Um estudo sobre as redes de sensores sem fio

This paper summarizes an overview of Wireless Sensor Networks. Presents from the general characteristics, applications, hardware platforms, operating systems and development tools, addressing advantages and disadvantages of choosing between these features, that may be appropriate or not, depending on the environment where a wireless sensor network will be used.O presente trabalho sintetiza uma visão das redes de sensores sem fio. Apresenta desde os características gerais, aplicações, plataformas de hardware, sistemas operacionais e ferramentas de desenvolvimento, abordando vantagens e desvantagens decorrentes da escolha entre estas características, que podem ser adequadas ou não, dependendo do ambiente onde irá ser utilizada uma Rede de Sensores sem Fio

Análise do impacto da comunicação em redes wirelesshart no desempenho de sistemas de controle

Este trabalho analisa o uso do protocolo WirelessHART para a implementação de sistemas de controle em laço fechado. São discutidas possíveis arquiteturas de implementação de laços de controle, as quais se diferem basicamente pelo local na arquitetura do sistema de controle em rede em que o controlador será executado. Optou-se pela análise do comportamento do protocolo WirelessHART numa arquitetura que considera o módulo de controle localizado num dispositivo host, o qual se comunica via HART-UDP com o gateway da rede. Para a análise da proposta desta dissertação foram descritos os mecanismos necessários para a realização do laço de controle sobre uma rede WirelessHART real, em um ambiente que apresenta todas as características de uma instalação industrial. Os resultados obtidos mostram que, com a arquitetura proposta, o laço de controle apresenta latências não determinísticas. Para a realização deste trabalho, foram apresentados dois estudos de caso: (i) o controle de uma válvula comumente utilizada na indústria de petróleo; (ii) e um processo simulado, que considera um controlador baseado em eventos, onde o sinal de controle é calculado de acordo com os tempos de comunicação permitidos pela rede entre o controlador e o processo. Os resultados obtidos mostram que é possível efetuar controle apesar dos atrasos ocasionados pela rede, desde que sejam levados em conta estes atrasos no cálculo do sinal de controle, podendo assim mostrar há degradação no desempenho do sistema sob controle.This work analyzes the use of WirelessHART protocol for the implementation of closed-loop control systems. It discusses possible architectures for implementing control loops, which differ by the location where the controller is executing. For the performance evaluation of the WirelessHART protocol behavior, an architecture that considers the control module located in a device, which communicates via Hart-UDP with the network gateway. The Experimental evaluations presented in this dissertation were performed in a setting that has all the characteristics of an industrial installation. The results showed that in the proposed architecture, the control loop has not deterministic latencies. Two case studies were carried on: (i) the control of a valve commonly used in oil and gas industrial applications; (ii) and a simulated process that considers an event-based controller where the control signal is calculated according to the communication time allowed by the network between the controller and the process. The results show that it is possible to perform control despite network delays, when taking into account the delays in the calculation of the control signal

Protocolo MAC para redes com nós sensores móveis e nós de recolha móveis e sensores SunSPOT

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de ComputadoresAs redes de sensores sem fios móveis têm requisitos bastante diferentes, em termos de protocolos de controlo de acesso ao meio (MAC), dos outros tipos de redes. Os protocolos destas redes devem apresentar um baixo consumo energético e ser capazes de lidar tanto com grandes períodos sem tráfego como com períodos de tráfego muito intenso. O protocolo MMH-MAC (Mobile Multimode Hybrid - MAC) foi desenhado para lidar com estas situações e neste trabalho propõe-se a implementação deste protocolo. O protocolo apresenta um funcionamento assíncrono para alturas em que o tráfego na rede é baixo e um modo síncrono quando o tráfego na rede é alto. Isto permite optimizar o consumo de energia. Nesta dissertação foi realizada uma realização do modo assíncrono do protocolo MMH-MAC. Para o desenvolvimento deste protocolo foi usada a plataforma SunSPOT. Esta plataforma é completamente implementada em Java, o que apresenta vantagens em termos de facilidade de desenvolvimento de aplicações. No entanto, o desenvolvimento do protocolo MAC revelou-se complicado. Foram criados cenários para a análise do desempenho do protocolo e este foi comparado com uma implementação do mesmo protocolo usando uma plataforma diferente. É também feita uma análise à própria plataforma

Algoritmo de roteamento de mensagens confiável com controle de energia aplicado às redes sem fio industriais

As redes sem fio industriais (RSFI) têm sido altamente estudadas e pesquisados principalmente por demostrar flexibilidade em sua implementação e baixos custos de manutenção, e isso tem incrementado o interesse pelo uso destas redes em aplicações simples onde o número de pontos (sensores e atuadores) no processo é baixo (entre 10 e 100) até processos em que se precisa controlar e monitorar de cem a milhares de pontos. Mas, com o aumento da complexidade dos processos aumenta também as exigências dentro da rede: segurança, confiabilidade na entrega de pacotes, latência e eficiência no consumo da energia são algumas das características onde as redes sem fio devem apresentar um controle mais robusto para assegurar um ótimo desempenho. Uma das etapas mais complexas dentro da comunicação sem fio é o roteamento de dados, processo de troca de informação entre dois ou mais dispositivos da rede onde devem ser determinados os caminhos para a correta comunicação entre estes dispositivos. Este trabalho apresenta a implementação de diferentes protocolos de roteamento aplicados a RSFI assim como propõe um algoritmo para a criação de rotas confiáveis e com controle no estado de energia dos nós. O algoritmo está dividido em duas etapas, primeiro a formação da árvore de comprimento total mínimo entre todos os nós da rede, onde, nessa formação, um valor de custo é atribuído às arestas da rede; na segunda etapa a formação de rotas confiáveis com redundância para os grafos uplink e downlink onde a escolha dos nós para a formação dos caminhos tem em consideração um valor de custo associado a características dos dispositivos. O algoritmo proposto leva em consideração características dos dispositivos assim como os parâmetros dos relatórios de estado dos dispositivos que são compartilhados com o gerenciador de rede. Este trabalho foi validado em simulações onde se estabelecem condições diferentes para o estado dos nós e os resultados mostram a adaptabilidade do algoritmo em estabelecer as melhores rotas disponíveis.Industrial wireless networks (IWN) have been highly studied and researched mainly for demonstrating flexibility in their implementation and low maintenance costs, this has increased the interest in the use of these networks in simple applications where the number of devices in the process is low (10 -100) to processes where you need to control and monitor from one hundred to thousands of devices. But with the increase in the complexity of the processes, the demands within the network also increase: security, latency, reliability in packet delivery and energy consumption efficiency are some of the characteristics where wireless networks must have a more robust control to ensure optimum performance. One of the most complex steps in wireless communication is data routing, a process of exchanging information between two or more network devices where the paths between devices that want to establish communication to achieve data transfer must be determined. This work implements different routing protocols applied to IWN as well as proposes an algorithm for the creation of reliable routes with control over the energy state of the nodes. The algorithm is divided into two steps, first the formation of the minimum total length tree among all the nodes of the network, in this formation a cost value is assigned to the edges of the network; in the second stage, the formation of reliable routes with redundancy for the uplink and downlink graphs where the choice of nodes for the formation of paths takes into account a cost value associated with device characteristics. The proposed algorithm considers device characteristics as well as device status report parameters that are shared with the network manager. This work was validated in simulations where different conditions are established for the state of the nodes and the results show the adaptability of the algorithm in establishing the best available routes

Rede de sensores sem fios para veículo frigorífico e/ou industria alimentar indoor

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 201

Tecnologia de redes sensores: características e estudo de caso

Study the technology of sensor networks, so that the sensors, their characteristics, operation and safety requirements. After that, a description about the areas of applications where used the network of sensors. Within these areas were chosen "points to" the project, to elucidate the strengths of the sensor network. Evolutions, technology, reduced cost and convenience are some of the features of the sensor network reported that this project.Estudar a tecnologia de Rede de Sensores, o que são sensores, suas características, funcionamento e requisitos de segurança. Logo após serão descritas as áreas de aplicação onde são. Dentro destas áreas, foram escolhidos “pontos de ação” do projeto, para elucidar pontos fortes da rede de sensores. Principais evoluções, tecnologia, redução de custos e comodidade são algumas das características da rede de sensores que será relatado neste projeto

Estudo de implementação rádio para comunicações V2X

A constante necessidade de aumento da capacidade das redes de telecomunicações, e outras já bem conhecidas e utilizadas na nossa sociedade atual, deve-se ao fato de atender às necessidades e desafios tecnológicos crescentes com que se depara esta nova "Era Digital". De modo a dar um contributo a estas necessidades pretende-se abordar o tema da comunicação entre Veículos (V2V). Para isso há que abordar também outras redes, particularmente o 5G, e a Rede Heterogénea Veicular (HetVAN’s) possibilitada por novas arquiteturas de rede mais dinâmicas formando o Sistema de Transporte Inteligente (ITS). Deste modo, a presente dissertação consiste na apresentação das diferentes tecnologias que vão dar suporte à HetVAN’s, que vai consistir a nível de telecomunicações a 4G e 5G, assim como as Comunicações Dedicadas de Curto Alcance (DSRC- Dedicated Short-Range Communications) com o intuito de implementar a normalização do IEEE802.11p. Em seguida estuda-se, a futura Rede Veicular que tem como grande objetivo a condução automática. Sendo necessário que nessa rede a velocidade seja de gigabits por segundo e para tal ainda não há nada para além de propostas teóricas. A proposta teórica que vai ser apresentada como solução à comunicação V2V nesta dissertação é a Comunicação Sem Fio em Onda Milimétrica que pode fornecer uma eficiente troca de informações em tempo real entre veículos sem a necessidade de infraestrutura de comunicação periférica na estrada. Embora as redes celulares móveis sejam capazes de fornecer ampla cobertura para veículos, os requisitos de serviços que exigem uma rigorosa segurança em tempo real nem sempre podem ser garantidos por redes celulares.The constant need to increase the capacity of telecommunications networks, and others already well-known and used in our current society, is due to the increasing technological needs and challenges facing this new "Digital Era". In order to contribute to these needs we intend to address the theme of communication between vehicles (V2V). In order to do this, other networks, particularly 5G, and the Heterogeneous Vehicle Network (HetVAN's), made possible by new, more dynamic network architectures, form the Intelligent Transport System (ITS). Thus, the present dissertation consists of presenting the different technologies that will support HetVAN's, which will consist of 4G and 5G telecommunications, as well as the Dedicated Short-Range Communications (DSRC) for the purpose implement the IEEE802.11p standardization. Next, the future vehicular network is studied, whose main objective is automatic driving. It is necessary that in this network the speed is of gigabits per second and for that still there is nothing besides theoretical proposals. The theoretical proposal that will be presented as a solution to the V2V communication in this dissertation is the Wireless Communication in Millimeter Wave that can provide an efficient exchange of information in real time between vehicles without the need of peripheral communication infrastructure on the road. Although mobile cellular networks are capable of providing extensive vehicle coverage, service requirements that require strict real-time security cannot always be guaranteed by cellular networks

Proposta de algoritmo de escalonamento de mensagens para redes sem fio aplicadas à automação de fábrica

As redes sem fio industriais são uma alternativa às redes comfio para automação de fábrica. Nesse tipo de rede, geralmente um gerenciador central é responsável por criar e manter a rede de forma segura e eficiente, garantindo confiabilidade e determinismo temporal. Uma das tarefas do gerenciador é propiciar o escalonamento de mensagens, que é reservar os recursos da rede para que os dispositivos possam acessar o meio físico e transmitir seus dados. Para que o gerenciador de rede atenda aos requisitos de automação de fábrica é necessário que o processo de escalonamento seja executado o mais rápido possível. Este trabalho tem como objetivo avaliar o processo de escalonamento de enlaces em redes industriais sem fio, comparando diferentes técnicas e apresentando uma proposta de algoritmo de escalonamento que visa reduzir o tempo necessário para gerar o escalonamento. A técnica proposta realiza umprocesso de préescalonamento reservando recursos previamente. As informações geradas nesta etapa são utilizadas no escalonamento final, reduzindo o tempo de execução do processo. Além disso, é apresentada uma comparação entre a técnica proposta neste trabalho que utiliza múltiplos agrupamento de enlaces (superframes) com o obtido de um gateway que utiliza um único agrupamento de enlaces. Os resultados mostram que a utilização de uma etapa antecessora ao escalonamento reduz o tempo necessário para a execução do processo de escalonamento final, habilitando a rede a operar em aplicações de automação de fábrica. A utilização demúltiplos superframes apresenta vantagens ao método comumente empregado uma vez que propicia economia de recursos, aumentando a escalonabilidade da rede, além de reduzir o consumo de energia dos rádios.Industrial wireless networks are an alternative to wired networks for factory automation. In this type of network, a central manager is usually responsible for creating and maintaining the network safely and efficiently, ensuring reliability and temporal determinism. One of the tasks of this central manager is to provide the message scheduling, which is reserving network resources so that devices can access the physical medium and transmit their data. For the network manager to meet the factory automation requirements, it is necessary that the scheduling process is performed as quickly as possible. This work aims to evaluate the link scheduling in industrial wireless networks, comparing different techniques and presenting a proposed scheduling algorithm that aims to reduce the time needed to generate the schedule. The proposed technique performs a process of pre-scheduling by reserving resources in advance. The information generated in this step are used in the final scheduling, reducing the execution time of the process. In addition, a comparison is presented between the proposed technique in this work that uses multiple grouping of links (superframes) with the one obtained from a gateway that uses a single group of links. The results show that using a predecessor step reduces the time necessary for the execution of the final scheduling process, enabling the network to operate in factory automation applications. The use of multiple superframes presents advantages to the commonly usedmethod since provides resource savings, increasing network scalability, besides the fact to reduce radio power consumption

Método para detecção de falha de enlace de transmissão em RSSFI

Sistemas de comunicação sem fio vem sendo cada vez mais empregados na indústria. Nesse contexto, os protocolos WirelessHART e ISA 100.11a são os mais utilizados atualmente, devido ao pioneirismo e elevada robustez. Este trabalho tem como objetivo geral realizar a detecção de falha de enlace de transmissão em uma rede sem fio industrial, utilizando WirelessHART, visando apresentar um diagnóstico de possíveis dispositivos de campo que possam conter falhas de hardware. Para realizar este trabalho, uma aplicação é anexada a um dos comandos da pilha do protocolo, que será executada toda vez que esse comando for solicitado pelo gerenciador. Com a integração de três camadas de software, o estudo de caso contempla o roteiro de validação do algoritmo descrito na aplicação. Os resultados obtidos revelam que o método é capaz de analisar e obter de forma a lista de dispositivos que apresentaram alguma falha, sendo a sua utilização adequada as mais diversas aplicações em comunicação de redes industriais sem fio.Wireless communication systems have been increasingly employed in the industry. In this context, the WirelessHART and ISA 100.11a protocols are the most used today due to the pioneering and high robustness. This work has the general objective of performing transmission link failure detection in an industrial wireless network using WirelessHART, in order to present a diagnosis of possible field devices that may contain hardware failures. To perform this work, an application is attached to one of the protocol stack commands, which will be executed every time this command is requested by the manager. With the integration of three layers of software, the case study contemplates the validation script of the algorithm described in the application. The results show that the method is capable of analyzing and obtaining in a way the list of devices that presented some failure, and its proper use is the most diverse applications in communication of industrial wireless networks

Fusão de dados paralela em redes de sensores sem fio densas utilizando algoritmo genético

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e SistemasRedes de sensores sem fio são redes que possuem severas restrições computacionais. Após a implantação dessas redes no ambiente, ainda existe o problema de auto-configuração e auto-gerenciamento em virtude da necessidade que se tem dessas redes serem autônomas. Conciliar as restrições computacionais bem como a gerência da estrutura dinâmica dessas redes é uma tarefa difícil. O presente trabalho aborda o uso de algoritmo genético para atingir a auto-configuração e auto-otimização em redes de sensores sem fio densas. Duas abordagens de algoritmo genético foram implementadas e simuladas. Essas abordagens atuam em um nodo central, o qual não possui restrições de recursos. Este nodo é responsável por gerenciar os demais nodos da rede. O objetivo final é reduzir as perdas de mensagens, e melhorar a qualidade dos dados coletados. Como conseqüência, consegue-se aumentar a eficiência energética da rede. Os resultados das simulações demonstraram a viabilidade dessa abordagem. There is a considerable computational limitation for running Wireless Sensor network. After its implantation into an environment, those networks still expose problems to be solve, e.g. autonomic self-configuring and self-management issues. Therefore, conciliating computational restrictions and networks structure management is a challenge. The present work concerns the use of genetic algorithm to obtain self-configuring and self-optimization goals in dense wireless networks sensors. Two genetic algorithms approaches were implemented and simulated. Those approaches ran into a non resource-constrained central node. This node was the responsible to manage every other node at the networks. The main objective was to reduce the lost of messages, and also improve the quality of the collected data. As consequence, the energetic efficiency of the network meant to be increased. As results of simulations it was demonstrated that this approach is viable