Capteurs by 9jsW0Bn

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									                             FIP
                           Présentation


Patrick MONASSIER
Université Lyon 1 France
                                          1
      Historique                                                                               FIP

                                                IEC Central Office
  FIP Flux Information Process                  3, rue de Varembé
                                                P.O. Box 131
                                                CH - 1211 GENEVA 20
                                                Switzerland
                                                Phone: +41 22 919 02 11
                                                Fax: +41 22 919 03 00
L’association WorldFIP a été créée en mars      http://www.iec.org
1987, sous le nom originel de CLUB FIP (Flux
                                                La Commission Electrotechnique Internationale
Information Process)
                                                (CEI) est la première organisation mondiale qui
                                                élabore et publie des normes internationales pour
Le processus de décision de créer un réseau     tout ce qui a trait à l'électricité, à l'électronique et
de terrain industriel a été initié avec le      aux technologies apparentées. Celles-ci servent
ministère de l’industrie en 1982                de base à la normalisation nationale et de
                                                références lorsqu'il s'agit de rédiger des
                                                soumissions et des contrats internationaux.
En 1984, le groupe projet publia les concepts
FIP. Plusieurs constructeurs viennent
rejoindre le groupe en 1986
- TELEMECANIQUE
- MERLIN GERIN
- CGEE ALSTOM
- CSEE (CETIA)

FIP est standardisé sous la norme WordFip
EN50170 (européenne) et IEC61158                 http://www.worldfip.org
                                                                                                 2
                                                                                   FIP
               Présentation



     FIP permet la répartition de l’intelligence, du contrôle, des données


  Unité de
  Traitement



Capteurs /
Actionneurs


                                                        FIP

                    Modèle PRODUCTEUR / CONSOMMATEUR


 Le mécanisme de diffusion des données, mécanisme de base de FIP, assure les
 cohérences spatiales et temporelles de données chez tous les abonnés consommant
 un ensemble de variables.

                                                                                   3
                                                                                FIP
  Topologie générale


                         Cable principal 1




                                             Cable principal 2

                 Segments
                 terminaux




                                                   Vitesses :
JB     Boîte de jonction                           Norme couche physique cuivre
TAP    Dérivateur                                  3 normes :
REP    Répéteur                                    - S1 : 31,25 Kb/s basse vitesse
DB     Boîte de diffusion                          - S2 : 1 Mb/s      haute vitesse
DS     Abonné déconnectable localement             - S3 : 2,5 MB/s haute vitesse
DNS    Abonné non déconnectable localement         - Fibre optique 5 Mb/s

                                                                                 4
                                                                     FIP
     Codage Bit




Le codage bit est du type MANCHESTER




 Logique « 1 »      Logique « 0 »                     Violation V-
                                       Violation V+
   ou EB+              ou EB-




                                                                     5
                                                                                                            FIP
               Trame FIP                   Toute trame FIP est composée de 3 parties :
                                                     - La séquence de début de trame
                                                     - Le champ de contrôle et données
                                                     - La séquence de fin de trame




                   PRE                       FSD                                      FED


            PRE permet de             FSD indique à la         CAD contient       FED permet à la
            synchroniser              couche liaison de        les contrôles      couche liaison de
            l’horloge de réception    données le début         et les             trouver la fin du
                                      de l’information         données            champ CAD
                                      utile (CAD)              utile


          PRE          Préambule                             Preambule
          FSD          Délimiteur de début de trame          Framse Start Delimiter
          CAD          Contrôle et données                   Control and data
          FED          Délimiteur de fin de trame            Frame End delimiter


La couche physique ajoute 21 symboles à toute trame émise - 672 us à 31,25 Kb/s - 21 us à 1 Mb/s - 8,4 us à 2,5 Mb/s
                                                                                                              6
  Couche liaison de données
                                                                                            FIP


         2 types de services de transmissions :

                       Échange de variables identifiées
Couche liaison
                       Transfert de messages



         Les échanges peuvent se faire :

                       Cycliquement - périodicité par variable définie à l'initialisation
Echanges
                       Sur demande - sur demandes explicite des utilisateurs



         Adressage :

                       variables - 1 identifieur 16 bits par variable
Adressages
                       messages - en point à point uniquement, adresses codées sur 24 bits


                                                                                            7
Couche liaison de données
                                                                             FIP

        Interface couche application – couche liaison de données




                                        K                  Ne génère
                                                           aucune activité
                                                           sur le bus



                                        A




Sur cet exemple, la couche liaison de données contient :
                   Un buffer produit correspond à l’identifieur K
                   Un buffer consommé correspond à l’identifieur A

                                                                             8
                                                                                  FIP
        Tranfert de buffer




Les buffers produits ou consommés sont également accessibles
par le bus, qui prélève ou dépose des valeurs de buffer.
Ce mécanisme s’appelle le transfert de buffer.


Les buffers sont à double accès, la couche liaison de données doit résoudre les
problèmes posés par les conflits d’accès.




                                                                                  9
                                                                             FIP
                Tranfert de buffer




Indication d’émission
de la valeur sur le bus    Donnée produite K




Indication de
réception de la valeur    Donnée consommée A




  Pour réaliser le mécanisme de transfert de buffer, l’arbitre de bus émet
  des trames question ID_DAT, en précisant le Numéro d’Identifieur




                                                                             10
                                                                                                FIP
         Mécanisme d’allocation du medium




L’arbitre de Bus
BA : Bus arbitrer
contient la table de
scrutation des variables


            Le réseau FIP est constitué de stations possédant deux types de fonctionnalités :

                           - L’arbitrage de bus : gestion d’accès au medium

                           - La fonction production / consommation

                                                                                                11
                                                                                       FIP
    Production d’une variable


Le modèle producteur - Consommateur         L’arbitreur de bus C fenvoie une demande
                                            de valeur concernant la variable A




                                              La valeur de la variable A est mise en
                                              diffusion générale




Consommateur




               Consommateur           Producteur   Consommateur
                                                                                       12
                                                                                                         FIP
           Table d’arbitrage de bus
                                                            Les variables identifiées produites ou consommées
                                                            par un utilisateur peuvent être :

                    Exemple                                 de type simple :
                                                            - Booléen
                                                            - Entier (notation complémentaire à 2)
                                                            - Chaine binaire (maxi 32 octets)
    L’exemple ci-dessous indique comment configurer         - Chaine d'octets (maxi 126 octets)
    l’arbitre de bus pour garantir une scrutation           - Chaine visible (maxi 126 octets)
                                                            - Temps 14 caractères : AAA MM JJ HH MM SS
    déterministe
                                                            - Flottant simple précision 4 octets (ANSI IEEE 754)
                                                            - Flottant double précision 8 octets (ANSI IEEE 754)
                                                            - BCD

                                                            De type structuré :
                                                            - structure de type simple
                                                            - structure de structure
                                                            - tableau
                                                            - tableau de tableau
                                                            -tableau de structure
                                                                          …………




Le temps indiqué comprend l’émission et la réception, ainsi qu’un temps de retournement de 20 us.



                                                                                                         13
                                                                                      FIP
 Scrutation des variables



Le dessin ci-dessous représente une répartition possible des                A       5 ms
identifieurs A à F sur un axe de temps, en fonction des                     B      10 ms
                                                                            C      15 ms
périodicités de chacune des variables
                                                                            D, E   20 ms
                                                                            F      30 ms




 Chaque tranche de temps constitue un cycle élémentaire : ici égal à 5 ms


                                                                                       14
                                                                                           FIP
         Scrutation des variables



                                                                                   A       5 ms
      Charge trafic
                                                                                   B      10 ms
                                                                                   C      15 ms
                                            1 Mb/s                                 D, E   20 ms
      5 ms                                                                         F      30 ms

                                  Temps pour le trafic apériodique




Trafic
périodique

                                                                                temps



      En fonction des renseignements précédents, on peut dresser la table de charge du réseau



                                                                                           15
                                                                                       FIP
              Scrutation des variables

                                                                                 A       5 ms
                                                                                 B      10 ms
                                                                                 C      15 ms
                                                                                 D, E   20 ms
                                                                                 F      30 ms
                       Cycle élémentaire




Durée du
cycle
élémentaire




                                                                               temps
                         Macrocycle


                      L’arbitre de bus déroulera à l’infini les mêmes cycles




                                                                                        16
                                                                              FIP
Scrutation des variables




                                                                           A       5 ms
                                                                           B      10 ms
                                                                           C      15 ms
                                                                           D, E   20 ms
                                                                           F      30 ms
                         Temps pour le trafic
                            apériodique




 Une autre répartition plus uniforme des identifieurs au sein des cycles
                  élémentaires pourrait être la suivante


                                                                                  17
                                                       FIP
Cycle élémentaire




Chaque cycle élémentaire est composé de 4 fenêtres




Fenêtre de synchronisation – remplissage (padding)


   Fenêtre d’échange des messages apériodiques

      Fenêtre d’échange des variables apériodiques

         Fenêtre d’échange des variables cycliques


            Echanges cycliques     Déterministes

        Echanges acycliques        Non Déterministes

     Remplissage


                                                       18
                                                                                          FIP
Demande de transfert variable périodique


   Le modèle producteur - Consommateur         L’arbitreur de bus C fenvoie une demande
                                               de valeur concernant la variable A




                                                 La valeur de la variable A est mise en
                                                 diffusion générale




    Consommateur




                   Consommateur          Producteur   Consommateur
                                                                                          19
                                                                                           FIP
          Demande de transfert variable apériodique


           Ce mécanisme se déroule en 3 étapes :


                                 Pendant le trafic périodique : positionnement d’une requête

Etape 1




Requête

File d’attente
- normal
- urgent

                 Consommateur

                            Consommateur           Producteur   Consommateur
                                                                                           20
                                                                                           FIP
             Demande de transfert variable apériodique




                           Dans la fenêtre des variables apériodiques : émission de la requête

 Etape 2




File d’attente
spécifique

Liste des variables
apériodiques à
servir (identifieurs)



                                                                                            21
                                                                                                    FIP
             Demande de transfert variable apériodique




L’arbitre de bus diffuse la valeur de l’identifieur qui sera produit puis consommé par les autres stations.



 Etape 3

L’arbitre sert une ou
plusieurs variables, en
fonction du temps
apériodique disponible


                                                    Producteur            Consommateur



                          Une station demandant un transfert apériodique peut être :

                                     - Productrice de la variable
                                     - Consommatrice
                                     - Productrice et consommatrice


                                                                                                    22
Demandes apériodiques
                                                                                            FIP
                                         Les demandes peuvent être de deux natures
                                              - Libres (L_FREE_UPDATE.req)
                                              - Spécifiées (L_SPEC_UPDATE.req)
Le mécanisme «libre »


                                                                                Fenêtre périodique




                                                   Buffer producteur
                                                     Identifieur K




                                                   File « urgent »



                                                   File « normal »


Le mécanisme « spécifié »
fonctionne à peu près de la même
façon. La file d’attente est remplacée
par un buffer de la variable. Il est
uniquement utilisé par la couche                                                Fenêtre apériodique
application pour réaliser le mécanisme                               Puis B
de cohérence spatiale. Ce mécanisme                                                         23
est interne à la couche application
                                                                                                 FIP
     Demande de transfert de messages SANS acquittement



            Ce mécanisme se déroule en 3 étapes :

                                                            En point à point ou en diffusion générale
Etape 1




File d’attente
des
messages




                           Requête indiquée par positionnement du bit « requête de message »
                                                                                                 24
                                                                              FIP
  Demande de transfert de messages SANS acquittement




Etape 2




                                              Message en diffusion générale




                                 Producteur
                                                           Consommateurs

                                                                              25
 Demande de transfert de messages SANS acquittement                                    FIP




                       Le producteur envoie un signal de fin de transaction message
Etape 3
                                    Fin de transaction




                                       Producteur

                        Toutes les stations recoivent l’indication de fin de message




                                                                                       26
 Demande de transfert de messages AVEC acquittement
                                                                                            FIP


                               Permet de fiabiliser   des échanges en Point à Point
Ce mécanisme se
déroule en 4 étapes :
                                                         En point à point
Etape 1




 File d’attente
 des
 messages




                        Requête indiquée par positionnement du bit « requête de message »
                                                                                            27
Demande de transfert de messages AVEC acquittement         FIP




Etape 2                                 Envoi du message




                                                           28
Demande de transfert de messages AVEC acquittement
                                                                   FIP



                                         Acquittement du message



Etape 3




                                  Fin de transaction message

Etape 4




                                                                   29
                                                                                     FIP
     Classes de conformité


Définit la classe de la station. Toute station FIP possède au moins les
mécanismes de transfert de buffer et d’écriture de buffer




                    Transfert de buffer
                     Ecriture de buffer
                     Lecture de buffer
             Demande explicite libre
      Demande explicite spécifiée
      Message sans acquittement
      Message avec acquittement

                                                              Service supporté

                                                              Service non supporté
                                                                                     30
                                                                       FIP
     Trames transfert de buffer




Trames de question : ID_DAT, ID_RQ et ID_MSG
   Elles ne diffèrent que de quelques bits dans le champ de contrôle




Trames de réponse : RP-DAT
   réponse à une trame ID_DAT




                                                                       31
                                                                                FIP
   Trames de réponse




Trames de réponse requête : RP_RQ
   réponse à une trame ID_RQ




Trames de réponse : RP_MSG_xx       Une station répond à une trame ID_MSG par
  réponse à une trame ID_MSG        une trame RP_MSG_NOACK ou RP_MSG_ACK




                                                                                32
                                                                    FIP
      Trames de réponse




Trames de réponse requête : RP_ACK
    suite à une trame de message avec demande d’acquittement




Trames de réponse : RP_FIN
   suite à une émission de message, fin de transaction de message




                                                                    33
                                                                                    FIP
Performance – transfert de buffer




  La trame RP suit une trame ID. TR est le temps de retournement. La trame RP_DAT
  doit intervenir dans ce délai borné.




          Le temps de retournement TR est défini dans la norme gestion de réseau.

                               10 TMAC <= TR <= 70 TMAC


         TMAC = temps d’émission d’un symbole de couche physique 1, 0, V+, V- , 0

                       à 31,25 Kb/s   22,4 us < TR < 320 us
                       à 1 Mb/s        10 us < TR < 70 us
                       à 2,5 Mb/s        4 us < TR < 28 us

                                                                                    34
                                                                                           FIP
   Informations de service




Chaque couche ajoute de l’information de service à ce qu’elle reçoit de la couche supérieure




Couche utilisateur                                                Longueur des données utiles



Couche application                                                            +2 octets



Couche liaison                                                                +3 octets



Couche physique                                                               +21 bits



    Le nombre de bits ajoutés est de 61 bits, qu’elle que soit la longueur des données



                                                                                           35
                                                                                                    FIP
           Temps de transaction




Le temps total d’une transaction est composé des durées suivantes :
           - Emission de la trame question
           - Temps de retournement
           - Émission de la trame réponse
           - Temps de retournement

Durée d’émission de la trame question : 61 TMAC (constant)

Durée d’émission de la trame réponse = 61 TMAC + n*8 TMC (n=nombre d’octets utilisateur)

Durée temps de retournement = 2*TR TMAC (TR>=10 et TR<=70)

L’efficacité est égale au temps d’émission de l’information utile divisé par la durée de la transaction

Efficacité = n*8 TMAC / (61 TMAC + TR TMAC + 61 TMAC + n*8 TMAC + TR TMAC)

Efficacité = n * 8 TMAC / ( 122 TMAC + 2 TR TMAC + n * 8 TMAC )




                                                                                                    36
Calculs selon TR                                                                            FIP



        Calculs pour TR = 10

           Longueur utile      efficacité   débit réel pour 1 Mb/s   débit réel pour 2,5 Mb/s




        Calculs pour TR = 70

            Longueur utile     efficacité   débit réel pour 1 Mb/s   débit réel pour 2,5 Mb/s




                                                                                            37
   Couche application MPS                                                         FIP
Les services de FIP se regroupent en 3 ensembles distincts :

           - ABAS – Services application d'arbitrage de bus
           - MPS – Services périodiques / apériodiques variables
           - subMMS – Sous-ensemble de service de messagerie



                                                                    Couche 7




                                                                    Couche 2



                                                                    Couche 1



La couche applicaton MPS offre à l'utilisateur :
          - Des services de lectures/écritures locales
          - Des services de lectures/écritures distantes
          - Des indications d'émission/réception variables
          - Des informations de fraîcheur des informations consommées
          - Des informations de cohérences spatiales et temporelles des données
                                                                                  38
 Lectures / écritures locales                                                                        FIP

                                                                                             Bus activity




                                                                                                Aucune
                                                                                                activité
                                                                                                déclenchée
                                                                                                sur le bus




Les buffers des variables sont écrits ou lus depuis la couche applicative, sans déclencher d’activité bus
                                                                                                      39
Indications de réception / émission                                                     FIP




          La couche applicative reçoit des indications, fonction de l’activité du bus




                                                                                        40
Lectures / Ecritures distances                            FIP

AP




                  Mécanisme de lecture de la variable A
                                                          41
     Resynchronisation                                                           FIP


Le mécanisme de resynchronisation en consommation consiste à recopier le
contenu du buffer public dans le buffer privé, sur réception d'une variable de
synchronisation




                                                                                 42
 Synchronisation des variables                                           FIP




Les contenus des buffers privés et publics, en fonction du temps, pour
une variable produite resynchronisée

                                                                         43
Promptitudes et rafraîchissements                                                                       FIP

    Rafraîchissement asynchrone




Ecriture asynchrone (valeur)                                      Lecture asynchrone (valeur, status)




                               Etat du rafraichissement :
                               Mécanisme de l’élaboration de la
                               période de production (ms)
        Producteur                                                             Consomateur




                                    Status , Valeur


 Chaque consommateur, par l'intermédiaire d'un service de lecture, en accédant au
 status, sait si le producteur de la variable a respecté le délai de production
 attaché à la variable


                                                                                                        44
Promptitudes et rafraîchissements                                                        FIP

            Rafraîchissement asynchrone


A chaque nouvelle écriture de valeur, la couche application arme le timer associé à la
variable, avec la valeur de la période de production.

                   Le status est vrai tant que ce timer n'expire pas.




                                                                                         45
Promptitudes et rafraîchissements                                                                  FIP

                          Rafraîchissement synchrone


         A chaque réception de variable de synchronisation, le timer est réarmé avec la valeur
         de la période de production, le status passe à faux.

         Lorsque l’utilisateur dépose une nouvelle valeur, si le timer n’a pas expiré, le status
         devient vrai et le restera jusqu’à expiration ou réception d’une nouvelle variable de
         synchronisation


         True
Status
         False
                                                                     Période de production




                 s = point de réception de la variable de synchronisation
                 p = point de la variable en production (A_WRITELOC)
                                                                                                   46
  Promptitudes et rafraîchissements                                                                                  FIP

    Promptitude asynchrone

                                              Lors d'une lecture, récupération de la valeur de la variable ainsi
Dans cet exemple: pour la même                que la status de promptitude. La station saura si le producteur
variable, une station élabore un
status de promptitude asynchrone,
                                              respecte sa période de production, et si le mécanisme de
l'autre pas.                                  transfert de buffer fonctionne correctement


 Ecriture asynchrone (valeur)            Valeur, status    lecture asynchrone         Valeur    lecture asynchrone




            Producteur                               consommateur                          consommateur




                                valeur


                                                      Etat de promptitude
                                                      Mécanisme d’élaboration de la
                                                      période de consommation (ms)

                                                                                                                     47
         Promptitudes et rafraîchissements                                                  FIP

     Promptitude asynchrone


   Lorsque l'entité de communication reçoit une nouvelle valeur, elle arme un timer de
   promptitude asynchrone associé à la variable consommée avec la valeur de la période de
   consommation. Il le restera tant que le timer n'expire pas.




          True
Status
          False



     Timer de
   période de
consommation



                  C = réception de la variable consommée




                                                                                            48
Cohérences temporelles et spatiales                                                           FIP

       Cohérence temporelle de production


    La cohérence temporelle de consommation est un ET logique sur tous les
    états de proptitudes individuels



A_READLIST.rq(<a,b,c>,CSP)
                                              Etat des
                                              Rafraîchissements
                                              individuels                    t1   t2 t3 t4
                                                                         a   V    V V V
                                         V = Vrai                        b   V    F V V
                                         F = Faux                        c    F   V V V

                                                  ET logique des états       F    F   V   V




Exemple de 3 capteurs :      Débit     Pression       Température

                                                                                              49
Cohérences temporelles et spatiales                                                      FIP

      Cohérence spatiale


La cohérence spatiale est un état booléen élaboré optionnellement par les couches
applications consommatrices d'une liste de variable.

Si toutes les copies de la liste sont identiques, l'état est Vrai, sinon il est Faux.




                          Liste de variables




                                                                    Vrai si identiques
                                                  Etat booléen
                                                                    Faux si différents




                                                                                         50
Types de variables et Protocol Data Unit (PDUs)                                                          FIP

                                                                   Exemple pour un entier 16 bits
 Les variables identifiées produites ou consommées par un
 utilisateur peuvent être :


 de type simple :

              Booléen
              Entier (notation complémentaire à 2)
              Chaine binaire (maxi 32 octets)
              Chaine d'octets (maxi 126 octets)
              Chaine visible (maxi 126 octets)
              Temps 14 caractères : AAA MM JJ HH MM SS
              Flottant simple précision 4 octets (ANSI IEEE 754)
              Flottant double précision 8 octets (ANSI IEEE 754)    Ces variables sont transportées sur le
              BCD                                                   réseau à l'intérieur de PDU

                                                                    Dans l'exemple, la couche application
 De type structuré :                                                ajoute 2 octets au codage de l'entier 16
                                                                    bits.
              structure de type simple
              structure de structure                                - Le premier indique le type du PDU
              tableau
              tableau de tableau                                    - Le second indique la longueur de
              tableau de structure                                  l'information contenue
              …………


                                                                                                         51
    Gestion de réseau                                                                               FIP
Les services de gestion de réseau sont regroupés dans 2 familles de services :

          SM-MPS : ensemble des services de gestion de réseau basé sur MPS
          SMS : ensemble des services de gestion de réseau basé sur la messagerie (MCS-MSG)



                                                                                     MIB : ressources
                                                                                     de communication

                                                                                     Base
                                                                                     d'information de
                                                                                     gestion

                                                                                     MIB est une
                                                                                     structure des
         Bus arb.   Apériodique/périod.           Messages                           données
                                                                                     arborescente
                                                                                     décrivant couche
                                                                                     par couche
                                                                                     chacun des
                                                                                     attributs, ainsi que
                                                                                     la portée de
                                                                                     chaque service.

      Service       Service                     Service
      Arbitreur     périodiques et              Message
      de bus        apériodiques

                                                                                                     52
  Gestion de réseau                                                     FIP

Les fonctions essentielles de gestion de réseau sont au nombre de 3 :


Gestion du mode opératoire

• Commandes de start/stop
• Commandes de Validation / Invalidation
• Commandes de reset
• Fonctions de Lecture / Ecriture

Gestion de la configuration

• Création d'objets
• Destruction d'objets
• Démarrage / arrêt d'entités de communication

Gestion des défauts et performances

• Lecture de compteurs
• Mise à zéro de compteurs




                                                                        53
Gestion de réseau                                                                            FIP

 Une station FIP dispose de 2 types de processus application distincts :
                                                                                SMAP :
                                                                                System Manager
 - L' AP utilisateur qui réalise des fonctions d'une application répartie       Application Process
 - Le SMAP qui gère les fonctions de gestion de réseau



       Station FIP Manager                                       Station FIP Agent




 SMAP Manager gère le réseau, SMAP Agent répond à des sollicitations distantes
                                                                                              54
Gestion de réseau                                                               FIP
         Multi - AEs


                       Une station FIP peut, pour des besoins de sécurité, de
                       démarrages progressifs ou pour des problèmes de
                       limitations de SM-MPS, gérer jusqu'à 8 entités
                       d'application AE/SEi




                                                                                55
           Services SM-MPS                                                                              FIP

Les services SM - MPS permettent :                      • Le télécontrôle (lecture de l'état opératoire des
                                                        AE/SE)
• L'affectation d'adressage physique et de tagName
                                                        • Le rapport (ensemble des compteurs d'erreur et de
• Le téléchargement des identifieurs                    performances)

• La relecture de configuration (télélecture)           • La gestion d'une variable de présence et
                                                        d'identification
• La télécommande (start, stop, invalidation d'une ou
plusieurs AE/SE)                                        • La gestion d'une liste de stations présentes




                                                                                                         56
   Normes                                                               FIP


FIP est standardisé au niveau européen sous
la norme WordFip EN50170
                                              http://www.worldfip.org




                                                                        57
Détail de la normes   FIP




                      58
                      Fin de présentation

                           Merci de votre attention




Patrick MONASSIER
Université Lyon 1 France
                                                      59

								
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