Real-time wireless networks for industrial control systems

The next generation of industrial systems (Industry 4.0) will dramatically transform manyproductive sectors, integrating emerging concepts such as Internet of Things, artificialintelligence, big data, cloud robotics and virtual reality, to name a few. Most of thesetechnologies heavily rely on the availability of communication networks able to offernearly–istantaneous, secure and reliable data transfer. In the industrial sector, these tasks are nowadays mainly accomplished by wired networks, that combine the speed ofoptical fiber media with collision–free switching technology. However, driven by the pervasive deployment of mobile devices for personal com-munications in the last years, more and more industrial applications require wireless connectivity, which can bring enormous advantages in terms of cost reduction and flex-ibility. Designing timely, reliable and deterministic industrial wireless networks is a complicated task, due to the nature of the wireless channel, intrinsically error–prone andshared among all the devices transmitting on the same frequency band. In this thesis, several solutions to enhance the performance of wireless networks employed in industrial control applications are proposed. The presented approaches differ in terms of achieved performance and target applications, but they are all characterized by an improvement over existing industrial wireless solutions in terms of timeliness, reliability and determinism. When possible, an experimental validation of the designed solutions is provided. The obtained results prove that significant performance improvements are already possible, often using commercially available devices and preserving compliance to existing standards. Future research efforts, combined with the availability of new chipsets and standards, could lead to a world where wireless links effectively replace most of the existing cables in industrial environments, as it is already the case in the consumer market

Redes de nova geração e o serviço universal de telecomunicações em Portugal

Doutoramento em Engenharia EletrónicaThis thesis addresses the issue of Universal Service for telecommunications in the context of the access networks of next generation. This work aims to contribute to the redefinition of the concept of universal telecommunications service focusing primarily on extending it to broadband services as economic and social development factor and taking into account the degree of dependence that currently, modern societies have for the different communication and information services. Complementarily it also intended to meet some of the challenges set out in the European 2020 agenda. Universal Service is defined here as access to a telecommunications network (with obligations in terms of type and quality of service for the operator), by of all citizens at any country's geographical location, with uniform and accessible price. The approach adopted is the State as a mentor for social equity, respectful of the liberalized market dynamics but also knowledgeable of the requirements of modern telecommunications services and its relationship with the different technologies available. The possibility of subsidizing is assumed. The Universal Service´s provision is subject to open to all operators, which are assumed to possess other profitability businesses, than the Universal Service, using technologies similar to those prescribed for the respective Universal Service provision contest. Although the work has components of economic and financial analysis, the approach is the engineering point of view, looking for help to identify technical and organizational solutions which offer prospects for the dissemination and adoption of next generation network solutions. As a point of departure the work gives an overview on the state of the art access networks , trying to identify which of the differences between this reality and possible scenarios for next-generation network with potential access to the generality of the people . The case of the Portuguese reality will be given special attention, taking into account their specific characteristics in terms of geography, demography, economics and market dynamics. The main results of this work are: • Identification of possible scenarios for the evolution of existing networks, in particular in areas with deficit coverage. • Identification of possible operating models and business to the materialization of the above scenarios developed and its economic analysis in an attempt to determine the critical factors associated with sustainability and / or need for subsidies. • Contribution to the regulatory framework of new generation networks from the point of view of the constraints of technology and the specifics of the Universal Service.Esta tese aborda a questão do serviço universal de telecomunicações no contexto das redes de acesso de nova geração. Este trabalho pretende contribuir para a redefinição do conceito de Serviço Universal de Telecomunicações concentrando-se principalmente em estendê-lo a serviços de banda larga como factor de desenvolvimento económico e social e tendo em conta o grau de dependência que, actualmente, as sociedades modernas têm em relação aos diferentes serviços de comunicação e informação. De forma complementar pretende-se também ir ao encontro de alguns dos desafios enunciados na Agenda Europeia 2020. Serviço Universal é aqui definido como o acesso a uma rede de telecomunicações (com obrigações em termos de tipo e qualidade de serviço para o operador), por parte de todos os cidadãos, em qualquer localização geográfica do país, a preços uniformes e acessíveis. A perspectiva adoptada é a Estatal como mentor da equidade social, respeitador das dinâmicas de mercado liberalizado mas também conhecedor dos requisitos dos modernos serviços de telecomunicações e da sua relação com as diferentes tecnologias disponíveis. A possibilidade de subsidiação é assumida. A prestação de Serviço Universal é sujeita a concurso aberto a todos os operadores, que se assume possuírem outros negócios, que não apenas o Serviço Universal, com rentabilidade e usando tecnologias semelhantes às preconizadas para a respectiva prestação de Serviço Universal. Embora o trabalho desenvolvido tenha componentes de análise económico-financeira, a abordagem utilizada é a de engenharia, procurando contribuir para a identificação de soluções técnicas e organizacionais que possam oferecer perspectivas sustentáveis para a disseminação e adopção das soluções redes de nova geração. Como ponto de partida o trabalho apresenta uma visão geral sobre o estado da arte das redes de acesso, procurando identificar quais os diferenciais existentes entre essa realidade e a de possíveis cenários de rede de próxima geração com potencial de acesso para a generalidade dos cidadãos. O caso da realidade Portuguesa será objecto de uma atenção especial, tendo em consideração as suas especificidades em termos de geografia, demografia, economia e dinâmicas do mercado. Os principais resultados deste trabalho são os seguintes: • Identificação de possíveis cenários para a evolução das redes actuais, nomeadamente em áreas com deficit de cobertura de rede. • Identificação de possíveis modelos de operação e negócio para a materialização dos cenários acima desenvolvidos e respectiva análise económica, como tentativa de determinar os factores críticos associados à sua sustentabilidade e /ou necessidade de subsidiação. • Contributo para o quadro regulatório das Redes de Nova Geração sob o ponto de vista dos constrangimentos das tecnologias e das especificidades do Serviço Universal