Currently, the industrial sector has increasingly opted for digital technologies
in order to automate all its processes. This development comes from
notions like Industry 4.0 that redefines the way these systems are designed.
Structurally, all the components of these systems are connected in a complex
network known as the Industrial Internet of Things. Certain requirements
arise from this concept regarding industrial communication networks. Among
them, the need to ensure real-time communications, as well as support for
dynamic resource management, are extremely relevant. Several research
lines pursued to develop network technologies capable of meeting such
requirements. One of these protocols is the Hard Real-Time Ethernet Switch
(HaRTES), an Ethernet switch with support for real-time communications and
dynamic resource management, requirements imposed by Industry 4.0.
The process of designing and implementing industrial networks can,
however, be quite time consuming and costly. These aspects impose
limitations on testing large networks, whose level of complexity is higher and
requires the usage of more hardware. The utilization of network simulators
stems from the necessity to overcome such restrictions and provide tools to
facilitate the development of new protocols and evaluation of communications
networks.
In the scope of this dissertation a HaRTES switch model was developed
in the OMNeT++ simulation environment. In order to demonstrate a
solution that can be employed in industrial real-time networks, this dissertation
presents the fundamental aspects of the implemented model as well as a set
of experiments that compare it with an existing laboratory prototype, with the
objective of validating its implementation.Atualmente o setor industrial tem vindo cada vez mais a optar por tecnologias
digitais de forma a automatizar todos os seus processos. Este desenvolvimento
surge de noções como Indústria 4.0, que redefine o modo de como
estes sistemas são projetados. Estruturalmente, todos os componentes
destes sistemas encontram-se conectados numa rede complexa conhecida
como Internet Industrial das Coisas. Certos requisitos advêm deste conceito,
no que toca às redes de comunicação industriais, entre os quais se destacam
a necessidade de garantir comunicações tempo-real bem como suporte a
uma gestão dinâmica dos recursos, os quais são de extrema importância.
Várias linhas de investigação procuraram desenvolver tecnologias de rede
capazes de satisfazer tais exigências. Uma destas soluções é o "Hard
Real-Time Ethernet Switch" (HaRTES), um switch Ethernet com suporte a
comunicações de tempo-real e gestão dinâmica de Qualidade-de-Serviço
(QoS), requisitos impostos pela Indústria 4.0.
O processo de projeto e implementação de redes industriais pode, no
entanto, ser bastante moroso e dispendioso. Tais aspetos impõem limitações
no teste de redes de largas dimensões, cujo nível de complexidade é
mais elevado e requer o uso de mais hardware. Os simuladores de redes
permitem atenuar o impacto de tais limitações, disponibilizando ferramentas
que facilitam o desenvolvimento de novos protocolos e a avaliação de redes
de comunicações.
No âmbito desta dissertação desenvolveu-se um modelo do switch HaRTES
no ambiente de simulação OMNeT++. Com um objetivo de demonstrar uma
solução que possa ser utilizada em redes de tempo-real industriais, esta
dissertação apresenta os aspetos fundamentais do modelo implementado
bem como um conjunto de experiências que o comparam com um protótipo
laboratorial já existente, no âmbito da sua validação.Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicaçõe