   Il faut noter ici, que IBM s'engage à l'époque dans une politique de décentralisation à l'échelle mondiale de ses activités, non seulement de production, mais aussi de recherche et de développement, choix assez rare pour une multinationale. Des laboratoires seront notamment construits à Zürich (Suisse), Hursley (Angleterre), Boeblingen (Allemagne). En 1959, à la suite d’une prospection systématique dans différentes régions, dans le cadre de la politique gouvernementale de décentralisation, les environs de Nice (commune de La Gaude) sont retenus pour y construire le nouveau laboratoire Centre d’Etudes et Recherche, CER.

   La région niçoise fut choisie car elle satisfaisait à plusieurs impératifs : possibilité de logement pour les familles de 300 employés attendus à court terme ; facilité des communications, l’aéroport Nice-Côte d’Azur étant une plaque tournante Nord-Sud, Est-Ouest dans les trafics internationaux ; décision de construire une Faculté de sciences – qui a été réalisée depuis – et qui permet, en plus des possibilités d’embauche, une liaison fructueuse Université-Industrie.

  Un premier groupe de pionniers s’installe cette même année dans des locaux provisoires situés à Nice, boulevard de Cimiez. L’équipe travaille alors sur le développement des premiers modems. C’est donc en 1959 que commence l’histoire du Centre d’Etudes et Recherche d’IBM. Le 18 décembre 1961 la première tranche des travaux du nouveau bâtiment est terminée, une quinzaine de personnes emménagent dans les premiers locaux. En mai 1962, la mise en place des derniers éléments est accomplie. Le site compte alors 250 personnes. La première inauguration à lieu le 2 juillet 1962, mais l’inauguration officielle du CER d’IBM La Gaude a lieu le 20 mai 1963 : c’est le premier cas de décentralisation d’un service d’études en France. Suivra peu de temps après l’installation de la société Texas Instrument à Villeneuve-Loubet et le technopôle de Sophia Antipolis naîtra une dizaine d’années plus tard !

Époque historique

   C’est le sujet de cette présentation, elle s’étend de 1959 au début des années 1990. Pour apprécier les missions du CER, il convient de les replacer dans l’organisation de la compagnie à cette époque, laquelle est restée la même pendant un certain nombre d’années. La vente des produits et le support des ventes étaient une responsabilité nationale de chaque pays. La production était régionale. Chaque produit important était fabriqué à la fois dans une usine aux Etats-Unis, une usine en Europe et une autre au Japon. Par contre, les laboratoires de développement et recherche avaient des missions dites mondiales.

  Au moment du transfert du laboratoire d’IBM France de Paris à La Gaude, celui-ci est devenu un laboratoire de développement de produits à mission mondiale. Ce statut ne suffisait pas pour exercer automatiquement une mission dite mondiale. Il fallait alors montrer ses capacités et avoir des résultats tangibles, car la concurrence était grande avec les autres laboratoires importants européens, comme Hursley et Boeblingen, mais surtout avec de nombreux laboratoires américains. Dès sa création en 1959, le CER d’IBM France s‘est spécialisé en télécommunications. L’idée de la téléinformatique était dans l’air du temps. On pressentait que les systèmes informatiques, qui traiteront de plus en plus des applications en temps réel, auraient besoin de moyens de communication adéquats pour être plus efficaces.

   Malgré ses limites en vitesse et qualité de transmission, le réseau téléphonique avait le mérite d’exister et, par nécessité, les ingénieurs de La Gaude se sont rapidement concentrés sur ce mode de communication. Ils se sont intéressés par la suite à tous les nouveaux réseaux au fur et à mesure de leur apparition. D’un autre côté, il devenait de plus en plus évident que des technologies de l’informatique pouvaient être utilisées dans des produits de communication et vice versa. Là aussi il n’est pas si étonnant que des ingénieurs de La Gaude se soient mis à étudier le traitement de la parole et la commutation numérique de la voix. 

   Dans les années 1980, les missions du laboratoire ont évolué. A côté des groupes de technologie avancée et du développement de produits, plusieurs centres internationaux de télécommunication se sont consolidés à La Gaude. Des centres techniques naturellement, mais aussi des centres marketing où un ensemble de démonstrations d’applications nouvelles était présentée à des entreprises provenant d’industries diverses et de tous pays. En outre, tout au long de son histoire, le laboratoire a exercé une expertise en spécification, agrément et normalisation, aussi bien à l’intérieur d’IBM que dans les instances de normalisation. Enfin il faut noter les contributions importantes de La Gaude aux programmes de recherche en télécommunication  de l’Union Européenne : RACE puis ACTS, où les chefs de projet étaient souvent des ingénieurs du laboratoire.

Époque contemporaine

   Vers la fin des années 1990, après l’époque historique ci-dessus, le laboratoire de La Gaude s’est transformé, à l’image de la compagnie IBM, en se dégageant peu à peu d’activités de développement de produits, pour se consacrer à des activités toujours techniques, mais dans le domaine des services, notamment dans l’infogérance et les réseaux d’ordinateurs. Au début des années 2000, il a étendu ses activités au développement de solutions e-business, il est ainsi devenu en 2004 un centre européen de solutions pour de nombreuses industries (télécommunications, grande distribution, produits de grande consommation, recherche pharmaceutique et sciences de la vie, électronique, etc.)

  La compagnie IBM a défini deux types de solutions : les solutions business, qui aident les entreprises et les institutions à améliorer leur performance grâce à de meilleurs processus ; les solutions d’infrastructure, qui aident les entreprises et les institutions à améliorer leur informatique. La Gaude en 2005 joue un rôle fondamental dans ces deux domaines :

- Solutions business : le laboratoire de La Gaude est devenu le centre européen de ces solutions ou Industry Solutions Center.  Les architectes du centre développent et adaptent des solutions aux besoins exprimés par les dirigeants des entreprises (que ce soit le chef de l'entreprise ou les directeurs généraux).  Cette activité de pré-vente consiste, entre autres, à développer des démonstrations  techniques de solutions avancées en grandeur réelle. De telles maquettes emploient typiquement une dizaine d’ordinateurs, avec des logiciels IBM et non IBM, et font appel aux technologies nouvelles (Pervasive Computing, RFID, sans fil, haut débit, etc.). Leur but est de démontrer que les solutions proposées améliorent les processus de l’entreprise, donc ses performances, que ce soit en productivité, compétitivité ou réactivité (on demand).

- Solutions d’infrastructure : elles comprennent le déploiement de services et produits pour améliorer l’informatique des entreprises, ainsi que les plates-formes de services des opérateurs de télécommunications. Il s’agit de définir et prototyper des fonctions d’infrastructure informatique.

   Exemples de solutions business et infrastructure :

- Pour les vendeurs ou techniciens de maintenance mobile de toute branche : accès direct par des terminaux  sans fil à leur environnement de bureau, ainsi qu’aux applications métiers de leur entreprise, à partir du lieu (chez un client) où ils se trouvent.

- Pour la distribution : solution à base d’étiquettes électroniques (RFID)  pour améliorer l’efficacité de la chaîne d’approvisionnement et de distribution (supply chain), en intégrant la chaîne fournisseur–distributeur et en automatisant les vérifications de commande/expédition/réception. 

-   Pour les opérateurs de téléphonie mobile : plate-forme de service architecturée pour offrir des services aux entreprises (par exemple bureau mobile, flotte de terminaux mobiles sécurisés accédant à l’Intranet).

-   Pour les compagnies de transport aérien : architecture de l’infrastructure informatique permettant de déployer un système de suivi de bagages ou de colis, en utilisant la technologie RFID.

   Parmi les activités actuelles du CER, on peut aussi citer : l’infogérance, le pilotage et l’administration à distance de l’informatique des entreprises. Des ingénieurs de La Gaude développent, pour toute l’Europe, l’architecture de support de l’infrastructure informatique, qui sera mise en œuvre dans les centres de calcul infogérés, sur des sites IBM ou clients. C’est aussi depuis La Gaude que sont gérés et télécommandés des systèmes (serveurs, stations de travail, réseau, etc.) de clients de tous secteurs industriels, dont l’informatique est déployée dans le monde entier.

   Le site de La Gaude compte aujourd’hui trois bâtiments principaux, mis en service respectivement en 1961, 1969 et 1978. Environ un millier de personnes y travaillent. Le CER est, depuis son origine, un centre de très haute créativité, ainsi qu’en atteste la quarantaine de brevets d’invention déposés annuellement et le millier déposé depuis son origine.

 Contributions significatives

L'environnement technologique

   A la création du Centre d'Etudes et de Recherche à La Gaude, l'informatique sort de l'enfance. C'est encore un outil réservé à la gestion de grandes entreprises ou à l'exécution des grands calculs scientifiques, voire militaires. La technologie dominante est celle des tubes électroniques, introduite depuis une dizaine d'années, la mémoire vive utilise des tores de ferrite (un par bit) câblés en matrice. Les tabulateurs destinés aux PME utilisent encore des unités de calcul électromécaniques. Les entrées de données se font par la perforation manuelle de cartes à partir de bordereaux écrits, les sorties par impression sur papier, l'archivage sur bandes magnétiques. Les opérations sont donc traitées par lots, sans accès direct pour les utilisateurs. Le seul outil de communication numérique est le téléscripteur fonctionnant typiquement à 10 caractères par seconde (50 ou 75 Bauds). Pour transmettre de grandes quantités de données, le moyen le plus rapide est d'expédier des bandes magnétiques par coursiers.

   Mais déjà apparaissent de nouvelles opportunités. Les grandes entreprises éprouvent le besoin d'obtenir rapidement les résultats de leurs filiales et les délais de lancement et de dépouillement des opérations par lots deviennent prohibitifs. Dans le monde des télécommunications, la transmission efficace des données est depuis très longtemps l'objet d'une recherche active. Dès 1924, Nyquist avait jeté les bases d'une théorie du télégraphe, reprise par Hartley en 1928, travaux que Shannon avait brillamment généralisés en 1948 dans un papier célèbre du BSTJ. Il avait jeté les bases de la théorie de l'information, définie comme une suite de signaux alphabétiques (ou numériques), et calculé la vitesse à laquelle elle pouvait être transmise dans un canal donné (bien que les techniques de l'époque n'aient guère donné les moyens d'approcher cette limite). Les utilisateurs de ces méthodes nouvelles furent d'abord les militaires et les scientifiques, notamment pour des applications de télémétrie, mais dès 1958 AT&T annonce le service de transmission de données Dataphone® fonctionnant à 300 Bauds.

   Chez les informaticiens, vers 1959, le transistor commence à remplacer le tube électronique, réduisant grandement les coûts de fabrication ; des ordinateurs plus petits et plus nombreux créent un besoin de communication entre les entreprises et leurs filiales. Le disque magnétique, qui permet l'accès immédiat aux informations stockées, est mis sur le marché en 1957 et avec lui débute le concept d'un traitement immédiat des opérations plutôt que par lots ; certains pensent déjà l'appliquer à la réservation de places d'avion, ce qui deviendra une réalité en 1962 : cinquante sites de American Airlines seront ainsi interconnectés. Les opératrices recevront leurs commandes par téléphone et communiqueront avec l'ordinateur par des machines à écrire électriques.

   A la création du CER de La Gaude, le concept de téléinformatique est donc dans l'air du temps, mais les acteurs n'y ont pas encore trouvé leur rôle. D'un côté les constructeurs de l'informatique, comme IBM, traitent de grandes quantités d'information dans des systèmes plus ou moins isolés. De l'autre côté, les compagnies (ou les administrations) de téléphone et de télégraphe ont l'accès exclusif aux lignes de communication et entendent le conserver pour préserver l'intégrité du service téléphonique. Les informaticiens craignent que les performances offertes sur les réseaux ne soient insuffisantes pour la transmission de données, en débit comme en taux d'erreurs, tandis que les téléphonistes craignent que les signaux numériques ne perturbent leurs opérations finement ajustées à la transmission de la parole. Par ailleurs, la parenté entre les technologies de la commutation téléphonique et celles du calcul est indéniable. Les premiers calculateurs programmés n'ont-ils pas été construits avec des relais de commutation téléphonique ? Les transistors n'ont-ils pas été inventés par les téléphonistes ? De cette évidence résulte une motivation de chacun des deux camps pour explorer le domaine du voisin et tenter d'y appliquer sa technologie.

   Dans ce contexte, la recherche appliquée d'IBM s'est naturellement intéressée à ces deux domaines nouveaux pour elle : la transmission de données et la commutation téléphonique. Plusieurs laboratoires de développement d’IBM dans le monde ont engagé des projets dans ces domaines, le CER de La Gaude s'y est spécialisé et va bientôt y jouer un rôle prépondérant. Dans cette partie, nous examinerons les contributions significatives du Laboratoire dans ses principaux domaines d’activité :

Téléinformatique : contrôle d’erreurs, modems, réseaux numériques, contrôleurs de communications

Téléphonie : autocommutateurs privés, traitement numérique de la parole

Expertise en télécommunications : expertise en connaissance et utilisation des réseaux, contribution décisives à la normalisation.

Principales contributions du CER

   La partie suivante décrit les contributions les plus novatrices en informatique, en télécommunications, en expertise en télécommunications et en normalisation.

Contrôle d'erreurs.

   Dès le début de la téléinformatique, le contrôle d’erreurs a été au centre des préoccupations des informaticiens. Dans la majorité des cas, la nature des données transmises ne souffrait aucune erreur en fin de parcours, ce qui ne pouvait s’obtenir que par un contrôle à tous les niveaux : transmission physique, contrôle de lien et application. A la fin des années 1950, IBM entreprend, en France, une campagne de tests de transmission de données à 50 et 200 Bauds en coopération avec le Centre National d’Études des Télécommunications (CNET) et il est décidé d’étendre ces tests à des vitesses supérieures. Dès 1960, les résultats de tests significatifs à 600 et 1200 bauds sur le réseau téléphonique français sont transmis aux PTT français en vue d’une réunion du CCITT. C’est à cette époque que les Administrations des PTT ont créé, sous l'impulsion d’utilisateurs potentiels, et notamment d’IBM, une activité nouvelle consacrée exclusivement à la transmission de données. Cette responsabilité a été confiée à une Commission du CCITT qui s'est intitulée la Spéciale A.

   En 1961, les tests d’IBM sont étendus à d’autres pays européens. Les modems sont des prototypes à modulation de phase, technique promue par La Gaude, les générateurs relativement simples transmettent des séquences fixes, mais modifiables, le matériel de réception et d’enregistrement est installé dans un camion. Dans le même temps, La Gaude fait avancer l'état de l'art en détection et correction d'erreurs en développant une technique de génération de codes optimaux, comme on le verra dans la troisième partie.

   En 1963, une contribution d’IBM à la Commission spéciale A du CCITT présente l’ensemble des résultats obtenus en Europe, en particulier les taux d’erreurs obtenus dans les différents pays et le type d’erreurs rencontré. Cette même année, une liaison par satellite est testée sur le satellite Telstar. Un lecteur de bande à La Gaude est connecté à un ordinateur aux États-unis, à Endicott (N.Y.), à la vitesse de 50 Bauds. La liaison s’est révélée assez fiable, la plupart des erreurs observées se produisant entre La Gaude et Nice. IBM a été ainsi un pionnier de la transmission de données en France et en Europe.

   Plus tard, un autre exemple d’études avancées entreprises par IBM dans la transmission de données a concerné le projet Symphonie : première transmission internationale de données à grande vitesse par satellite dans un réseau d’ordinateurs réalisée d’octobre 1978 à mars 1979. Le projet a demandé une solide coordination entre le laboratoire IBM de La Gaude (chef de l’ensemble du projet), le laboratoire IBM de Gaithersburg aux Etats-Ubis, le laboratoire américain de la COMSAT, l’Administration française des PTTs, et l’Agence spatiale allemande (DFVLR). Le CNES a donné son accord pour que le satellite utilisé soit Symphonie, le premier satellite européen expérimental de communication géostationnaire. A cette époque, les États-Unis avaient le monopole des satellites de communication.

   Une première phase consistait à faire communiquer simplement les deux ordinateurs situés à La Gaude (France) et Gaithersburg (EU) en utilisant des antennes respectives des PTT français et de la COMSAT. La vitesse de transmission, full duplex, de l’information pure (sans compter les bits de redondance créés par le code protecteur d’erreurs) était supérieure à 1,5 millions de bits par seconde. Au cours de la seconde phase un véritable réseau interconnecté de quatre ordinateurs a été mis en place, avec un ordinateur supplémentaire aux États-Unis, à Clarksburg, site de la COMSAT,  et un autre en Europe, en Allemagne près de Munich, site de l’Agence spatiale allemande, qui a aussi fourni l’antenne nécessaire à l’expérience.

   Un système expérimental, utilisant des techniques de TDMA et FDMA et apportant toutes les fonctions de contrôle nécessaires à ce nouvel environnement a été développé par IBM. Il a fallu, en particulier, étendre à 2 octets le champ de contrôle SDLC et ; compte tenu du temps de propagation de la transmission, utiliser un code autocorrecteur puissant (un bit de redondance pour un bit d’information) pour assurer une communication adéquate. Cette expérience a permis de mettre en évidence, dans le cadre d’applications en temps réel,  l’ensemble des règles à respecter pour établir des réseaux d’ordinateurs par satellite, et cela indépendamment du type d’ordinateur et de son système d'exploitation.

Modems

   La transmission de données avait été abordée par les téléphonistes et les télégraphistes comme une extension de la télégraphie. Les modems, comme leur nom l'indique, devaient moduler le signal télégraphique en courant continu pour le transposer dans la bande de fréquences du canal téléphonique, leur fonctionnement était asynchrone le rythme des signaux étant celui de la source, comme pour le télégraphe. Selon la théorie de Nyquist toutefois, la transmission synchrone devait permettre d'atteindre des débits plus élevés ; les modems devaient fournir un signal d'horloge sur lequel les terminaux se synchronisaient, un mode de fonctionnement qui n'était pas possible avec des terminaux électromécaniques comme les téléscripteurs, mais bien adapté aux systèmes électroniques. C’est la voie que le CER suivra dès 1960 et à laquelle il apportera des innovations remarquées. Une première famille de modems (397X) est introduite, sur le marché européen principalement, dans la première moitié des années 1960. Ils utilisaient la modulation de phase (deux puis quatre).  Des modems de type asynchrone (avis V.21) et multifréquences (avis Q.23) complétaient l'offre.

Pour atteindre des performances supérieures, les circuits analogiques tels que filtres et modulateurs se révélèrent trop imprécis. Dès 1964 des ingénieurs de La Gaude se tournèrent alors vers les traitements numériques, plus stables et plus précis et qui faisaient appel à des composants bien connus d'IBM. Dans ce domaine de nombreuses innovations furent introduites, tant en hardware qu'en algorithmes. La modulation numérique "à échos" introduite à la fin des années 1960 permit d’émettre des signaux multiphases très précis, qui contribuèrent au succès de ce type de modulation et ses dérivés comme le QAM. Peu après les techniques numériques furent introduites en réception et La Gaude y apportera des innovations significatives, qui seront abordées plus loin.

   Une seconde famille de modems dits numériques a été introduite à la fin des années 1960. Ces modems utilisaient une égalisation automatique rapide, développée par IBM pour le fonctionnement sur lignes multipoints, ce qui a surpris les spécialistes, au point que, lors de l'annonce du 7200 bit/s, un ingénieur de Western Electric a pu déclarer que c'était impossible,  mais des milliers d’installation de ce type ont bien été réalisées dans les années 1970. C’était aussi la première fois, qu’avec la demi vitesse à 3600 bit/s, on pouvait transmettre à plus de 2400 bit/s sur le réseau commuté. Pionniers aussi dans un autre domaine, ces modems étaient les premiers produits IBM utilisant des circuits intégrés de type FET.

   La modulation codée en treillis fut inventée une quinzaine d’années plus tard par un chercheur d’IBM Zurich en détachement à La Gaude. Il remarqua que, dans une modulation QAM où un groupe de bits est codé par de nombreuses combinaisons de phase et d'amplitude, les bits du groupe avaient des probabilités différentes d'être mis en erreur par le bruit. Il en tint compte pour créer un codage redondant adapté au signal physique. Cette invention majeure permit des gains de 10 à 100 fois en taux d'erreurs et de développer dans un premier temps un modem à 14 400 bit/s. Le procédé fut étendu à 19200 bit/s en 1988 et adopté comme avis V.32bis. Plus tard, il servit de base au développement de l'avis V.34 à 33 600 bit/s, mais IBM avait décidé de cesser ses activités dans le domaine. La modulation codée en treillis se retrouve aujourd’hui dans la quasi-totalité des procédés modernes de transmission en bande limitée. Le sujet est repris dans la troisième partie

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Réseaux numériques

   En 1962, alors que les modems atteignaient péniblement quelques kbit/s, AT&T annonce les systèmes T1 transmettant 1544 Mbit/s sur paires téléphoniques à répéteurs. A IBM, ces débits ne sont atteints que sur le très volumineux Canal 360. Face à cette situation les ingénieurs de La Gaude se donnent trois objectifs : 

- acquérir une compétence dans cette nouvelle technologie;   - utiliser les futures liaisons MIC pour la transmission de données à grande vitesse;  - assurer l'indépendance des applications et des liaisons par une transparence complète au contenu des données transmises. Une première liaison à 1 Mb/s est établie en 1968 entre deux ordinateurs sur un même site pour résoudre le problèmeparticulier d’un client.

 
    En 1970 une liaison urbaine par ligne à répéteurs MIC installée en collaboration avec les PTT fut la première réalisation de ce type en exploitation commerciale, elle reliait deux établissements du Crédit Lyonnais à Paris (Place de l’Opéra) et à Levallois-Perret. Il était prévu d’utiliser des répéteurs MIC standards, mais, ceux-ci n’étant pas disponibles, le laboratoire de La Gaude développa des répéteurs expérimentaux à la norme MIC française de l'époque et les installa sous les rues de Paris dans des coffrets précâblés par les PTT. Cette installation fonctionnera jusqu'à son remplacement par une liaison MIC standard.

   Le code HDB3 a été développé par IBM dans le cadre de cette étude pour assurer la transparence de la ligne à répéteurs au contenu des données. Présenté au CCITT en 1970 il sera adopté et incorporé à la norme MIC européenne. Pour le RNIS, normalisé en 1984, IBM produisit en 1985 le premier adaptateur d’équipements informatiques.

 Contrôleurs de communications

   Tout au long de son histoire, le laboratoire de La Gaude participe activement au développement des réseaux informatiques en développant des contrôleurs de plus en plus complexes. C’est en 1963, que le laboratoire lance les premières études pour offrir une capacité de  télétraitement aux ordinateurs de la série 1400 (RIOS - Remote Input Output System ). Ces études sont poursuivies à Kingston (N.Y.) pour le produit IBM1460 et permettent de démarrer à La Gaude le développement du premier contrôleur de communication attaché sur les canaux des systèmes 360 : l’IBM 2701.

   En 1969, le premier contrôleur de communication programmé (IBM 3967) permet la communication avec tous types de protocoles asynchrones et synchrones, dont le TTY/Télex, le BSC et de nombreux protocoles propriétaires ou spécifiques de certains clients ou industries (comme  ATA/IATA). Il sera suivi de l’IBM 3968, un ordinateur 360/40 intégrant les mêmes fonctions. Cette nouvelle série de contrôleurs de communications programmés, précurseurs de l’architecture de réseau SNA, eut un succès indéniable en Europe et au Japon, en particulier auprès des grandes compagnies ou organismes ayant leur propre réseau de communication (banques des pays nordiques, chemins de fer fédéraux en Suisse, compagnies aériennes comme Swissair), où ils seront utilisés durant plus de 10ans.

   En 1974, IBM annonce son architecture de réseau SNA ou System Network Architecture, dans le but d’organiser les transmissions entre ses propres produits, qui, développés dans des lieux et des divisions différentes, prenaient des chemins incompatibles dans ce domaine. L’architecture SNA formalisait à travers une succession de couches logiques, les communications de bout en bout entre terminaux et applications. Il est intéressant de noter que, dès l’annonce de SNA, le besoin d’une architecture plus décentralisée a été reconnu et un groupe de réflexion, réunissant des experts de diverses organisations IBM, a été mise en place sous la direction de La Gaude, pour  rechercher quelle forme d’évolution pouvait être envisagée. Ce groupe avait comme objectif de voir comment faire évoluer SNA d’une architecture de système à l’origine totalement centralisée – chaque ordinateur, avec son contrôleur de communication possédait tous les terminaux qui lui étaient connectés – vers une architecture qui permettrait à n’importe quel terminal du réseau d’accéder à n’importe quelle application dans n’importe quel ordinateur de ce réseau, et même, de façon ultime, permettrait à n’importe quel terminal de communiquer avec n’importe quel terminal du réseau, ce qui sera finalement matérialisé par l’architecture distribuée  APPN , Advanced Peer-to-Peer Networking, à la fin des années 1980. Plusieurs étapes et niveaux possibles ont été définis pour arriver à une architecture où, au final, le contrôle du réseau lui- même pouvait être décentralisé. Cette ouverture aux réseaux maillés a été déterminante pour assurer le succès stratégique de SNA : 60.000 réseaux d’entreprise installés dans le monde.

   En 1978, la mission de développement des contrôleurs de communication - au niveau mondial - est confiée au laboratoire de La Gaude. Son objectif est de fournir à l’architecture SNA, annoncée en 1974, un nœud de réseau autonome programmé. Le logiciel NCP, ou Network Control Program, est développé aux Etats-Unis, à Raleigh  en Caroline du Nord. Un premier contrôleur, le 3725, est commercialisé en 1983. Il est pourvu d’un système autonome de maintenance et de supervision, permettant une réduction considérable des durées d’intervention, en cas de changement de configuration du réseau, ou d’incident matériel. 

   La seconde génération de contrôleurs, l’IBM 3745, est annoncée en 1988, et se caractérise par un double processeur central et le support de lignes à haute vitesse, jusqu’à 8 lignes à 2 Mbit/s. Le 1000^ème réseau SNA sera annoncé l’année suivante. Le 3745 sera constamment amélioré jusqu’en 2001, suivant deux directions fondamentales, élaborées en étroite collaboration avec les extensions de l’architecture SNA : assurer la continuité du trafic en cas de défaillance d’un organe (nœud, ligne, réseau local ou attachement au canal 360) ; assurer l’ouverture vers d’autres architectures ou protocoles (APPN, IP, Fast Ethernet)

   Le premier objectif - la continuité du trafic - sera assurée par contournement automatique de la panne (nœud alterné ou route parallèle). En cas de panne, le trafic est ralenti, mais n’est pas interrompu. Les accès physiques aux différents organes matériels se font par l’intermédiaire de matrices de commutation spatiale non bloquantes, commandées par les logiciels de contrôle du réseau. La redondance apportée par les organes dupliqués est utilisée pour écouler d’avantage de trafic en l’absence de panne. Il n’y a pas d’organe  en veille. Ainsi, grâce à son double processeur, chaque contrôleur 3745 offre deux nœuds de réseau indépendants. Enfin, le rechargement automatique des logiciels en cas de panne, permet une remise en route quasi immédiate, au cas le plus probable de problème contextuel de logiciel.

   Le deuxième objectif - l’ouverture à d’autres architectures ou protocoles de lignes - sera obtenu grâce à l’utilisation d’adaptateurs intelligents et à la formalisation des frontières dans la couche de transport de SNA, permettant ainsi de séparer les différents protocoles de lignes, de réseaux locaux et de canaux 360, du cœur du logiciel de contrôle de réseau (NCP). Chaque adaptateur devient autonome grâce au logiciel qui le contrôle. Il est donc possible d’ajouter de nouveaux protocoles sans modification du logiciel de contrôle de nœud.

   Entre 1992  et 1996 seront commercialisés les modèles IBM 3746/900 et IBM 3746/950. Aujourd’hui, plus de 12 000  contrôleurs 374x sont toujours en service dans 3400 réseaux.

Autocommutateurs privés

   L’utilisation de contrôleurs à programme enregistré est apparue dans les années 1960 comme une évolution prévisible des centraux téléphoniques. C’était en principe une opportunité pour les fabricants de matériel informatique, mais le marché des centraux publics ne leur était guère accessible. C’est dans ce contexte que La Gaude a choisi de prendre position sur le marché de la commutation privée.

1964 : Lancement à La Gaude du programme Carnation (œillet en anglais, par allusion à la Côte d'Azur). Ses objectifs étaient de comprendre la situation et l’évolution possible du contenu informatique dans la commutation et d’étudier des opportunités de développement de produits et services en commutation privée pour la voix et les données, en Europe plus spécifiquement : s compromis.

Études de marché et potentiel ciblées sur l’Europe ; puis étendues progressivement jusqu’aux Etats-Unis. Étude de la réglementation, de l’homologation et des normes.  Énorme travail de recherches, d’études et de synthèses de documents en langue nationale, devant nous conduire à définir les dénominateurs communs. Les différences importantes et les points de litiges devaient nous forcer, au cours de longues négociations, à proposer des déviations ou à accepter de

Études technologiques : études comparatives des réseaux de commutation de toute nature, puis développement d’un réseau spatial intégré et développement, test et exploitation des autres composants de l’autocommutateur

Système et programmation : au cours de la vie du projet, cette activité allait entraîner le développement de plus d’un million de lignes de code  (commutation de base pour postes, opérateurs, liaisons commutées et spécialisées, fonctions nouvelles pour voix et données, gestion du système, maintenance).

 utilisateurs.

1966 : Premier système pour test, agrément PTT et exploitation réelle à La Gaude. Mise en route, en parallèle, d’un système automatique de test des fonctions et des performances (TESA), simulant l’environnement téléphonique et ses

  1968 : Début de la saga des systèmes de test. Basés sur l’autocommutateur IBM 2750 encore en développement, des systèmes prototypes sont installés dans une dizaine de pays : 2 systèmes en France et 1 en Allemagne, au Royaume Uni, en Italie, aux Pays Bas, au Danemark, en Suède, au Brésil, en Finlande, en Autriche, en Belgique    et aux Etats-Unis..

1969 : Commercialisation de l’IBM 2750, premier système privé de commutation pour voix et données, 200 à 756 lignes

1972 : Annonce en Europe de l’IBM 3750, autocommutateur deux à trois fois plus puissant.  Projet de commercialisation aux États-unis, les fonctions sont adaptées et des prototypes en vraie grandeur sont construits. Le laboratoire américain de Kingston (N.Y.) s’est associé au programme pour l’annonce de terminaux spécifiques, tout en développant un petit autocommutateur temporel. Les consultants américains spécialisés estimaient que le 3750 avait trois ans d’avance d’un point de vue technique et fonctionnel sur le marché américain.

1973 : Abandon des plans de commercialisation de l’IBM 3750 aux États-Unis, principalement pour des raisons de politique industrielle. 

1974 : Mise en place d’un programme très ambitieux de systèmes tout numérique (ALSS), abandonné en 1977, vu l’importance des investissements.

1979 : Annonce d’un petit système autocommutateur IBM 1750. Démarrage d’un programme mesuré de migration vers des systèmes numériques (47FG).

1981 : Transfert du programme au laboratoire de Raleigh, NC

1984 : Arrêt du programme, valeur stratégique remise en question par des technologies alternatives. L'intégration des données dans la téléphonie se heurtait à la concurrence des réseaux locaux, Ethernet et anneau à jeton d’IBM.

   Si l'intégration voix-données est aujourd'hui une réalité, c'est parce que la voix elle-même est devenue une suite de données numériques parmi d'autres ; avec l'ATM et la voix sur IP, ce sont les réseaux de données par paquets qui, à terme, intègreront la téléphonie, évolution non envisagaeble en 1984

Traitement numérique de la parole

   Dialoguer verbalement avec un ordinateur est un des plus anciens rêves des chercheurs, mais il est loin d’être complètement réalisé aujourd’hui. La première étape dans cette recherche, la plus facile, est de faire parler l’ordinateur à partir de textes enregistrés, c'est la réponse vocale. La deuxième étape est la reconnaissance vocale qui permet à l’ordinateur de comprendre la parole et de la transcrire sous forme de texte. Dès les années 1960, IBM lance un programme de recherche sur la reconnaissance vocale dans son laboratoire de Yorktown aux USA, mais cette recherche n'aboutira que dans les années 80. En 1965 IBM introduit deux périphériques à réponse vocale, l'un à enregistrement magnétique, l'autre à synthèse de la voix selon la technique du vocodeur présentée par AT&T à la World's Fair de New York en 1964. C'est cette dernière (IBM 7772) qui est développée à La Gaude. L’utilisation du vocodeur avait pour avantage de réduire l’information vocale à une taille acceptable pour les mémoires de l’époque. C’était un appareil analogique qui séparait le spectre vocal en canaux et extrayait tant bien que mal la fréquence fondamentale d’excitation (le pitch). Il fallait donc analyser la voix avant de la numériser et de la stocker ; cette entreprise était peut-être trop ambitieuse pour l'informatique de l'époque, mais elle établit la compétence du CER en codage numérique de la voix.

   Le transcodage de la voix des plongeurs en atmosphère d’hélium fut un sous-produit de cette activité. Il fut effectivement utilisé à titre expérimental, mais le marché étant très étroit, il n’eut pas plus de succès commercial que le 7772. L’activité de codage efficace de la voix continua néanmoins en collaboration avec l’Université de Nice, sous la forme de nombreuses thèses et contrats et évolua avec l’apparition de nouvelles technologies et algorithmes. Cette activité produisit de nombreuses contributions techniques et scientifiques.

   En 1976, l’invention à La Gaude des filtres miroir en quadrature (QMF) rend pratique le codage en sous-bandes, et permet de réduire le débit du canal vocal de 64 kbit/s à 16 kbit/s sans perte de qualité. Les QMF sont largement employés aujourd’hui en codage vocal et musical, en particulier dans la norme MP3. Ils sont décrits plus loin en détails. En 1982, le laboratoire de La Gaude développe un système réalisant l’intégration de la voix et des données sur SNA. La transmission de la voix compressée sur le réseau informatique de l'entreprise permettait de réaliser des économies de coût et d’assurer la confidentialité par la cryptographie. On peut considérer cette réalisation comme un précurseur de la voix sur IP aujourd’hui largement répandue.

   Dès 1985, le laboratoire de La Gaude collabora avec le CNET à la normalisation du futur téléphone mobile Pan Européen, au sein du Groupe Spécial Mobile (GSM) de la Conférence Européenne des administrations des Postes et Télécommunications (CEPT). Le codeur (MPE/LTP), proposé par IBM à la demande du CNET, est choisi au niveau français après des tests à Lannion en Juillet 1986, puis présenté en octobre à Turin pour les tests au niveau européen. Les experts, réunis en janvier 1987 à La Haye, réduiront le choix à deux propositions : le codeur IBM (MPE/LTP) et celui proposé par Philips PKI (RPE) moins complexe, mais plus sensible aux erreurs de transmission. Le codeur final RPE/LTP, fonctionnant à 13 kbit/s sera défini en collaboration entre IBM et Philips et finalement approuvé en juillet 1987.

   L’expérience acquise dans le développement du codeur GSM et dans le domaine des processeurs de signaux est immédiatement exploitée pour créer des serveurs vocaux intelligents (IVR – Intelligent Voice Response Unit). Le programme DT 6000 - (Digital Talk 6000), aboutit très vite au déploiement en masse dans les offres de service d’IBM et de ses clients. Pour adresser une demande en croissance depuis vingt ans, ce programme se poursuit encore aujourd’hui avec 6 millions de canaux en service. En 1993, IBM réalise une introduction commerciale de la téléphonie dans les réseaux à haut débit. L’expérience acquise en traitement de la parole numérique (compression, annulation d’écho, signalisation, etc.) est incorporée dans le programme du commutateur de réseau à haut débit IBM Nways 2220, et donne lieu à une des premières offres commerciales de voix sur ATM. De nombreux éléments de cette technologie seront repris pour définir la voix sur IP dans les routeurs actuels.

Expertise en connaissance et utilisation des réseaux

   Les réseaux avaient à l’origine des caractéristiques spécifiques et s’y connecter relevait de la gageure : souvent, ils n’avaient pas les mêmes connecteurs, interfaces, protocoles, conditions d’homologation, tests requis, tarifs, etc. Beaucoup de pays avaient des modems obligatoires. Il fallait collecter, analyser, tester tous ces paramètres pour chaque réseau. Les restrictions d’utilisation et la disponibilité étaient aussi des facteurs importants. Le laboratoire a dès 1964 analysé systématiquement ces interfaces et testé les modems obligatoires pour donner aux développeurs toutes les informations nécessaires. Cela a permis la connexion de centaines de produits dans des dizaines de pays. Par ailleurs, une gamme importante de modems et adaptateurs multi-pays ont été développés et commercialisés.

   Dès 1967, La Gaude a établi une équipe d’experts et d’antennes dans les pays d’Europe, d’Amérique du sud et d’Extrême-Orient pour collecter les informations. A partir de traductions et de synthèses constamment mises à jour, des négociations ont été entreprises avec les labos techniques des PTT pour interprétation. Cette base de connaissance nous a permis de proposer des convergences et des simplifications au niveau européen et mondial. Les procédures d’agrément (homologation) ont été documentées pour tous les réseaux sous forme de spécifications détaillées, qui s’imposaient à tous les produits IBM. Cela a permis la connexion de centaines de produits dans plus de 25 pays. Ainsi, dès 1975 la transmission de données sur réseau téléphonique commuté avec appel automatique, une nouveauté à l’époque, fut imposée aux produits IBM pour permettre la maintenance à distance des réseaux de ses clients.

   Dans les années 1960, 70 et 80 le Centre d’Études et de Recherches de La Gaude a très activement assuré la coordination, la participation et les contributions techniques d’IBM aux comités nationaux, européens et internationaux de normalisation des télécommunications / téléinformatique. A cause de la complexité des sujets techniques, de la pluralité des comités de normalisation, de l’environnement industriel des télécommunications: monopoles des administrations de télécommunication et de la vive concurrence entre les constructeurs informatiques, une coordination stricte de la participation et des contributions techniques était indispensable pour la compagnie IBM. La responsabilité de la coordination des activités concernant la normalisation des télécommunications et de la téléinformatique a été confiée aux deux laboratoires d’IBM spécialisés : Raleigh (Caroline du Nord ) pour les Etats-Unis et La Gaude pour l’Europe et le reste du monde. Ce partage de responsabilités était dû essentiellement au fait que l’environnement du marché des télécommunications des E-U était déjà très libéral comparé au reste du monde, où les télécommunications étaient presque toujours sous le contrôle des Etats.

   Dans cette activité de coordination, La Gaude était donc en relation d’une part avec la plupart des laboratoires de développement de la compagnie et d’autre part avec les instances de normalisation françaises, européennes et mondiales. Les experts de La Gaude ont utilisé leur connaissance de ces aspects réglementaires dans de nombreux pays pour en promouvoir la simplification auprès des organismes nationaux de réglementation et auprès de la Commission Européenne. A partir de 1983, IBM a pu contribuer aux programmes de libéralisation des télécommunications en Europe. Ces programmes ont eu pour résultat une concurrence dans l’offre de services, des simplifications en matière d’agrément et des normes européennes. 

   D’autres contributions spécifiques et importantes ont été apportées :

- Tests et convergence des réseaux publics de données PDN X.21 et X.25. Les réseaux publics de transmission de données sont apparus dans les années 75, expérimentaux d’abord, puis opérationnels dans les deux technologies de commutation par paquet (X.25) et de circuit (X.21). Comme il est dit plus haut, le laboratoire de La Gaude s’est beaucoup investi dans les tests de connexion à ces réseaux et aux problèmes liés à l’utilisation de nouveaux protocoles de niveau 2 et 3 (selon le modèle SNA/OSI). Des analyses et tests détaillés ont été faits par exemple sur les premiers réseaux pilotes X.25 en France, au Canada, au Japon et aux E-U. Développer des adaptateurs communs était un véritable challenge et un constat sur les divergences a été communiqué en détail à une conférence internationale, à Boston en 1979. La CEPT s’est alors attachée à réaliser une meilleure convergence, ce qui a conduit à une solution de support et une utilisation viable de ces réseaux. 

- Simulation des protocoles des réseaux PDN X.21 et X.25.  Les nouveaux protocoles de niveau 2 pour les réseaux de type X.21 et les protocoles de niveau 2 et 3 pour les réseaux X.25 présentaient des imperfections dans l'état où ces normes étaient spécifiées par le CCITT. Leur mise en œuvre montrait de nombreuses failles, et même quelques erreurs fatales. Un nombre considérable de cas de figures a dû être simulé par le laboratoire de recherche de Zurich pour l’utilisation de ces protocoles. Travail méticuleux et très lourd qui nous a permis de contribuer à l’effort de normalisation. 

- Support de l’OSI : Laboratoire de test de conformité à l’OSI. L’Open Systems Interconnection est un ensemble de normes d’architecture, de services et de protocoles  pour l’interconnexion de systèmes hétérogènes. IBM l’a utilisé sur plusieurs plateformes qui ont mis en oeuvre les différentes couches de l’OSI.Le CER de La Gaude s’est investi, à partir de 1985, pour mettre en place un laboratoire dédié au test de la conformité aux normes OSI, depuis les couches transport (4) et supérieures, jusqu'aux protocoles de transfert de fichiers ( FTAM ) et messagerie ( X.400 ). Ce laboratoire a été accrédité par le RNE (Réseau National d’Essais installé en France pour l’Europe entière). Depuis 1986, il a fourni des services de vérification d’interopérabilité en Europe, permettant de vérifier que des systèmes supportant les protocoles OSI fonctionnaient correctement avec les systèmes IBM offrant des fonctions équivalentes.

   Le laboratoire a testé des produits OSI de différents vendeurs et a enregistré les résultats de tests entre 24 combinaisons de produits IBM et autres dans le Registre de la base de données OSINET. Ce laboratoire a également été accrédité aux E-U dans le cadre du programme NVLAP (National Voluntary Laboratory Accreditation Program). Il a testé des produits pour leur conformité au GOSIP (US Government OSI Profile). Il a ainsi participé mondialement à la promotion des solutions OSI

 Normalisation

   Les études et la recherche sur les télécommunications sont étroitement liées aux travaux internationaux de développement des normes, pour assurer la compatibilité entre les réseaux, systèmes et produits mis en œuvre par différents constructeurs ou administrations des télécommunications. Dans ce cadre, le CER de La Gaude a eu la responsabilité mondiale (E-U exceptés) de coordination de la participation et des contributions techniques d’IBM pour tous les comités de normalisation internationaux (IUT/CCITT, ISO), européens (ECMA, ETSI) et nationaux (AFNOR, BSI, etc.). Cette activité a contribué à l’élaboration et à la convergence de nombreuses normes internationales et européennes. Ainsi dans les années 1960, le protocole IBM BSC a été adopté comme norme internationale sous le nom Mode de base et étendu.  Dans les années 1970, le protocole IBM SDLC a été adopté comme norme internationale sous le nom  HDLC (utilisée aujourd’hui dans tous les réseaux, y compris téléphoniques)

   A partir de 1975, les réseaux publics de transmission de données ont commencé à apparaître. Après de nombreuses collaborations avec les opérateurs et les comités de normalisation, les réseaux publics de commutation de circuits (X.21) et par paquets (X.25) sont apparus avec une nette poussée en Europe. Comme notre architecture de système SNA avait été développée et mise en œuvre depuis le début des années 70, il a fallu d’une part étudier et tester ces nouveaux réseaux et d’autre part  adapter certaines fonctions de notre architecture,ainsi que les adaptateurs de communication, pour assurer la connexion à ces nouveaux réseaux et leur intégration dans SNA.

   Dans les années 1960 et 1970, nos contributions concernaient essentiellement la transmission des données, les modems et interfaces (Avis CCITT de la série V), la protection contre les erreurs, les protocoles de liens (Data link), la signalisation (en particulier par fréquences, ou tonalité – Q.23 bis), la commutation par paquets (X.25). A partir de la fin des années 1970 et surtout pendant toute la décennie 1980, le problème de l’interconnexion et de l’interopérabilité entre les systèmes informatiques hétérogènes devenait crucial et le besoin de normes internationales s’imposait. Les experts en architecture de systèmes de La Gaude ont apporté l’expertise d’IBM pour contribuer à l’analyse détaillée des problèmes à résoudre, conduisant ainsi à la compréhension mutuelle et la coopération entre communicants et informaticiens. La synergie technique obtenue n’est pas étrangère au succès du développement de l’interconnexion des réseaux et systèmes informatiques.

   L’architecture IBM SNA a ainsi servi de modèle pour la normalisation d’une architecture de réseau en couches, avec la définition détaillée des services et des protocoles pour chaque couche, aboutissant aux normes OSI. Contribution de la modulation par codage en treillis pour les normes de modems à haute vitesse. Participation active à la normalisation du RNIS. Participation active et contributions à la normalisation de l’administration des réseaux (Network Management). A la demande du CCITT un expert de La Gaude a même été nommé rapporteur sur l’administration des réseaux pour la Commission XVII.  Contributions à la normalisation deu GSM, d’ATM, du Relais de trames (Frame relay) et à la conformité aux normes.

Conclusion 

      Par ce travail collectif, qui n'engage que ses auteurs, nous nous sommes efforcés de présenter les travaux les plus significatifs réalisés par le Centre d'Etudes et de Recherche d'IBM La Gaude et de marquer son rôle dans la mutation des télécommunications au cours du demi-siècle écoulé. Nous espérons avoir montré que ce rôle ne se limitait pas à la recherche d'opportunités commerciales, mais qu’il a aussi contribué à une vision à plus long terme pour l'ensemble du domaine.

     Nous pensons que son action a eu un effet positif sur l'ensemble de l'industrie, particulièrement européenne par l'introduction de produits innovants, par des techniques souvent adoptées dans le domaine public et par une contribution à l’élaboration et à la convergence des normes internationales. De nombreux acteurs de cette histoire ont été consultés pour établir ce mémoire, rédigé par les  contributeurs ci-dessous, avec le soutien du Directeur du CER.

Michel Bastian, Marc Boisseau, Alain Croisier, Robert Cohendet, Claude Galand, Jacques Gros, Etienne Gorog, Philippe Hernandez, Michel Humbert, Jean Lorrain, Cuong Ngo‑Mai, Pierre Secondo.

Annexe 

Description des contributions les plus novatrices

  Dans la première partie de ce document, nous avons relaté les contributions générales du laboratoire, c'est-à-dire les missions, projets et produits qui y furent développés et qui tinrent une place significative sur le marché des télécommunications. Dans cette annexe technique, nous examinerons de façon plus détaillée les contributions les plus novatrices, inventions et concepts qui ont laissé leur marque dans l’état de l’art.  Les contributions concernent les autocommutateurs électroniques, le traitement numérique du signal et la téléinformatique.

Réseau spatial intégré

    Pour les premiers autocommutateurs IBM, aucune technique de commutation téléphonique n'a été exclue à priori, même électromécanique. La technologie dominante à l'époque était la matrice électromécanique dite crossbar, qui remplaçait progressivement la technologie strowger. Les grands centraux commençaient aussi à utiliser des relais à tige, sous ampoule de verre dits reed relays. D'autre part, des prototypes de centraux privés (PBX ou PABX pour Private Automatic Branch Exchange) avaient été construits sur la base de la commutation temporelle, en modulation d'amplitude par impulsions (MIC). La numérisation de la voix apparaissait en transmission, mais la technologie de l'époque ne permettait pas de l'appliquer en commutation.

IBM dans cette entreprise ne pouvait dépendre de composants produits par ses futurs concurrents en téléphonie, ce qui rendait impraticable l'utilisation de crossbars ou de relais à tige. Un premier modèle d'essai de 30 lignes fut construit sur la base de la commutation temporelle analogique, il servit à des essais de laboratoire, mais cette approche avait deux limitations majeures : elle ne permettait pas de construire de grands réseaux et elle ne pouvait satisfaire aux normes d'atténuation très strictes imposées aux PABX, normes que les réseaux à contacts métalliques atteignaient sans problème.

La position de nouvelle venue d'IBM ne lui permettait pas d'espérer un assouplissement de la réglementation en sa faveur. C'est donc une nécessité technico-commerciale qui l'a poussée à chercher une autre approche pour ses produits. Elle l'a finalement trouvée sous la forme de points de connexion à thyristors, astucieusement dérivés de la technologie des transistors au silicium produits massivement à l'usine de Corbeil-Essonnes pour les ordinateurs du Système 360. Ces composants de 1 mm² furent les tout premiers circuits intégrés fabriqués par IBM.

    La transmission dans le réseau était bidirectionnelle, comme dans un réseau électromécanique classique, mais elle n'utilisait qu'un seul fil sur une masse commune. La densité de la connectique dérivée de celle des ordinateurs a permis cette simplification tout en respectant les normes de diaphonie les plus sévères. En fonctionnement, chaque thyristor introduisait une résistance série de 6 Ohm qui n'aurait pas permis de respecter la contrainte d'atténuation. Pour corriger cet inconvénient, un circuit actif à résistance négative fut inséré dans un joncteur interne, au point central de la connexion.

    Parallèlement au développement du réseau, il a fallu développer une batterie de circuits adaptés à cette nouvelle technologie : adaptateurs de lignes extérieurs et intérieures, joncteurs internes, explorateurs, codeurs/décodeurs, sérialiseurs / désérialiseurs, feeders, interfaces au contrôleur, etc. Toutes sortes d’équipements qu’il a fallu continuer d’adapter, au fur et à mesure de l’extension géographique du programme et de l’évolution des règlements. Cette technologie était innovante et efficace et le resta longtemps, mais les progrès de l'intégration à grande échelle allaient rapidement favoriser les approches numériques dans les stratégies de produits concurrents.  Cependant IBM ne prendra pas cette voie et abandonnera la commutation téléphonique en 1984.

Basculement de contrôle sans interruption de service

    Les fonctions d’un autocommutateur sont vitales et les interruptions de service doivent rester rarissimes. Lorsque les organes de contrôle sont centralisés il est impératif d’y introduire une redondance. Dans l’état de l’art en 1964/65 (cf. ESS1 d’AT&T), deux contrôleurs identiques exercent les opérations en synchronisme. En cas de défaillance de l’un deux, l’autre poursuit seul. Cette architecture présente toutefois une faille très grave, car elle ne protège pas des erreurs de logiciel, les deux contrôleurs faisant la même faute au même cycle.

Dans l’architecture développée à La Gaude, les deux contrôleurs, alimentés indépendamment, sont préchargés du même logiciel d’exploitation des appels et des connexions. L’un est actif, et se charge effectivement du contrôle. L’autre est en veille et "s’auto diagnostique" en permanence. Les deux contrôleurs envoient un signal OK (tout va bien), toutes les secondes, à un organe tiers, dit  commutateur de basculement, simplifié au maximum, mais réalisé en logique majoritaire et alimenté indépendamment. Un avis de réception est renvoyé aux contrôleurs. L’absence confirmée d’un signal OK, va déclencher une action :  si le contrôleur en veille est défaillant, un appel est émis vers le sous-système de maintenance ; si le contrôleur actif est défaillant, le commutateur de basculement transfère le contrôle au contrôleur en veille par activation de portes d’entrée/sortie vers le réseau et les adaptateurs de ligne.

    Le nouveau contrôleur actif va lire dans le réseau l’état de toutes les connexions établies, mettre à jour ses tables en accord avec cet état, puis reprendre le contrôle des nouveaux appels. Les connexions dans le réseau étant maintenues par les points de connexion bistables, le basculement est transparent aux abonnés en cours de conversation. Seuls les appels en cours d’établissement au moment de la panne devront être réinitialisés.

    Deux mesures additionnelles permettent de vérifier le bon fonctionnement de ce mécanisme : le bon état du commutateur de basculement est vérifié grâce au signal d’avis de réception, par le contrôleur en veille ; chaque nuit, un basculement forcé est effectué, pour assurer l’intégrité de tous les organes de chacun des contrôleurs. Cette architecture a permis d'atteindre l'objectif fixé d'un temps moyen entre pannes de système supérieur à 50 ans.

Fonctions avancées 

    Un des avantages attendus du contrôle programmé en téléphonie était l'introduction de nouvelles fonctions plus complexes que la simple commutation de A vers B. Dans ce domaine, le principal problème est rapidement devenu celui de brider l’imagination des planificateurs, encouragés par les gens de terrain, et des programmeurs, pour que les fonctions puissent être pratiquement utilisées par tout le monde au moyen, au début, d’un téléphone à cadran ou au mieux à touches, car il était alors impensable d'imposer un appareil particulier aux postes d'extension pour des raisons tant de coût que d'homologation. Le plus remarquable fut la mise en opération réelle de bon nombre de fonctions dans la panoplie offerte par les opérateurs actuels (double appel, conférence, attente signalée, numéro personnel permanent etc.) et d’autres encore plus inattendues, tels que : gestion de contacts ; sécurité, contrôle d’entrée, de sortie et de présence ; mise à jour du système par le client ; diagnostic et maintenance à distance, tel que l’isolation de parties défectueuses du réseau de connexion . 

    Plus d’un million de lignes de codes ont été développées, dans les premières années (1965-70). Ces programmes couvraient depuis les systèmes de génération de programme jusqu’aux programmes de mise à jour ou dépannage à distance, en passant, bien sûr, par le cœur du système : son programme opérationnel en temps réel. Après avoir été le premier à utiliser la sélection directe à l’arrivée (SDA), le système élargit ses fonctions à la gestion de réseaux privés d'autocommutateurs reliés par liaisons spécialisées,  offrant ainsi une numérotation intégrée et des fonctions avancées de sécurité. Un tel réseau sera exploité  par l'Etat français lui-même.

   Un  dispositif de support à distance a été également offert ; il permettait de recevoir des alarmes en temps réel dans un centre de support en cas de dysfonctionnement, de lancer des programmes de diagnostic, d'isoler une partie du système et de mettre à jour les programmes par téléchargement, innovation considérable dans le monde des télécommunications. Un système automatique de test et de qualification était défini et installé dans le même temps, pour simuler l’environnement, vérifier le fonctionnement et mesurer les performances : ce système électronique, TESA, était également contrôlé par ordinateur.

Déploiement international

    IBM avait choisi d'entrer dans la téléphonie avec les autocommutateurs pour seul produit, mais son ambition était internationale, comme pour ses autres produits. Par contre, les réglementations n'avaient qu'une portée nationale. Il fallait donc que le même produit s'adapte aux contextes nationaux et puisse être validé dans ces environnements, une exigence relativement nouvelle en téléphonie.

    En 1966 un premier système prototype fut installé à La Gaude en opération réelle, pour en prouver la faisabilité en vue de l'agrément par les PTT. A partir de 1968, un système prototype est installé dans chacun des grands pays, suivant  un calendrier fonction des accords obtenus sur leur réglementation, de la situation stratégique du pays et de la disponibilité et rentabilité des  moyens nécessaires. Une dizaine de pays seront couverts, d’abord basés sur le 2750 encore en développement : France, Allemagne, Italie, Pays-Bas, Danemark, Suède, Brésil, Finlande, Autriche et Etats-Unis. Cet exploit sur le plan logistique a largement contribué à l’accélération et à l’optimisation des processus de normalisation pour les autocommutateurs et réseaux prives électroniques, en Europe et au-delà.

    Tout le travail de planification, d’installation et d’agrément des systèmes prototypes (Field Test Models) a sensibilisé très tôt aux caractéristiques particulières des systèmes électroniques à programme enregistré les Administrations et les autres fabricants, sans parler d’IBM elle-même, , contribuant ainsi à une standardisation beaucoup plus rapide et mieux comprise par tous.

Architectures et processeurs

    Au début de l'époque qui nous concerne, IBM était une industrie totalement intégrée, de la production des composants au service après-vente, elle fabriquait ses transistors et ses circuits logiques en très grand volume sur des chaînes entièrement automatisées. Ces composants étaient toutefois uniquement destinés au calcul et parfaitement caractérisés comme tels, ils entraient dans des procédures d'ingénierie très codifiées, de la conception des circuits à leur test et à leur maintenance en clientèle. Tout composant qui n’entrait pas dans ce cadre devait être acheté et faire l'objet d'une certification par IBM, les produits qui les utilisaient demandaient un effort considérable pour les plier aux règles de travail des usines et de la maintenance.

    Pour les ingénieurs de La Gaude qui voulaient créer des produits de télécommunication, utiliser les composants maison était donc une opportunité, mais aussi une contrainte. La conception d'un simple amplificateur peut en effet devenir un casse-tête lorsqu'on essaie de le réaliser avec des transistors dont les paramètres linéaires ne sont pas définis ! Il n’est pas étonnant dans ce contexte que ces ingénieurs aient très activement recherché des solutions numériques aux problèmes analogiques ; cette démarche était toutefois limitée par les possibilités de la technologie qui étaient encore très pauvres dans les années 1960.

    La première opportunité apparut en 1969, avec un accès au signal désiré n'utilisant que des circuits logiques et des réseaux de résistances. Après passage dans un filtre passe-bas, on obtenait des signaux parfaitement calibrés avec les propriétés requises dans le domaine du temps et des fréquences. Cela paraît évident, voire banal aujourd'hui, mais ce fut un progrès décisif qui permit de réaliser des modems à modulation de phase et d'amplitude très performants.

    Lorsque la performance des circuits logiques s'accrut un peu, on s'essaya au traitement numérique des signaux en réception. Les principes étaient connus, mais leur application aux modems n'était pas évidente du fait de la charge de calcul très élevée. Il fallut donc encore se montrer inventif. Des techniques semi-numériques furent d'abord employées en égalisation automatique, grâce à la modulation delta, dont le décodage très simple facilitait la conception de filtres transversaux.

Le passage au traitement purement numérique devint une réalité grâce à une architecture innovante de traitement de signal, développée à La Gaude en 1970 et dite filtre numérique multiplex, que d'autres chercheurs développeront indépendamment et appelleront arithmétique distribuée. Il s'agissait de construire un court filtre transversal à quatre prises, où quatre échantillons successifs d'un signal sont multipliés par quatre coefficients fixes et additionnés. C'est la brique de base pour la plupart des filtres numériques. Plusieurs de ces fonctions de base devaient être exécutées en multiplex, sur des intervalles de temps prédéfinis. La seule approche possible était d'utiliser une arithmétique en série par bit, économe en circuits mais plus lente qu'une arithmétique parallèle.

Pour accélérer le traitement, on imagina de pré-calculer les 16 sommes possibles des quatre coefficients, multipliés chacun par un bit et de les mettre en mémoire. A chaque cycle, quatre bits de même poids provenant de quatre échantillons de signal étaient utilisés pour adresser la bonne cellule de mémoire dont le contenu était transféré dans l'accumulateur. Ainsi les quatre multiplications et leur somme étaient exécutées en même temps. Pour augmenter encore la performance, un double accumulateur permettait de ne pas propager les retenues lors de l'addition, mais de les prendre en compte à la sortie du filtre. Une puce en technologie FET dynamique cadencée à 2,5 MHz fut réalisée en série d'essai en 1972. Ses performances étaient remarquables pour l'époque (416 000 produits partiels par seconde) mais elle n'atteignit pas le stade commercial à cause d

    u coût de sa certification, IBM n'ayant pas d'autre projet en FET dynamique).

Un concept nouveau : le processeur de signaux numériques

    Outre ses problèmes de certification, le filtre numérique multiplex se révéla très difficile à mettre en œuvre à cause de sa conception fondamentalement synchrone : un intervalle de temps devait être affecté à chaque opération de filtrage et les produits réinsérés dans d'autres créneaux du cycle, ce qui nécessitait des registres extérieurs et un contrôle dont la complexité dépassait de beaucoup celle du filtre lui-même. Facteur aggravant, les exigences du marché imposaient de réaliser dans un même appareil des modes de transmission très différents, selon la qualité des lignes et la réglementation, sans oublier les liaisons de secours sur le réseau commuté. De plus, le besoin d'une synchronisation rapide sur ligne multipoint conduisait à faire fonctionner le modem de façon radicalement différente au démarrage.

    Pour prendre en compte cette complexité, il fallait abandonner l'architecture synchrone et passer à une machine programmable, fonctionnant de façon asynchrone à partir de signaux en mémoire, la synchronisation avec les évènements d'entrée et sortie se faisant par interruption. La chose parait évidente pour un informaticien, mais notre mode de pensée à La Gaude restait très proche de celui des télécommunicants et cette mutation représenta une véritable révolution culturelle.

    Le résultat fut un processeur bicéphale réalisé en technologie MOS FET, un des premiers processeurs de signaux numériques à vocation commerciale. D'un côté un multiplicateur en pipe-line (GPM) opérant en parallèle sur 16 bits en entrée.  Muni d'une double unité arithmétique, il pouvait accumuler jusqu'à 1,6 million de produits par seconde. D'autre part, pour piloter ce multiplicateur et exécuter des opérations logiques indépendantes, un microcontrôleur à 8 bits, (DFM) à instructions larges de 36 bits, capable de réaliser quatre opérations  en un seul cycle : entrée des données, exécution, mise en mémoire du résultat et branchement, le tout jusqu'à 1,6 millions de fois par seconde. Cette architecture très spécialisée permettait le traitement des interruptions sans aucun délai d'attente.

Ce couple de processeurs développé dès 1976 fut introduit en 1978 dans les modems IBM de troisième génération couvrant la gamme de 2400 à 9600 bit/s.

Un processeur monolithique de haute performance.

L’architecture buta rapidement sur deux limites, la puissance de calcul et le coût : 

- La performance des processeurs en circuits MOS FET se révéla bien vite insuffisante pour adresser les besoins des nouvelles techniques de traitement du signal. Par exemple, les 1,6 millions de produits par seconde du multiplicateur en pipeline étaient tout à fait dérisoires, quand le décodage de la modulation en treillis en demandait à elle seule plus de 2 millions.

- L'intégration sur une seule puce du processeur complet était indispensable, tant pour limiter les coûts que pour atteindre la plus haute performance possible. A l’époque, cette intégration aurait excédé la limite technologique de 5000 portes logiques.

    Pour répondre à ces contraintes, les ingénieurs de La Gaude travaillèrent avec ceux de Zürich pour développer une nouvelle architecture de processeur de signaux, la plus simple possible mais capable d’effectuer et accumuler un produit complet par cycle, ce qui fut réalisé grâce à l’idée innovante d’un multiplicateur simplifié à l’extrême.

Ce sous-ensemble de 12 x 12 bits, avec résultat sur 20 bits, ne reçoit aucune d'instruction du programme, il tourne en parallèle avec l'unité arithmétique (ALU) dont il partage les registres d'entrée, multipliant à chaque cycle tout ce qu’il y trouve et laissant au programmeur le choix d’utiliser ou non les résultats.

Le jeu de registres est limité à 8 comprenant : 2 registres d’entrée communs d’ALU et de multiplicateur, 1 registre de sortie de multiplicateur, 2 registres d'accumulation. (Utilisés en alternance, ceux-ci permettaient d'enchaîner les produits de convolution sans temps mort pour les entrées de facteurs),  2 registres d’index pour l’adressage des données, 1 registre de séquenceur pour les instructions. Mis en œuvre en technologie bipolaire à 100 ns en 1981, ce processeur permit d’obtenir 10 millions de produits par seconde et entre 15 et 20 millions d’instructions par seconde grâce aux instructions longues, une performance très en avance sur son temps. Il y eut par la suite des mises en œuvre en CMOS, à des vitesses plus élevées.

Codage en sous-bandes par QMF (filtres miroirs en quadrature) 

  Le codage à faible débit de la voix ou de la musique ajoute nécessairement du bruit au signal. Pour que la reproduction reste naturelle, il faut que ce bruit soit masqué pour la perception humaine. C'est le cas si le bruit n'occupe que des fréquences très voisines des signaux utiles ; tous les codeurs efficaces utilisent ce phénomène psycho-acoustique, connu depuis trois quarts de siècle. La manière la plus évidente pour que le bruit soit toujours masqué est de diviser le spectre en bandes étroites et de coder chaque bande séparément, avec une précision adaptée au niveau de signal dans cette bande. Malheureusement ce procédé est resté longtemps impraticable par la difficulté à réaliser une séparation parfaite des fréquences. Une séparation parfaite requiert des filtres idéaux, non réalisables en pratique.

    Si la séparation n'est pas parfaite, l'échantillonnage de chaque sous-bande induit des signaux parasites - les fréquences images - dans les canaux adjacents. Ces parasites qui n'ont pas de relation harmonique avec les signaux utiles, sont malheureusement très perceptibles. Avant l’invention des QMF, on pouvait approcher une séparation parfaite en utilisant des filtres très abrupts, dont les réponses en fréquence se coupent très bas, typiquement à -40 dB, mais, selon leur mode de réalisation, de tels filtres introduisent soit des délais inacceptables pour la transmission en temps réel, soit des distorsions ou des échos.

    L'invention des QMF (filtres miroirs en quadrature) permit de contourner cette difficulté en autorisant un recouvrement des bandes adjacentes, mais en définissant les filtres de telle sorte que les signaux parasites s'annulent au moment de la reconstruction (voir encadré page suivante). Les QMF sont utilisés sur des signaux déjà numérisés. Ce sont des bancs de filtres numériques transversaux dont les réponses impulsionnelles peuvent être définies avec une très grande précision. Le concept et la théorie de ces filtres ont été développés à La Gaude en 1976, ainsi que les premières réalisations pratiques. De nombreuses recherches y ont été consacrées depuis. Les QMF forment aujourd'hui un chapitre de l'enseignement de base en traitement numérique des signaux. Le succès des techniques de traitement en sous-bandes provient en partie de leur facilité de mise en œuvre dans les processeurs de signaux. C'est en effet le même programme qui tourne dans chacun des N canaux et comme il est exécuté N fois plus lentement, la charge de travail et la taille des programmes ne dépendent que peu du nombre de filtres utilisés.

    L'application la plus remarquée est le codage du son MPEG2-Layer3 (dit MP3), où une version évoluée des QMF est mise en œuvre (filtres polyphases) mais on retrouve le procédé dans bien d'autres codeurs du son et même de la vidéo.

Codage de la voix pour le  téléphone GSM

    Pour le groupe de traitement du signal d’IBM à La Gaude, l’aventure du GSM démarre en 1985, par une collaboration avec le CNET, alors embarqué dans la normalisation du futur téléphone mobile pan‑européen, au sein du Groupe Spécial Mobile (GSM) de la CEPT (Conférence Européenne des administrations des Postes et Télécommunications). Le CNET de Lannion travaille à l’époque sur la normalisation CCITT du codeur de parole à 16 kbit/s, et se retrouve sans proposition concrète pour répondre au cahier des charges du groupe GSM spécifiant un codeur à 13 kbit/s. Il demande alors à l’équipe d’IBM de La Gaude, qui travaille à l’époque dans la bande 8-12 kbit/s, de proposer un codeur au niveau français.

    Après une première série de tests à Turin en 1986, le codeur proposé par IBM avait été retenu avec 5 autres propositions. En janvier 1987, à La Haye, le groupe d'experts européens retient deux codeurs :  celui proposé par IBM de type MPE/LTP (Multi-Pulse Excited with Long Term Prediction) ;  celui proposé par Philips PKI de type RPE (Random Pulse Excited) de bonne qualité aussi  et moins complexe, mais plus fragile en conditions d'erreurs. IBM analyse très vite les résultats et propose une solution permettant de rassembler les points forts des deux systèmes. Des sessions de travail avec Philips PKI permettent de réaliser le codeur RPE/LTP à 13 Kbit/s, qui sera par la suite testé et finalement approuvé par le groupe d'experts en juillet 1987. Introduit commercialement en 1991, le réseau GSM comprend aujourd’hui plus de 300 millions de téléphones mobiles.

Modulation codée en treillis (TCM)

    Nous abordons peut-être ici l'innovation la plus importante que IBM a apportée à l'art des transmissions de données. Si le mérite en revient à un chercheur du laboratoire de recherche de IBM à Zürich /Rüschlikon, c'est dans le cadre d'une collaboration avec La Gaude que cette invention majeure a vu le jour. L'introduction de redondance joue un rôle essentiel pour la performance des transmissions.  Conformément à la théorie de l'information de Claude Shannon (1948), elle permet d'approcher la limite de capacité des canaux, en rendant les séquences légitimes plus faciles à distinguer en présence de bruit et de distorsion. Cette technique est largement employée dans les transmissions spatiales. Les codes convolutifs - ou en treillis - permettent d'y introduire de la redondance de façon continue et de la décoder de même, notamment par l'algorithme probabiliste de Viterbi. Pour ce faire, on augmente la largeur de la bande de fréquences transmises.

    Jusqu'en 1976 cependant, on n'avait pas réussi à étendre efficacement cette technique aux transmissions dans une bande limitée notamment en bande téléphonique. En effet, pour transmettre plus de 2 bits par Hertz dans une bande de fréquence limitée, il faut nécessairement utiliser des signaux complexes. Un groupe de 3, 4, voire 5 bits est représenté par un seul signal élémentaire pouvant prendre 8, 16 ou 32 états différents de phase et d'amplitude. Les erreurs sur les bits ne sont plus statistiquement indépendantes et les codes usuels sont inefficaces.

   Le progrès décisif a consisté à combiner codage redondant et modulation, au lieu de les traiter séparément, ce qui a permis de maximiser la différence entre les séquences de signaux possibles. C'est la modulation codée en treillis, une invention qui ouvrit la voie à la transmission à grande vitesse sur canal téléphonique. Le gain en signal sur bruit ainsi obtenu permit de réaliser très rapidement des modems à 9600 bit/s, en duplex intégral, pour le réseau téléphonique commuté. Le même principe servit de base aux développements ultérieurs à 14 400, 19 600 et même 33 600 b/s, ces procédés furent entérinés par des normes du CCITT.  L'utilisation de ce concept innovant et les progrès de l'intégration à grande échelle permirent le développement massif des transmissions numériques personnelles, de la télécopie à l'accès Internet à large bande.

Code HDB3 pour les réseaux numériques

    A la fin des années1960, la plupart des PTT européens souhaitaient développer des liaisons urbaines en MIC comparables au système américain T1, mais trouvaient cette norme trop restrictive. On commençait en effet à parler des super-multiplex à grand débit, déjà en service aux USA, et même de commutation. Il était donc très souhaitable d'arriver à une norme internationale qui faciliterait l'interconnexion des réseaux, un problème plus complexe que celui des liaisons de point à point. Une commission spéciale du CCITT fut créée, la Spéciale D. Un représentant d'IBM fut autorisé à participer à ces réunions de normalisation, à titre d'expert aux côtés de la délégation des PTT français.

    Au cours de ces réunions, on recensa plus de dix propositions de normes se différenciant du T1 par le débit binaire, la fréquence d'échantillonnage de la voix, le mode de transmission, la signalisation ou la division en canaux. Une étude proposait même de quantifier la voix non pas en binaire, mais en ternaire. En ce qui concerne les données, AT&T offrait une transmission asynchrone n'utilisant le support T1 qu'au tiers de sa capacité brute et dans une structure de canaux différente de celle de la voix. IBM fit valoir l'intérêt d'un canal numérique standard capable d’une part de transmettre aussi bien de la voix que des données quelconques, au maximum de sa capacité, et d’autre part de s'étendre au‑delà des frontières. Une condition essentielle pour cette interconnexion était que le canal téléphonique ait une fréquence d'échantillonnage et un débit commun à tous les pays, il fallait également renoncer à transmettre la signalisation téléphonique à l'intérieur de ce canal comme c'était le cas sur le T1.

    Restait un problème de taille : le signal en ligne dit pseudo-ternaire du système T1 n'était pas transparent aux données, les répéteurs perdaient leur synchronisation dès que le nombre de zéros consécutifs dépassait la dizaine. Malheureusement, c'est sur la base de ce type de signal que la plupart des développements en cours étaient basés. Une contribution d'IBM permit de débloquer cette situation, en présentant une famille de signaux pseudo-ternaires modifiés, que les répéteurs existants pouvaient transmettre sans problème quel que soit le contenu des données. Ces codes dits HDB et CHDB furent conçus à  La Gaude en 1968 et 1969.

    Dans le système pseudo ternaire, les bits valant 1 sont transmis par des impulsions de polarité alternante, les zéros ne sont pas transmis du tout. Pour maintenir la synchronisation des répéteurs, il faut transmettre un minimum de bits non nuls ; en téléphonie, le système T1 assurait ce minimum en restreignant les valeurs possibles des échantillons, ce qui est inacceptable en transmission de données. Pour assurer la transparence aux données, on peut introduire des séquences dites de remplissage dans les séries de zéros. Pour les distinguer des signaux valides il faut violer la règle d'alternance de polarité, une technique connue et utilisée par AT&T pour la synchronisation, mais dont il ne faut pas abuser de crainte de déséquilibrer le signal et d'en perturber la détection. L'originalité de la proposition d'IBM fut d'utiliser deux séquences de remplissage possibles, choisies en fonction des signaux déjà transmis, selon une règle qui permettait de ramener à zéro la composante continue.

    On pouvait ainsi supprimer toutes les séquences de trois zéros ou plus sans que la performance des répéteurs en soit altérée. Une autre proposition présentée peu après par AT&T ne pouvait s'appliquer qu'à partir de six zéros consécutifs. La proposition d'IBM avait été mise dans le domaine public, un des codes proposés, le HDB3, fut adopté par la CEPT. En 1970, le CCITT arriva finalement à un accord historique, qui réduisait de plus de dix à seulement deux le nombre des systèmes MIC dans le monde : T1 à 1,44 Mbit/s pour le continent américain et D1 à 2,048 Mbit/s pour l'Europe (avec la code HDB3), les autres pays se ralliant à l'un ou l'autre système. Point commun aux deux systèmes : 8000 échantillons de 8 bits par seconde. La transparence aux données était totale en Europe mais limitée à 7bits par échantillon aux E.-U.

L'interconnexion de tous types de signaux était désormais possible en Europe, elle se réalisera quatorze ans plus tard sous la forme du RNIS. Une solution acceptable était également disponible pour transmettre la voix entre les réseaux MIC d'Europe et des États-Unis.

Technique de génération des codes correcteurs

Les codes détecteurs et correcteurs d’erreurs en 1960

    En 1960, de nombreux codes détecteurs sont déjà utilisés, comme le plus simple, le code de parité, qui détecte toutes les erreurs en nombre impair, ou le code IBM STR, qui utilise un alphabet de 8 bits où chaque caractère possède quatre 1 et quatre 0 (ce qui donne 70 combinaisons sur 256 possibles) et qui est utilisé dans la transmission de bandes magnétiques. Dès qu’une erreur est détectée dans un bloc de message, ce bloc est retransmis.

    Les codes cycliques extrêmement simples à réaliser grâce à des registres à décalage à n éléments, où les n bits du registre sont ajoutés au message initial, permettent aussi de détecter les erreurs avec le même registre utilisé à la réception. Avec une logique supplémentaire, ils permettent en plus de corriger les erreurs de transmission les plus probables.

    De nombreux mathématiciens avaient déjà proposé des codes d’autocorrection d’erreurs classiques, comme une erreur ou quelques erreurs dans un message de longueur donnée. Dans le cas des codes cycliques, parfaitement adaptés à la transmission de données, l’élaboration de ces codes, de redondance variée, était faite à partir d’un modèle mathématique qui utilisait les corps de Galois. Chaque code est caractérisé par un polynôme à coefficient binaire correspondant aux connexions du registre à décalage. Les polynômes irréductibles et primitifs (corps de Galois) jouaient un rôle prépondérant.   

Génération systématique de nouveaux codes cycliques

    Des chercheurs de La Gaude ont pu fabriquer un  nouveau modèle mathématique, montrant que tout polynôme, même s’il n’appartient pas à un corps de Galois, a des propriétés d’autocorrection d ’erreurs. Le type d’erreurs corrigé peut être le même ou différent de ceux étudiés jusqu’à présent. Cela a conduit à établir des algorithmes permettant à un ordinateur de déterminer quels sont les codes cycliques capables de corriger un type d’erreurs prédéterminé, avec le minimum de redondance, dans un bloc de message de longueur donnée.

    Dès 1962, IBM La Gaude a publié les tables des meilleurs codes cycliques corrigeant :

- D’une part des types d’erreurs déjà étudiés. Par exemple pour corriger un paquet de 5 bits erronés maximum, n’importe où à l’intérieur d’un message de 1300 bits, le meilleur code connu  - cyclique ou non -  utilisait 17 bits de redondance. L’étude a montré l’existence d’un code cyclique utilisant 15 bits. Il est intéressent de noter qu’ayant démontré qu’aucun code de moins de 15 bits de redondance n’existe pour réaliser cette performance, le code cyclique publié dans ce cas atteint la limite absolue (code optimum).

- D’autre part de nouveaux types d’erreurs comme ceux rencontrés lors de la campagne de tests à 1200 bit/s sur ligne téléphoniques européennes. Par exemple il existe, et ce n’était pas connu, un code correcteur de 13 bits capable de corriger, dans un bloc de message de 113 bits, n’importe quelle zone de 8 bits avec 2 paquets de 2 bits à l’intérieur de cette zone.

   Ces codes correcteurs et détecteurs ont été souvent utilisés, pendant les années 1960 et 70, lorsque les situations exigeaient un niveau de sécurité important, dans la transmission d’information entre différents systèmes ou ordinateurs. La NASA, en particulier, a utilisé ces codes dans un de ses systèmes de sécurisation des commandes de contrôle du programme APOLLO. Ils ont aussi permis de corriger des erreurs dans des propositions de code soumises à la Spéciale A du CCITT.

Support des réseaux publics européens

1975 : Première connexion d’équipements IBM sur réseau à commutation par paquets

Le début des années 1970 marque l’avènement des réseaux à commutation par paquets. Pendant  qu'IBM développe SNA, annoncé en 1974, la plupart des opérateurs mènent des expérimentations de réseaux publics de transmission de données par paquets, se basant sur les recherches entreprises depuis le milieu des années 1960 par différents organismes comme le NPL en Angleterre, puis plus tard aux États Unis (ARPANET) et au début des années 1970 en France, en Europe et au Canada  avec le réseaux, SITA, TYMNET, CYCLADES, RCP, COST2/EIN. C’est dans ce contexte que démarrent en fin 1974 des discussions entre IBM et les PTT français en vue de conduire une étude sur la connexion de terminaux à des ordinateurs par l’intermédiaire d’un réseau public a commutation par paquets. Une étude conjointe entre IBM et les PTT français (le CCETT de Rennes et le CNET) démarrera effectivement début 1975.

    Dans ce projet sont établis et implémentés des protocoles de communication synchrones pour l’accès des terminaux et ordinateurs au réseau public expérimental RCP. Pour ce faire, IBM introduit dans le projet une variante du protocole SDLC (alors en cours de développement dans ses laboratoires américains). Le protocole SDLC constituait une innovation majeure, beaucoup plus performant que les protocoles du type BSC en vigueur alors. On sait que c’est une variante de ce protocole qui sera adopté ensuite par l’ISO sous le nom de HDLC, puis par le CCITT pour le niveau 2 de X.25. Il est universellement utilisé aujourd’hui. Ce projet marquera la première connexion d’un équipement IBM-SNA (terminal et ordinateur) à un réseau public à commutation de paquets. Pour cette expérimentation, des adaptateurs externes avaient été développés. L’intégration dans les équipements terminaux interviendra dans les années suivantes, lorsque le protocole X.25 aura été normalisé.

1977 - 79 : SNA s'adapte aux réseaux publics

    Un interface de programmation de protocoles de télécommunication (NTO) a été défini pour le IBM Network Control Program (programme de contrôle du contrôleur de communication IBM 3705). Cet interface permet de substituer un protocole tiers au protocole de lien natif de SNA (SDLC). En ce qui concerne X.25, on substituera un circuit virtuel (X.25 SVC/PVC) à SDLC. L’interface NTO, publié en octobre 1977, permit à IBM d’être le premier constructeur à offrir une connexion (terminal à ordinateur) par l’intermédiaire du réseau public français X.25, Transpac. Il rendait compatible les contrôleurs de communication IBM, d’architecture SNA, avec les réseaux européens de transmission de données  (X.25, X.21 et plus tard ISDN), élément déterminant pour la commercialisation de ces équipements en Europe et au Japon.

1980 - 86 : Optimisation et intégration.

    Définition et mise en œuvre du  protocole X.21 Short Hold Mode (X.21 SHM). Cette fonction pouvait  présenter des avantages selon la méthode de tarification, en profitant du fait que les réseaux X.21 avaient pour caractéristique un temps d’établissement de connexion très bref. De ce fait, le contrôleur de communication interrompait la connexion réseau en absence de trafic, tout en gardant la session applicative, pour la rétablir dès que des données apparaissaient. La reconnexion pouvant intervenir aussi bien à l'initiative du contrôleur de communication que du terminal. En outre, les connexions X.21 étant limitées à un débit de 64kbit/s, plusieurs connexions étaient utilisées en mode lignes groupées pour augmenter le débit des gros centres de calcul. Dans cette configuration, la reconnexion de la session pouvait se faire sur l’une quelconque des lignes X.21 du groupe concept de Short Hold Mode / Multiple Port Sharing, (X.21 MP/SH). Ce mode de fonctionnement nouveau, déployé en 1983, permettait de faire des économies substantielles et eut un très grand succès, en particulier dans les pays nordiques pour le secteur bancaire et les assurances.

    En 1986, IBM La Gaude met sur le marché un réseau X.25 implanté sur une base SNA. Cette fonction, appelée X.25 Interconnect (XI), permettait de déployer, en superposition sur un réseau classique SNA, un réseau privé X.25.

Un environnement des réseaux bouleversé par l’apparition de la fibre optique

    A la fin des années 1980, le déploiement en masse de la fibre optique d’abord aux Etats-Unis, puis dans le monde entier, affecta profondément le modèle des réseaux de télécommunications développés dans la décennie suivante. En effet, la fibre permit :

- une amélioration notable de la qualité de transmission : la vitesse de transmission passa rapidement de quelques centaines de kbits/s à plusieurs dizaines, et bientôt plusieurs centaines de Mbits/s. Les taux d’erreurs diminuèrent de plusieurs ordres de grandeur, par exemple de 10^-3 à 10^-6.

- une baisse rapide du coût unitaire de transport, qui entraîna la centralisation des serveurs, et donc une évolution des entreprises du réseau local (LAN) vers le réseau (WAN), générant des demandes de bande passante inégalées,

- l’apparition d’applications multimédia, de nature très sporadique (bande passante instantanée très variable) et demandant des temps de réponse très faibles.

    Ce changement de modèle engendra de nouvelles demandes sur le réseau de transport :

- Le support de plusieurs classes de service différentes.

- La garantie de qualité de service de bout en bout [exprimée en temps total  de transit, gigue de phase (variation du temps de transit), taux d’erreur résiduel].

- Un transport efficace de flux multimédia ayant des caractéristiques très différentes en sporadicité, en temps de transit et gigue maximale et en taux d’erreur maximal. La problématique de transporter efficacement un flux de trafic revient à ne réserver que le strict nécessaire au transport pour garantir une qualité de service donnée, sans bloquer la bande passante maximale pour toute la durée de la transmission. Cette problématique prend une dimension supplémentaire pour le transport de flux multimédia.

- Un temps de transit minimal dans chaque nœud de commutation.

    Ces demandes entraînèrent une transformation profonde de l’architecture des réseaux de transport et des commutateurs développés par IBM.

L’évolution de l’architecture des réseaux

    L’architecture des réseaux de transport a subi deux changements fondamentaux, affectant le contrôle des connexions et le contrôle du réseau. Le contrôle des connexions se fait désormais en périphérie du réseau et non plus à chaque segment de la route. En effet, l’augmentation de vitesse nécessite un contrôle de flux de bout en bout. Plus question de signaler au commutateur en amont qu’une congestion se produit, car, lorsque le message de signalisation sera reçu et interprété par ce commutateur, il aura envoyé plusieurs dizaines de millions d’octets supplémentaires… qui alimenteront la congestion de plus belle. On utilise des protocoles de réservation de bande passante pour chaque connexion, ce qui permet au réseau de garantir le besoin en bande passante et donc la qualité de service, pour la durée de cette connexion. On complète ces protocoles de réservation par des protocoles de signalisation qui, sur détection d’une congestion imminente malgré les réservations, vont permettre à la source de réduire graduellement son débit.

    De même, il n’est plus nécessaire de faire de la détection d’erreur et de la retransmission de données sur chaque segment de la route. Le taux d’erreur étant désormais très faible, on adopte des méthodes de détection d’erreur à la réception et une action corrective différenciée suivant le type de paquet : par exemple, les rares données en erreur sont retransmises, le protocole de contrôle automatique de la fenêtre TCP permettant de reprendre progressivement le débit maximal, alors que les paquets de voix compressée sont simplement interpolés. Enfin, des files d’attentes différenciées sont mises en œuvre dans chaque commutateur, avec un service par priorité, pour satisfaire les temps de transit prescrits pour chaque classe de service (donnée interactive, donnée en batch, voix, vidéo).

    Le  contrôle de réseau voit en revanche ses fonctions se décentraliser vers les nœuds intermédiaires. Par exemple, la topologie est désormais une base de données dupliquée dans chaque commutateur de périphérie et des protocoles puissants sont mis au point pour que les différentes copies soient synchronisées rapidement. Cette base de données représente le réseau, sa topologie physique et l’état de tous ses éléments, comme par exemple le degré d’utilisation des lignes. Elle est dorénavant disponible dans chaque commutateur pour calculer les routes des nouvelles connexions ou pour rerouter des connexions en cas de rupture de ligne. Cette décentralisation permet une augmentation sans précédent du nombre de connexions pouvant être établies par seconde.

    L'annuaire est une autre base de données distribuée dans chaque commutateur de périphérie, répertoriant les adresses de toutes les destinations possibles, ainsi que leurs changements dynamiques éventuels. L'annuaire permet d’établir immédiatement toute nouvelle connexion. Bien entendu, là encore, des protocoles puissants sont mis en œuvre pour synchroniser cet annuaire dans tout le réseau, rapidement et économiquement.

    Enfin, la gestion du réseau est un troisième exemple de fonction décentralisée. Chaque commutateur est doté de moyens très puissants pour effectuer le contrôle, le diagnostic et le remplacement automatique de ses fonctions vitales, ainsi que le rapport de l’état de tous ses éléments (état et charge des lignes, charge des processeurs, etc.). Du fait de sa décentralisation, cette fonction permet  d’établir des états très détaillés de chaque connexion et par conséquent de garantir une qualité de service à chaque client. Cette qualité de service peut désormais se mesurer, et donner lieu à un contrat avec le client avec une clause de dédommagement : c’est le début des services réseaux managés, qui prédominent aujourd’hui.

  Pour adresser ces changements fondamentaux, les ingénieurs de La Gaude travaillèrent avec ceux de la Research Division IBM de Yorktown. Ils définirent une architecture innovante, appelée NBBS - Network Broad-Band Services - dont plusieurs éléments furent publiés et adaptés par l’ATM Forum et par l’IETF pour développer les protocoles utilisés aujourd’hui.

  
Nouvelle architecture pour les commutateurs de réseaux.

    L’architecture des commutateurs de réseau se transforma suivant les mêmes règles que celle des réseaux. Il fallait désormais traiter les paquets le plus vite possible, suivant leurs priorités respectives et ne pas perdre de paquet. C’est ainsi que des nouveaux concepts furent appliqués à la matrice de commutation, aux adaptateurs de lignes et aux procédés de traitement des paquets.

    La matrice de commutation devait être très simple et non bloquante. Les ingénieurs de La Gaude développèrent avec leurs homologues de la Research Division IBM de Zurich, un concept révolutionnaire, le commutateur PRIZMA qui pu s’intégrer dans la technologie de l’époque sur une seule puce et qui traitait 16 lignes bidirectionnelles à 155 Mbit/s, avec 5 classes de service et sans perte.

    Depuis lors, cette architecture de commutateur a été largement développée, étendue à des vitesses très supérieures, et est actuellement mise en œuvre dans de très nombreux commutateurs et routeurs de l’industrie. Les adaptateurs de lignes, désormais plus complexes, comprennent des files d’attente différenciées avec des mécanismes de contrôle et de report de la congestion pour chacune des 5 classes de service : voix, vidéo, données interactives, données à basse priorité, données non prioritaires.

    Le traitement des paquets se fait par circuit spécialisé programmable. Le laboratoire d’IBM à La Gaude a mis au point un processeur qui permettait de traiter en un nombre minimum de cycles toutes les opérations élémentaires sur les paquets, comme la segmentation, la reconstruction, la mise en file d’attente, la gestion de congestion et de priorités, le traitement d’en-têtes comme la commutation d’étiquette (label swapping), les protocoles d’admission comme par exemple les algorithmes de leaky bucket de l’ATM et du relais de trame, et la préemption de la transmission de paquets de faible priorité par des paquets de plus haute priorité. En 1993, la première génération de cette architecture permettait de traiter 1 million de paquets par seconde dans chaque adaptateur de ligne. Depuis, le principe a été largement utilisé et amélioré dans les "network processors" utilisés dans tous les routeurs.

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J. M. Pierret : Modulation digitale à échos. Colloque international sur la téléinformatique -
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Alain Croisier and Jean-Marc D. Pierret : The Digital Echo Modulation. IEEE Tran. on Communications Technology Vol. COM-18, No.4  pp.367-376 Aug. 1970

F. Choquet, H. J; Nussbaumer : Generation of Synchronous Data Transmission Signals by Digital Echo Modulation. IBM Journal of Research and Development Vol.15 No.5 pp.364-377 sept. 1971

H. Nussbaumer : Fast Fourier transform and convolution algorithms. Springer series in information sciences, Springer 1982

Philippe Thirion : Digital Signal Processing with Program Synchronization Between Two Microprocessors. IEEE Tran. on Communications Vol. COM-26 No. 5 pp. 513-517 May. 1978

G. Ungerboeck, D. Maiwald, H;-P. Kaeser, P.R. Chevillat and J.P. Beraud :
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Jean Paul Beraud : Signal processor chip implementation. IBM Journal of Research and Development Vol.29 No.2 pp.140-146 March 1985

Alain Croisier : Evolution des architectures de traitement du signal en bande vocale. Journées d'électronique,15-17 oct. 1985. EPFL, Presses Universitaires Romandes, Lausanne pp.45-48 ISBN 2-88074-086-X

Commutation

B. Corby : IBM 2750 Voice and Data Switching System: Organization and Functions.
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R.E. Reynier : Electronic Switching Network  of the IBM 2750. IBM Journal of Research and Development Vol.13 No.4 pp.416­‑427 July 1969

J. D. Colas : Operational Program for the IBM 2750. IBM Journal of Research and Development Vol.13 No.4 pp.428­‑438 July 1969

L.L. Rosier, C. Turrel and W.K. Liebmann : Semiconductor Crosspoints. IBM Journal of Research and Development Vol.13 No.4 pp.439-446 July 1969

E.Y. Rocher and R.E. Reynier : Response Time of Thyristors : Theoretical Study and Application to Electronic Switching Networks. IBM Journal of Research and Development Vol.13 No.4 pp.447­‑455 July 1969

Michel Bastian : Voice-Data Integration: An Architecture Perspective. IEEE Communications Magazine Vol. 24, No.7, July 1966

Réseaux numériques

A. Croisier et A. Falcoz : La transmission de données sur multiplex à modulation par impulsions codées (MIC). L'Onde Électrique No.511 - Colloque International sur la Téléinformatique oct. 1969

A. Croisier : Introduction to Pseudoternary Transmission Codes. IBM Journal of Research and Development Vol.14 No.4 pp.354­‑367  July 1970

A. Croisier : Compatible High-Density Bipolar Codes: An Unrestricted Transmisssion Plan for PCM Carriers. IEEE Tran. on Communications Technology Vol. COM-18, No.3  pp.265-268 June 1970

P.Secondo and R.C Hayward : Interface for Virtual Devices in Network Nodes. IBM Technical disclosure Bulletin  Vol. 20  N°5 October 1977

G. Lebizay, C. Galand, D. Chevalier, F. Barre : A high-performance transport network platform, IBM Journal of Research and Development Vol.34 No.4 pp.705-724,  1995

Normalisation

C. Ngo-Mai: Transmission de l'information codée et normalisation - Courrier de la normalisation N°221, AFNOR Septembre-Octobre 1971.

C. Ngo-Mai: Le HDLC - Journées d'Informatique  Ecole Nationale Supérieure d'Electricité, 18 juin 1974 

C. Ngo-Mai: Transport sur une liaison de données Téléinformatique, Dunod 1979 (sous la direction de C.Macchi, JF. Guilbert). 

Expertise en télécommunications

M. Humbert : Evolution of Type Approval in Europe.  Proceedings of the International Telecommunication Symposium – Taipei 18-20 septembre 1990 – Telecommunication Training Institute – Taiwan Ministry of Communications –

M.L. Hess, M. Brethes and A. Saito : A comparison of four X.25 public network interfaces  Proceedings of ICC, Boston 1979 - pages 38.6.1 - 38.6.8.

 e-business

Marc Boisseau et Pierre Secondo :  L’introduction des technologies mobiles dans l’entreprise   Mobilité.net - Chapitre II, Fondation Internet Nouvelle Generation (FING), 2004.
ISBN 2-275-02540-5