Redes Locais Industriais

1
(No Transcript)
2
Introdução

• - Primeiros computadores
• máquinas complexas, grandes, caras
• ficavam em salas isoladas com ar condicionado
• operadas apenas por especialistas
• programas submetidos em forma de jobs seqüenciais
• - Anos 60
• primeiras tentativas de interação entre tarefas
  concorrentes
• surge técnica time-sharing, sistemas
  multi-usuários
• usuários conectados ao computador por terminais
• comunicação entre terminais e computador central
  gt surgem primeiras técnicas de comunicação

3
Introdução

• - Anos 70
• surgem microprocessadores
• computadores muito mais baratos gt difusão do uso
• - Após década de 70
• computadores cada vez mais velozes, tamanho
  menor, preço mais acessível
• aplicações interativas cada vez mais freqüentes
• necessidade crescente de incremento na capacidade
  de cálculo e armazenamento
• computadores conectados podem ter desempenho
  melhor do que um mainframe, além de custo menor
• necessidade de desenvolver técnicas para
  interconexão de computadores gt redes

4
Introdução

• Informatização das empresas cria necessidade de
  troca de informações entre equipamentos.
• Métodos iniciais fitas K7, disquetes, fitas
  perfuradas, cartões.
• Método moderno redes de comunicação (LAN).
• Requisitos de comunicação fabril
• Compartilhamento de recursos
• Gerenciamento da heterogeneidade
• Gerenciamento de diferentes tipos de diálogo
• Garantia de um tempo de resposta médio ou máximo
• Confiabilidade dos equipamentos e da informação
• Conectividade e interoperabilidade
• evolutividade e flexibilidade.

5
Introdução

• Necessário definir arquiteturas, topologias e
  protocolos apropriados para redes de comunicação
  industriais.
• Redes do tipo ponto-a-ponto centralização das
  funções de comunicação.
• Redes de difusão possibilidade de
  descentralização da comunicação.
• Idéia do final dos anos 70/ início 80 rede única
  para toda a fábrica.
• Idéia atual não existe uma rede única que atende
  as necessidades de todas as atividades existentes
  em uma fábrica.

6
Introdução

• Nas empresas modernas temos grande quantidade de
  computadores operando em diferentes setores.
• Operação do conjunto mais eficiente se estes
  computadores forem interconectados
• possível compartilhar recursos
• possível trocar dados entre máquinas de forma
  simples e confortável para o operador
• vantagens gerais de sistemas distribuídos e
  downsizing atendidas
• Redes são muito importantes para a realização da
  filosofia CIM (Computer Integrated
  Manufacturing).

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Os Níveis Hierárquicos De Integração Fabril
SISTEMA DE
COMUNICAÇÃO
Enterprise-network (MAP, TOP)
CAD, CAE, CAP,
CAPP, CAQ, etc...
FMS
Fieldbus, MAP-EPA, Mini-MAP
FMC
RTLAN
Torno, Manipulador,
Centro de Usinagem,
etc...
S
A
S
A
Motores, Chaves,
Relés, etc...
8
Características da comunicação em CIM
Tempo
Custo
Vida útil e
Administração Corporativa
ocioso entre
médio
tamanho
transmissões
de uma
médio dos
estação
dados
Planejamento
Área
Célula
Unidade (subsistema)
Tráfego
Número
médio
de
Hostilidade
estações /
Quadros /
do meio
segmento
Componente
seg.
9
Motivação das Redes Industriais

• Maioria das redes de comunicação existentes
  concebidas para automação de escritórios.
• Ambiente industrial tem características e
  necessidades que tornam redes para automação de
  escritórios mal adaptadas
• ambiente hostil para operação dos equipamentos
  (perturbações eletromagnéticas, elevadas
  temperaturas, sujeira, áreas de segurança
  intrínseca, etc.)
• - troca de informações se dá entre equipamentos
  e, as vezes, entre um operador e o equipamento
• - tempos de resposta críticos
• - segurança dos dados crítica
• - grande quantidade de equipamentos pode estar
  conectada na rede gt custo de interconexão
  crítico.

10
Características e requisitos básicosdas redes
industriais

• Comportamento temporal
• Confiabilidade
• Requisitos do meio ambiente
• tipo de mensagens e volume de informações
• Conectividade/interoperabilidade(padronização)

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a) Comportamento temporal

• Aplicações Industriais freqüentemente requerem
  sistemas de controle e supervisão com
  características de Tempo-Real.
• Em aplicações tempo real, importante poder
  determinar comportamento temporal do sistema de
  comunicação.
• Mensagens em STR podem ter restrições temporais
• Periódicas tem que ser enviadas em intervalos
  conhecidos e fixos de tempo. Ex. mensagens
  ligadas a malhas de controle.
• Esporádicas mensagens sem período fixo, mas que
  tem intervalo de tempo mínimo entre duas emissões
  consecutivas. Ex. pedidos de status, pedidos de
  emissão de relatórios.
• Aperiódicas tem que ser enviadas a qualquer
  momento, sem período nem previsão. Ex. alarmes
  em caso de falhas.

12
Sistemas Tempo-Real

• Um STR é um sistema computacional que deve reagir
  a estímulos (físicos ou lógicos) oriundos do
  ambiente dentro de intervalos de tempo impostos
  pelo próprio ambiente.
• A correção não depende somente dos resultados
  lógicos obtidos, mas também do instante no qual
  são produzidos.

13
Arquitetura para Sistemas Tempo-Real
14
A Problemática da Comunicação em Tempo-Real
M2
M3
M1
DL 15
DL 50
DL 10
End. 02
End. 03
End. 01
M4
M5
DL 25
DL 5
End. 05
End. 04

• Mensagens pendentes em cada estação devem ser
  entregues a seu destino antes de um prazo limite
  (deadline) associado.
• Problema de comunicação tempo real como definir
  concessão do direito de acesso ao meio de forma a
  garantir que todas as mensagens sejam entregues
  antes de seu deadline ?

15
Comunicação em Tempo-Real

• Protocolo MAC precisa garantir rápido acesso ao
  barramento para mensagens esporádicas de alta
  prioridade.
• Protocolo MAC deve atender mensagens periódicas
  com a maior eficiência possível, respeitando seus
  deadlines.
• MAC deve ter comportamento determinista e,
  idealmente, permitir escalonamento ótimo global
  de mensagens.
• LLC (Controle Lógico de Enlace) deve escalonar
  mensagens locais pendentes por deadline ou
  prioridade associada.

16
Arquitetura do software de rede para CTR
Software Aplicativo
AP
AP
Camada de Aplicação
Controle Lógico de enlace (LLC)
Controle de Acesso ao Meio (MAC)
Camada Física
17
Serviços de enlace para CTR

• Serviços sem conexão
• SEND (receptor, mensagem, requisitos TR)
• mensagem RECEIVE (emissor)
• Serviços com conexão
• rtcid CONNECT(receptor, requisitos TR)
• SEND (rtcid, mensagem)
• mensagem RECEIVE (rtcid)
• DISCONNECT(rtcid)

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Classificação dos Protocolos MAC

• Alocação fixa alocam o meio às estações por
  determinados intervalos de tempo,
  independentemente de haver ou não necessidade de
  acesso (ex. TDMA Time Division Multiple
  Access)
• Alocação aleatória permitem acesso aleatório das
  estações ao meio (ex. CSMA Carrier Sense
  Multiple Access). Em caso de envio simultâneo por
  mais de uma estação, ocorre uma colisão e as
  estações envolvidas tem que transmitir suas
  mensagens após a resolução do conflito resultante
  (protocolos de contenção)
• Alocação controlada cada estação tem direito de
  acesso apenas quando de posse de uma permissão,
  que é entregue às estações segundo alguma
  seqüência predefinida (ex. Token-Passing,
  Master-Slaves)
• Alocação por reserva para poder usar o meio, as
  estações tem que reservar banda com antecedência,
  enviando pedidos a uma estação controladora
  durante um intervalo de tempo pré-destinado e
  este fim (ex. CRMA Cyclic Reservation Multiple
  Access)
• Híbridos consistem de 2 ou mais das categorias
  anteriores.

19
Classificação dos Protocolos MAC

• Classificação com relação ao comportamento
  temporal
• protocolos deterministas caracterizados pela
  possibilidade de definir um tempo limite para a
  entrega de uma dada mensagem (mesmo que somente
  em pior caso)
• protocolos não deterministas tempo de entrega
  não determinável (aleatório ou probabilístico).

20
Protocolos MAC não deterministasCSMA
1-persistente, p-persistente e não persistente

• CSMA Carrier Sense Multiple Access (Acesso
  Múltiplo por Detecção de portadora) baseia-se
  no conceito de escuta do meio de transmissão para
  a seleção do direito de acesso a este.
• CSMA p-persistente estação que quer enviar dados
  escuta meio. Se canal livre, envia quadro com
  probabilidade p. Senão, aguarda na escuta até
  que o meio esteja livre. Caso particular p1.
• CSMA não persistente idem anterior, mas se canal
  ocupado, estação espera um período de tempo
  aleatório e escuta o canal novamente.

21
CSMA persistente e não persistente

• CSMA 1-persistente faz melhor uso da banda, mas
  tem grande chance de gerar colisões
• CSMA não persistente faz pior uso da banda, mas
  tem menor probabilidade de gerar colisões
• CSMA p-persistente (plt1) compromisso entre as
  soluções anteriores.

22
O protocolo CSMA/CD

• CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with
  Collision Detection.
• Se mais de uma estação pronta para emitir uma
  mensagem com o meio livre, gera-se uma colisão.
• A primeira estação que detectar a colisão
  interrompe transmissão, reiniciando-a após um
  tempo aleatório gt improvável ocorrência de nova
  colisão.

23
O protocolo CSMA/CD

• Métodos de acesso CSMA convencionais tempo de
  reação não pode ser exatamente determinado (não
  determinismo).
• Não se sabe de antemão
• se haverão colisões
• quantas colisões seguidas podem ocorrer
• o tempo (aleatório) de espera em caso de colisão.
• Tempo de espera é randomizado segundo algoritmo
  BEB (Binary Exponential Backoff)

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Randomização de tempo no CSMA/CD(Binary
Exponential Backoff)
start
no
Station
Ready ?
yes
New
nc 0
Frame ?
Ether
nc nc1
Silent ?
no
limit 2nc-1
Waitrandom 0,limit
transmit
no
Collision ?
25
CSMA/CD
Probabilidade de colisão
Tráfego x número estações
26
Protocolos MAC Deterministas

• Métodos de acesso deterministas tem tempo de
  resposta limitado e determinável (ao menos pior
  caso).
• Podem ser classificados em
• métodos com comando centralizado (ex.
  Mestre-Escravos, árbitro de barramento)
• métodos com comando distribuído (ex.
  Token-Passing, variantes deterministas do CSMA).

27
Comando Centralizado Mestre-escravos
28
Comando Distribuído Token-bus
29
Comando Distribuído Token-Ring
Estação
TAP
Interface
anel unidirecional
p/ anel
Token
30
Comando Distribuído Forcing Headers

• Variante determinista de CSMA (CSMA/NBA CSMA
  with Nondestructive Bitwise Arbitration).
• Estações enviam bit a bit um identificador da
  mensagem, que define prioridade da mesma.
• Cada mensagem tem que ter prioridade diferente
  das demais.
• Se todos os bits do identificador são 0,
  prioridade máxima.
• Camada física executa AND sobre cada bit enviado
  ao barramento (CD ativada ao enviar um 1 e
  desativado ao enviar um 0).
• Transmissão interrompida quando um 1 é enviado e
  ocorrer colisão (0 é lido).
• Se identificador transmitido até o fim sem
  colisão, resto da mensagem é enviado.

31
Comando Distribuído Forcing Headers
100
dados
Header do
frame
Frame a enviar
Nó 4
Nó 0
Nó 1
Nó 2
Nó 3
000
dados
001
dados
010
dados
011
dados
32
Comando Distribuído Forcing Headers

• Para evitar monopólio do meio por nó gerador de
  mensagem de alta prioridade, espaço entre quadros
  preenchido por campo de bits em 1 inserido no
  final de cada quadro.
• O barramento só é considerado livre para o mesmo
  nó enviar nova mensagem após ter detectado que o
  espaço interframes não foi interrompido por um
  bit em 0.
• Estação possuidora da mensagem de alta prioridade
  terá que esperar ao menos o envio de uma mensagem
  de prioridade menor para tomar o barramento para
  si novamente.

33
Comando Distribuído Comprimento De Preâmbulo

• Variante determinista de CSMA/CD
• A cada mensagem é associado um preâmbulo com
  comprimento diferente, que é transmitido com CD
  desativada.
• Após término de envio do preâmbulo, CD reativada
• Se há colisão, existe outra mensagem mais
  prioritária sendo enviada e estação fica a espera
  de meio livre.

34
Comando Distribuído Comprimento De Preâmbulo
Preambulo do
frame
Frame a enviar
Nó 4
Nó 0
Nó 1
Nó 2
Nó 3
35
Comando Distribuído Comprimento De Preâmbulo
36
Comando Distribuído CSMA/DCR

• CSMA with Deterministic Collision Resolution
• determinismo garantido através de busca em árvore
  binária balanceada
• prioridades são atribuídas a cada estação gt
  Índices
• cada estação deve conhecer
• status do barramento
• livre
• ocupado com transmissão
• ocupado com colisão
• seu próprio índice
• número total de índices consecutivos alocados às
  fontes (Q)
• tamanho da árvore binária q menor potência de 2
  maior ou igual a Q (ex. Q 12, q 16)

37
CSMA/DCR

• operação como CSMA/CD até colisão
• em caso de colisão, iniciado período de resolução
  por busca em árvore binária gt época
• estações envolvidas se auto-classificam em dois
  grupos Winners (W) ou Losers (L)
• W índices entre 0,q/2
• L índices entre q/2, q
• estações do grupo W tentam nova transmissão
• se nova colisão, nova divisão em grupos
• W 0,q/4
• L q/4, q/2

38
CSMA/DCR

• se não ocorrer nova colisão (só sobrou uma
  estação no grupo W), estação transmite seu frame
  de dados
• estações do grupo L desistem e aguardam término
  de transmissão bem sucedida de outro nó seguida
  de meio livre
• se grupo W vazio, busca revertida gt nova
  subdivisão de nós a partir do último grupo L
• W q/2, 3q/4
• L 3q/4, q
• Época encerrada quando todas as estações
  envolvidas na colisão original conseguiram
  transmitir seus dados
• tempo de duração de uma época pode ser calculado
  gt determinismo !
• seqüência de concessão de direito de acesso ao
  meio seqüência de índices crescentes gt nós
  mais prioritários transmitem primeiro !

39
CSMA/DCR - Exemplo

• 6 estações de uma rede com 16 fontes enviam
  frames simultaneamente
• Índices de cada estação conforme figura acima
• Q 16
• q 16 (24)
• altura da árvore binária log2 16 4

40
CSMA/DCR - Exemplo
0,15
1
8,15
0,7
9
2
0,3
4,7
8,11
12,15
3
6
13
10
4
5
7
8
11
12
14
15
0,1
2,3
4,5
6,7
8,9
10,11
12,13
14,15
Árvore binária balanceada completa para Q 16
41
CSMA/DCR - Exemplo
0 C 2,3,5,12,14,15 W 2,3,5 L12,14,15
8 C 12,14,15 W L12,14,15
1 C 2,3,5 W 2,3 L5
2 C 2,3 W L2,3
10 C 12,14,15 W 12 L14,15
7 T 5
9 V
4 C 2,3 W2 L3
12 C 14,15 W 14 L15
3 V
6 T 3
5 T 2
13 T 14
14 T 15
Evolução do algoritmo
42
CSMA/DCR

• O tempo até o inicio da transmissão da fonte com
  índice 5 será
• 4 colisões 1 vazio 5. slot-time
• 2 transmissões 2.(tamanho quadro em
  slot-times)
• Assumindo que cada quadro tem um tamanho fixo de
  6 slot-times e considerando 1 slot-time como 40
  microssegundos, o tempo para início da
  transmissão da mensagem da fonte com índice 5
  seria
• Tinicio 5 5.40 2.6.40 680 microssegundos
  (não é ainda pior caso)
• O tempo de duração total da época será
• 7 colisões 7.slot-time
• 2 vazios 2. slot-time
• 6 transmissões 6 .(tamanho do quadro em
  slot-times)
• Assumindo 1 slot-time 40 microssegundos
• T época 7.40 2.40 6.6.40 1800
  microssegundos 1.8 ms

43
CSMA/DCR

• Cálculo do tempo de pior caso pode ser
  formalizado como segue...
• Seja
• ? (v) número de ramos da árvore binária
  percorridos por uma mensagem proveniente de um nó
  com índice v
• q menor potência de 2 maior ou igual ao maior
  índice disponível
• ??(v) número de potências de 2 contidas em v
• s 1 slot-time (2 vezes o tempo de propagação do
  sinal na rede)
• ?? tempo máximo de transmissão da uma mensagem
  no meio físico (depende do comprimento da
  mensagem em bits e da taxa de transmissão)

44
CSMA/DCR

• Para uma mensagem participando de uma dada época,
  temos que
• ? (v) log2 q v - ?(v)
• Tespera (v) ??(v).s v.?
• Para o exemplo anterior, tomando uma mensagem da
  estação com índice 5, temos
• q 16
• v 5
• ??(5) 2 (5 2220)
• ? (5) log2 16 5 - 2 7
• T espera (5) 7.s 5.?
• Assumindo s 40 microssegundos e ? 6.s 240
  microssegundos, obteremos para o pior caso de
  tempo de espera da mensagem da fonte com índice 5
  o valor de 1480 microssegundos.

45
CSMA/DCR

• O tempo de duração da época, no pior caso, é dado
  por
• T época ? (q-1).s Q.?
• Para uma mensagem que chega a fila de emissão de
  uma fonte com índice v em um instante qualquer, o
  pior caso de tempo de espera é maior, pois a nova
  mensagem pode chegar na fila imediatamente após o
  inicio de uma época, da qual ela ainda não faz
  parte.
• Neste caso, o pior caso do tempo de espera será
  dado por
• T max espera (v) T época ? (v).s v.?

46
Abordagens Para CTR
Abordagem
Requistos
Ex.de Protocolos
Atribuição de Prio-
Token-Ring c/Pr.
ridades com teste de
Dif. atrasos
escalonabilidade
MAC com resolução
Comp. Preâmbulo
Off-line (em tempo
de prioridades
Forcing Headers
de projeto)
(CSMA/CA)
Circuito Virtual TR
MAC com tempo de
TDMA
com escalonamento
acesso ao meio
Token-Passing
On-line de
limitado
Waiting Room
mensagens
CSMA/DCR
Requer cópias locais
Reserva com
de todas as filas de
escalonamento
mensagens,
PODA
global
difundidas em slots
times de reserva
47
b) Confiabilidade

• Em aplicações industriais, erro de 1 bit pode ter
  conseqüências desastrosas.
• Para aumentar confiabilidade, enlace usa teste
  cíclico de redundância (CRC - Cyclic Redundancy
  Check) sobre quadros (técnica polinomial).
• Em sistemas que necessitem de uma operação
  contínua, pode ser utilizado um meio de
  transmissão e estações redundantes.
• Recomenda-se usar cabos blindados em ambientes
  com fortes campos magnéticos.
• Uso crescente de fibra ótica.

48
C) Requisitos Do Meio Ambiente

• Perturbações eletromagnéticas requerem escolha
  adequada do meio de transmissão.
• Fonte acionamentos de motores elétricos de
  grande porte, fontes chaveadas, estações de
  solda, conversores estáticos, etc.

Sensibili-
dade à
Par trançado (assíncrono)
pertur-
bações
Par trançado (síncrono)
Cabo coaxial
Taxa
Distância
Fibra Ótica
Custos
de
transmissão
49
Meios De Transmissão

• Cabo coaxial
• Boas características elétricas.
• Requer resistências terminais.
• Conectores BNC fáceis de abrir.
• Par trançado
• Usualmente usado com HUB/Switcher
• Atualmente solução mais usada para chão fábrica.
• UTP (Unshielded Twisted Pair) CAT-5 / STP
  (Shielded Twisted Pair).
• Fibra ótica
• Ótimo para rejeitar perturbações
  eletromagnéticas.
• Dificuldade de realizar topologia em barramento
  (bus) derivações ativas x passivas.
• Mais usado em topologias ponto a ponto anel,
  estrela, árvore.
• Emulação de bus com HUB ou Switcher.

50
Áreas De Risco (Segurança Intrínseca)

• Sujeitas a incêndio, explosão
• Presença de líquidos ou gases inflamáveis/explosiv
  os
• Não pode haver faiscamento
• Freqüência de sinais elétricos limitada
• Modelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe
  Concept) desenvolvido na Alemanha pelo PTB
  (Physikalisch Technische Bundesanstalt) e
  reconhecido mundialmente como modelo básico para
  operação de redes em áreas de risco de explosão
  ou incêndio.

51
Áreas De Risco (Segurança Intrínseca)

• Princípios de transmissão segundo modelo FISCO
• Cada segmento possui uma única fonte de
  alimentação.
• Não se alimenta o barramento enquanto uma estação
  está enviando.
• Cada dispositivo de campo consome uma corrente
  constante em steady-state de pelo menos 10 mA,
  que alimenta o dispositivo.
• Os dispositivos de campo funcionam como uma carga
  passiva de corrente.
• Existe uma terminação passiva em ambos os
  extremos da rede.
• Topologias permitidas linear, em árvore e em
  estrela.

52
Áreas De Risco (Segurança Intrínseca)

• Norma IEC 1158-2 para camada física
• Transmissão de dados digital, bit - síncrona,
  Manchester
• Taxa de transmissão 31,25 kbit/s, modo voltagem
• Cabo STP com 2 fios
• Alimentação remota opcional, via linhas de dados
• Classes de proteção contra explosão
  Intrinsically safe (EEx ia/ib) e encapsulation
  (EEx d/m/p/q)
• Topologias linha e árvore ou uma combinação
• Numero de estações até 32 estações por segmento,
  máximo de 126 com 4 repeaters

53
d) Tipo de mensagens evolume de informações

• Níveis hierárquicos superiores
• mensagens grandes (KByte)
• podem ter tempos de transmissão longos (seg. até
  min.)
• longos intervalos entre transmissões.
• Aplicações mais próximas ao processo
• mensagens curtas, tais como
• - ligar ou desligar uma unidade -gt 1 bit
• - fazer leitura de um sensor / medidor -gt 8
  Bytes
• - alterar o estado de um atuador -gt 8 Bytes
• - verificar o estado de uma chave ou relê - gt 1
  bit .
• Requisitos taxa de transmissão de dados não
  muito elevada taxa de ocupação do barramento
  elevada (grande número de quadros pequenos
  transmitidos) tempo de entrega conhecido.

54
e) Conectividade / interoperabilidade(padronizaçã
o)

• Verifica-se necessidade de uma especificação de
  redes locais para aplicações industriais
  diferente daquela adotada em automação de
  escritório.
• Já existem diversas redes proprietárias para
  ambiente fabril, mas não permitem a interligação
  de equipamentos de outros fabricantes.
• Maior entrave à conectividade e
  interoperabilidade não padronização das
  interfaces e protocolos de comunicação.
• Grandes esforços tem sido despendidos para
  solucionar estes problemas gt Projetos de
  Padronização.

55
(No Transcript)
56
Projetos de Padronizaçãode redes industriais

• Iniciativas mais importantes de padronização para
  redes industriais
• Projeto PROWAY
• Projeto IEEE 802
• Projeto MAP (MAP/EPA e MINI-MAP)
• Projeto TOP
• Projeto FIELDBUS

57
Projeto PROWAY

• Proposta PROWAY (Process Data Highway) iniciada
  em 1975 pela IEC (International Electrotechnical
  Commission) para a normalização de redes de
  comunicação para controle de processos.
• Proway passou pelas fases A, B e C.
• Proway A e B utilizavam o protocolo HDLC da ISO
  na camada de enlace, com acesso ao meio tipo
  Mestre / Escravos.
• Proway C adotou a técnica de Token-Passing.
• Arquitetura composta de 4 camadas do modelo OSI
• - "Line" (camada física),
• - "Highway" (camada de enlace),
• - "Network" (camada de rede) e
• - "Application" (camada de aplicação)

58
Projeto IEEE 802 (ISO/IEC 8802)

• IEEE (Institute of Electrical and Electronics
  Engineers) iniciou em 1980 o projeto 802, que
  definiu normas para as camadas Física e Enlace do
  modelo de referência OSI.
• Camada de Enlace subdividida em duas subcamadas
• LLC (Logical Link Control) montagem dos quadros,
  controle de erros, controle de fluxo,
  estabelecimento de conexões, serviços às camadas
  acima
• MAC (Medium Access Control) Controle de acesso
  ao meio.
• Proposta IEEE virou norma internacional ISO/IEC
  8802.
• Norma atual composta de 12 partes.

59
IEEE 802 (ISO/IEC 8802)

• IEEE 802.1 serviços de gerenciamento de redes e
  generalidades
• IEEE 802.2 sub-camada LLC da camada de Enlace.
  Norma prevê três tipos de serviços
• LLC tipo 1 troca de dados sem conexão. Não é
  feito controle de erros nem de fluxo e o receptor
  das mensagens não envia um quadro de
  reconhecimento ao emissor
• LLC tipo 2 antes de trocar dados, estações
  estabelecem uma conexão entre si. É feito
  controle de erros e de fluxo e a entidade
  receptora envia um quadro de reconhecimento para
  cada mensagem recebida
• LLC tipo 3 comunicação sem conexão, mas é
  realizado controle de fluxo e de erros e o
  receptor envia um quadro de reconhecimento ao
  emissor para cada mensagem recebida.

60
IEEE 802 (ISO/IEC 8802)

• IEEE 802.3 descrição da sub-camada MAC e camada
  Física para redes com topologia em barramento e
  método de acesso ao meio baseado em CSMA/CD
• IEEE 802.4 descrição da sub-camada MAC e camada
  Física para as redes com topologia em barramento
  e método de acesso ao meio baseado em
  "token-passing" (Token-Bus)
• IEEE 802.5 descrição da sub-camada MAC e camada
  Física para as redes com topologia em anel e
  método de acesso ao meio baseado em
  "token-passing" (Token-Ring)
• IEEE 802.6 descrição da sub-camada MAC e camada
  Física para as redes metropolitanas com DQDB
  (Distributed Queue Dual Bus, barramento dual com
  filas distribuídas)
• IEEE 802.7 contém recomendações do IEEE para
  LANs usando Broadband. Na versão da ISO/IEC,
  define uma subcamada MAC com slotted ring e a
  camada física correspondente

61
IEEE 802 (ISO/IEC 8802)

• IEEE 802.8 o IEEE criou o Fibre optic
  technical advisory group, cuja meta era propor
  um padrão de LAN usando fibra ótica como meio
  físico em redes com token passing, como FDDI
  (Fiber Distributed Data Intarface)
• IEEE 802.9 IS (Integrated Services) para
  integrar LANs com RDSI (Rede Digital de Serviços
  Integrados, ISDN em inglês) e FDDI (Fiber
  Distributed Data Interface)
• IEEE 802.10 aborda questões de segurança na
  interoperação de LANs e MANs (atualmente define o
  padrão SDE, Secure Data Exchange)
• IEEE 802.11 padroniza LANs com MAC sem fio
  (Wireless) e a camada física correspondente
  (transceivers de rádio)
• IEEE 802.12 método de acesso com demanda
  priorizada (DPA, Demand Priority Access) e camada
  física correspondente.

62
IEEE 802 (ISO/IEC 8802)

• Mais recentemente foram acrescentados ainda
• IEEE 802.15 Trata de Wireless Personal Area
  Networks (Bluetooth)
• IEEE 802.16 aborda Wireless Metropolitan Area
  Networks
• IEEE 802.17 padrão para Resilient Packet Ring
• IEEE 802.18 comitê de padrões LAN/MAN.

63
IEEE 802 (ISO/IEC 8802)
64
A norma IEEE 802.3 (CSMA/CD)

• Origem rede Ethernet (Xerox, 1976).
• Ethernet original protocolo CSMA/CD, cabo
  coaxial de 1000 metros de comprimento, taxa de
  transmissão de 3 Mbps, até 100 estações
  conectadas.
• Xerox, DEC e Intel definiram um padrão "de fato"
  para uma rede Ethernet, com taxa de transmissão
  de 10 Mbps.
• IEEE 802.3 define família de protocolos CSMA/CD
  1-persistentes, para diferentes meios de
  transmissão, com taxas de transmissão de 1 a 10
  Mbps.
• Parâmetros iniciais da norma canal de 10 Mbps em
  banda de base, cabo coaxial de 50 ohms,
  comprimento máximo de 500 m.

65
Quadro IEEE 802.3

• Preâmbulo de 7 bytes (seqüência 10101010).
• Delimitador de Início de Quadro (seqüência
  10101011).
• Endereços de Destino e de Origem, com formatos de
  16 ou 48 bits. MSB define se endereço é
  individual (0) ou de grupo (1), permitindo
  multicast e broadcast.
• Tamanho do Campo de Dados, em bytes (max. 1500
  bytes).
• FCS palavra de 32 bits, para o controle de erros
  por CRC.
• Se quadro total menor que 64 Bytes, o quadro deve
  ser completado através do campo PAD (padding
  enchimento, estofamento).

66
IEEE 802.3
LLC (
Logical Link
Control)
Enlace
MAC (
Medium Access
Control)
PLS (
Physical
Layer
Signaling)
AUI (
Attachment
Unit Interface)
Física
MAU (
Medium
Attachment
Unit)
MDI (
Medium
Dependent Interface)
67
IEEE 802.3 - Camada Física

• PLS (Physical Layer Signaling) interface entre o
  nível físico e a subcamada MAC. Fornece à MAC
  serviços de envio e recepção de bits e de
  detecção de colisão.
• AUI (Attachment Unit Interface) cabos tipo par
  trançado blindado que permitem conectar à rede
  estações localizadas a uma certa distância do
  meio de transmissão (até 50m). AUI interliga a
  placa de rede ao MAU.
• MAU (Medium Attachment Unit) dispositivo
  eletrônico que transmite, recebe e detecta a
  presença de sinais no meio e deve estar
  fisicamente muito próximo a este.
• MDI (Medium Dependent Interface) conector que
  faz conexão entre o MAU e o meio físico em si.

68
IEEE 802.3 - Camada Física

• A norma IEEE 802.3 define várias opções de meio
  físico e taxa de transmissão, especificadas da
  forma
• lttaxa em Mbpsgtlttécnica de sinalizaçãogtlttamanho
  máximo do segmento 100gt
• Exemplo
• 10BASE5 define uma camada física com taxa de
  transmissão de 10Mbps, técnica de sinalização em
  banda BASE (baseband) e comprimento máximo do
  cabo de 500 metros.

69
IEEE 802.3 - Camada Física 10BASE5 (thicknet)
Conector de
pressão
MDI
MAU
(Vampire tap)
Cabo
AUI
Cabo coaxial
grosso 50
Ohms
Placa de rede
Conector
AUI
70
IEEE 802.3 - Camada Física 10BASE2 (thinnet)
Cabo coaxial
fino 50 Ohms
Conector
BNC macho
Conector
BNC
fêmea
Conector T
BNC
Placa de rede
Terminador
BNC
macho 50 Ohms
71
IEEE 802.3 - Camada Física

• 10BROAD36 opera com taxa de transmissão de
  10Mbps, técnica de sinalização em Banda Larga e
  um cabo de 3600 metros.
• Especificações adicionais de MAU
• 10BASE-T define MAU para par trançado,
  usualmente empregada para conexão com repetidores
  multiporta (Hubs)
• 10BASE-F MAU para fibra ótica
• 10BASE-FL define MAU para fibra ótica, usada
  para conectar uma estação a um Hub
• 10BASE-FB define MAU para interligar repetidores
  entre si, usada em redes backbone
• 10BASE-FP define MAU para operar como estrela
  passiva.

72
IEEE802.3 Camada Física 10BASE-T
73
IEEE802.3 Camada Física 10BASE-FL
Fibra ótica Max. 2000m
R
T
MAU 10BASE-FL
Cabo
AUI
R
T
HUB 10BASE-FL
Placa de rede
Conector
AUI
74
IEEE802.3 Camada Física 10BASE-FP
Fibra ótica Max. 500m
R
T
MAU 10BASE-FP
Cabo
AUI
R
T
Estrela Passiva 10BASE-FP
Placa de rede
Conector
AUI
75
IEEE802.3 Camada Física 10BASE-FB
backbone
Fibra ótica Max. 2000m
76
IEEE 802.3u Fast Ethernet

• 3 versões com 100 Mbps, sempre com HUB
• 100BASE-T4 usa 4 pares de cabos UTP categoria 3
  (fio telefônico), com sinalização em 25MHz cada,
  com até 100m até HUB, modo half-duplex.
• 100BASE-TX usa 2 pares de cabos UTP categoria 5
  (usa isolante de teflon), um para o HUB e outro
  de retorno, até 100m até o HUB, modo full-duplex
• 100BASE-FX usa 2 fibras óticas multimodo, uma em
  cada direção, distância de até 2 Km até HUB.

77
IEEE802.3 Switched Ethernet

• Melhora de performance da ethernet pode ser
  obtida com fast ethernet, porém requer novas
  placas de rede
• Outra solução manter placas 10BASE-T e ligar a
  um switcher

switcher
Placas 10BASE-T
78
A norma IEEE 802.4 (Token Bus)

• define topologia tipo barramento, com direito de
  transmissão transmitido por meio de ficha.
• Inicialização passagem da ficha se dá segundo
  ordem descendente do valor do endereço físico das
  estações.
• Estação proprietária da ficha possui o direito
  exclusivo de transmissão sobre o barramento.
• Este direito pode ser exercido durante um certo
  período de tempo ("token retention time"), após o
  qual ela deve ceder a ficha para a próxima
  estação do "anel" lógico.
• Protocolo define mecanismo de prioridades de
  quatro níveis, referenciados por 0, 2, 4 e 6
  (nível 0 tem a mais baixa prioridade e o nível 6
  a mais alta prioridade).

79
IEEE 802.4

• Periodicamente, a estação que detêm a ficha
  consulta estações inativas para verificar se
  querem fazer parte do anel lógico (quadro
  "Procura Sucessor").
• Este quadro indica endereço da estação que emite
  o quadro e o da estação seguinte no anel lógico.
• Apenas as estações cujos endereços estiverem
  entre os dois endereços indicados poderão
  candidatar-se à participação no anel lógico.
• Se nenhuma estação apresenta interesse, a estação
  proprietária da ficha retoma a evolução normal do
  anel.
• Se uma estação apresenta-se como candidata, ela
  passa a compor o anel lógico e torna-se a próxima
  destinatária da ficha.
• Se uma estação situada entre duas estações A e B
  quer abandonar o anel lógico, ela envia à estação
  A um quadro indicando que a sucessora de A será a
  estação B.

80
Quadro IEEE 802.4

• Preâmbulo (sincronização a nível de bit)
• Delimitador de Início de Quadro
• Controle de Quadro quadros de dados ou de
  controle
• Endereço Destino e Origem codificados em 16 ou 48
  bits
• campo de Dados (até 8182 bytes de comprimento)
• FCS campo de Controle de erros por CRC
• Delimitador de Fim de Quadro.

81
IEEE 802.4 Opções De Camada Física

• Rede com canal único e modulação FSK (Frequency
  Shift Keying) fase contínua, com topologia em
  barra bidirecional, taxa de transmissão de 1Mbps
• Rede com canal único e modulação FSK fase
  coerente, topologia em barra bidirecional, taxas
  de transmissão de 5Mbps ou 10Mbps
• Rede em banda larga, topologia em barra
  bidirecional com headend (central repetidora com
  conversor de freqüências do canal de recepção
  para o canal de envio), taxas de transmissão de
  1Mbps, 5Mbps ou 10Mbps
• Rede utilizando fibra ótica, topologia lógica em
  barra (mas fisicamente em estrela, com um Hub
  como elemento central), requer um par de fibras
  para cada estação (uma para receber e outra para
  transmitir), taxas de transmissão de 5Mbps,
  10Mbps ou 20Mbps.

82
A norma IEEE 802.5 (Token Ring)

• Rede em anel conjunto de ligações ponto-a-ponto,
  em modo unidirecional.
• Cada nó do anel é equipado de um acoplador.
• Cada bit é copiado numa memória de espera do
  acoplador antes de ser retransmitido ao nó
  seguinte.
• Token fica circulando quando não existe
  transmissão de quadro.
• Quando uma estação quer emitir um quadro, ela
  deve adquirir o token e substituí-lo pelo quadro
  a enviar.
• Como apenas uma ficha está circulando no anel, a
  emissão de um quadro é ação exclusiva de uma
  única estação.

83
IEEE 802.5
84
Quadro IEEE 802.5

• Status do Quadro composto de bits A (Ativo) e C
  (Copiado).
• Valores dos bits A e C
• A 0 e C 0 o destinatário está inativo e
  quadro não foi copiado
• A 1 e C 0 o destinatário está ativo mas o
  quadro não foi copiado
• A 1 e C 1 o destinatário está ativo e o
  quadro foi copiado (serve como acknowledge).

85
IEEE 802.5 - Camada Física

• Segmentos com par trançado blindado (STP)
• 4 ou 16Mbps
• até 250 repetidores no anel
• Segmentos com par trançado comum (UTP)
• 4Mbps
• até 250 repetidores no anel
• Bits codificados em Manchester diferencial.

86
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• Redes sem fio pacotes transmitidos através de
  canais de freqüência de rádio ou infravermelho.
• Boa alternativa para aplicações onde é difícil
  instalar cabos.
• Emprego
• computadores portáteis em um ambiente de rede
  local móvel
• onde rompimento de um cabo pode paralisar todo o
  sistema
• chão de fábrica AGVs (Automatic Guided
  Vehicles), Robôs Autônomos Móveis e Sensores
  Inteligentes.

87
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks
88
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks
89
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• Bandas de freqüência ISM (Industrial, Scientific
  and Medical) podem ser utilizadas sem que seja
  necessária uma licença.
• IEEE 802.11 especifica bandas 902 até 928 MHz,
  2.4 até 2.48 GHz e 5.75 até 5.85 GHz.
• O sinal emitido por uma estação cobre uma área de
  500 m2 com uma potência de 100mW.
• Áreas maiores podem ser cobertas decompondo a
  rede em várias subredes, responsáveis pela
  comunicação em uma BSA (Basic Service Area).
• Potência do sinal de rádio decai com o quadrado
  da distância do emissor. Pode-se reutilizar a
  mesma freqüência de transmissão para estações em
  BSAs diferentes, desde que estejam
  suficientemente distantes.
• Para construir redes cobrindo áreas maiores, BSAs
  são interligadas por um sistema de distribuição,
  que consiste de uma rede usando meio físico
  convencional.

90
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• Problema típico das redes de rádio
  desvanecimento de Rayleigh.
• Parte das ondas de rádio são refletidas quando
  encontram objetos sólidos.
• Em decorrência desta reflexão, várias cópias de
  uma mensagem de rádio podem estar em propagação
  no meio e chegar a estação receptora em instantes
  de tempo diferentes.
• Quando as várias cópias do sinal chegam ao
  receptor após percorrerem distancias diferentes,
  elas se somam aleatoriamente, podendo resultar em
  um sinal muito enfraquecido ou mesmo nulo.
• Se a diferença no comprimento dos caminhos for um
  múltiplo do comprimento de onda da portadora do
  sinal, os vários componentes podem cancelar-se
  mutuamente.

91
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• Desvanecimento de Rayleigh qualidade da recepção
  varia a medida que estação se move no ambiente.

92
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• Como várias estações compartilham o meio (rede de
  difusão) é necessário utilizar um método de
  acesso.
• Idéia inicial utilizar CSMA.
• Problema alcance do sinal de rádio.
• Um sinal oriundo de A pode alcançar B, mas não
  alcança C nem D. Um sinal oriundo de B alcança A
  e C, mas não D, etc.
• (a) estação A transmitindo (b) estação B
  transmitindo

93
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• Suponha que A está enviando dados para B
• Se C escutar o meio, não irá detectar que A esta
  enviando.
• C pode tentar enviar um quadro para B, mas como B
  está no alcance de C, o quadro enviado por A irá
  colidir com o quadro enviado por C a nível de B.
• O fato de uma estação não poder detectar que o
  meio não está livre porque o concorrente está
  fora de alcance é chamado de "problema da estação
  escondida" (hidden station problem).

94
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• Se B estiver transmitindo um quadro para A, C irá
  detectar a transmissão e concluir que não pode
  transmitir um quadro para D neste momento.
• Mas, como os receptores de A e D não estão na
  área de interferência uma da outra, nada impede
  que C envie dados para D enquanto B envia para A
  !
• Esta situação é conhecida como o "problema da
  estação exposta" (exposed station problem).
• Em resumo, o que realmente interessa a uma
  estação pretendendo enviar um quadro em redes sem
  fio é saber se há ou não atividade na área do
  receptor.

A
B
C
D
95
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• DFW-MAC (Distributed Foundation Wireless MAC) usa
  protocolo MACA (Multiple Access with Collision
  Avoidance).
• Emissor deve estimular o receptor a emitir um
  quadro pequeno que possa ser detectado pelos seus
  vizinhos antes de mandar os dados.
• B quer enviar um quadro para C
• (a) B envia para C quadro RTS (Request To Send),
  contendo o tamanho do quadro de dados que deseja
  enviar a seguir.
• (b) C responde com quadro CTS (Clear To Send),
  contendo a mesma informação de tamanho.
• B inicia a transmissão quando recebe o quadro CTS
  de C.

96
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• Qualquer estação que captar o quadro RTS estará
  forçosamente próxima a B e deve se manter em
  silêncio por tempo suficiente para que B receba o
  CTS.
• Qualquer estação que captar o CTS estará
  forçosamente próxima a C e deve também se manter
  em silêncio por tempo suficiente para que C
  receba o quadro de dados que B vai enviar a
  seguir, cujo tamanho pode ser avaliado examinando
  o quadro CTS.
• Como se comportam as demais estações ?
• A escuta o RTS de B mas não o CTS de C, de modo
  que, desde que não queira mandar dados para B, A
  pode enviar seus quadros a qualquer outra estação
  em seu raio de alcance
• D escuta o CTS de C mas não o RTS de B, o que
  indica que está próxima a uma estação que vai
  receber um quadro de dados logo a seguir e
  portanto deve se manter em silêncio até que este
  seja recebido.

97
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• Apesar destas precauções, colisões ainda podem
  ocorrer
• A e C podem enviar quadros RTS para B ao mesmo
  tempo.
• Estes irão colidir e ser perdidos.
• No caso de colisão, o emissor do RTS espera um
  certo tempo pelo CTS e, se não receber nada,
  tenta novamente mais tarde.
• O tempo de espera é definido pelo algoritmo BEB.

98
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• Variações
• 802.11 WLAN (Wireless Local Area Network)
• Opera na faixa de 2.4GHz ISM (Industrial,
  Scientific and Medical)
• taxas de 1 ou 2 Mbps
• Largura de banda de 83.5MHz
• Aprovada em Julho de 1997.

99
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• 802.11a (também conhecida por Wi-Fi5)
• atua na banda de 5GHz UNII (Unlicensed National
  Information Infrastructure)
• usa OFDM (Orthogonal Frequency Division
  Multiplexing), sistema de modulação com múltiplas
  portadoras.
• largura de banda de 300MHz
• taxas de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 e 54Mbps.
• Aprovada em Setembro de 1999.
• 802.11b (também conhecida por Wi-Fi)
• opera na banda de 2.4 GHz ISM
• usa CCK (Complementary Code Keying), sistema de
  modulação com uma única portadora
• taxas de 1, 2, 5.5 e 11 Mbps
• Usa tecnologia direct sequence spread spectrum
  (DSSS)
• Aprovada em Setembro de 1999.

100
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• 802.11g
• Opera na banda de 2.4GHz ISM
• taxas de 1, 2, 5.5, 6, 9, 11, 12, 22, 24, 33, 36
  e 54Mbps
• Compatibilidade com o sistema Wi-Fi (802.11b)
  para taxas ? 11Mbps
• Em fase de aprovação
• Opções de modulação
• CCK/OFDM sistema híbrido de modulação,
  preâmbulo/cabeçalho com modulação CCK, dados com
  modulação OFDM, opcional.
• PBCC, opcional, permite taxas de até 33Mbps,
  sistema híbrido de modulação onde o preâmbulo tem
  modulação CCK e os dados PBCC (Packet Binary
  Convolutional Coding) modulação com portadora
  única.
• OFDM, para sistemas com taxas gt20Mbps
• CCK.

101
A norma IEEE 802.11 - Wireless Networks

• Apesar de suas vantagens e da crescente difusão
  nos últimos anos, as redes sem fio apresentam
  ainda alguns problemas e resolver.
• Dentre os pontos fracos dessa tecnologia pode-se
  destacar
• Interferência
• estudos mostraram que a influência dos fornos de
  microondas na performance dos receptores da WLAN
  é significativa, uma vez que eles dividem a faixa
  de espectro de 2.4GHz.
• Essa banda também é dividida com os telefones sem
  fio.
• Outro aspecto está relacionado com a proliferação
  dessas redes em residências e edifícios de
  escritórios, o que irá contribuir para aumentar
  os problemas de interferência
• Segurança
• é a principal preocupação acerca das redes sem
  fio, pois dados irão trafegar pelo ar e poderão
  ser interceptados por pessoas com equipamentos
  apropriados.
• o padrão IEEE 802.11 definiu um mecanismo de
  segurança opcional e privativo, que provoca uma
  sobrecarga (overhead) na rede, mas que oferece
  certo nível de segurança às redes sem fio.
• Para impedir que usuários não autorizados acessem
  sua rede sem fio, um valor de identificação
  chamado de ESS-ID, é programado em cada AP para
  identificar a sub-rede de comunicação de dados e
  funciona como ponto de autenticação das estações
  da rede. Se uma estação não puder identificar
  esse valor, não poderá se comunicar com o AP
  respectivo.
• Outros fabricantes duplicam a tabela de controle
  de endereços MAC sobre o AP, permitindo, dessa
  forma, que apenas estações com o endereço MAC
  reconhecido possam acessar a WLAN.

102
Redes Acústicas

• Comunicação subaquática tradicionalmente limitada
  a aplicações militares (submarinos, torpedos
  teleguiados, sonares).
• Primeiro sistema de comunicação UWA (Under-Water
  Acoustic) telefone criado em 1945 para
  comunicação com submarinos (águas rasas,
  modulação FSK de 8 a 11 khz).
• Recentemente surgiram várias aplicações civis
• Exploração submarina para fins científicos
• Soldagem e reparação de cascos de navios e dutos
  por robôs submarinos
• Monitoração de poluição
• Veículos submarinos não tripulados (AUV
  Autonomous Underwater Vehicles)
• Sensores e atuadores submarinos (sismógrafos,
  válvulas, etc.)
• Comunicação entre mergulhadores
• Montagem/manutenção/operação de plataformas de
  exploração/produção de petróleo.

103
Redes Acústicas

• Geração de sinais
• Sinais de rádio para boa propagação na água,
  requerem ondas de baixíssima freqüência (30 a
  300 Hz) gt antenas grandes e transmissores de
  alta potencia.
• Sinais óticos principal problema não é
  atenuação, mas dispersão.
• Sinais acústicos melhor solução, podem se
  propagar na água por milhares de Km.
• Requisitos para tipos de dados mais usuais
• Sinais de controle (comando de válvulas,
  solicitação de status, comandos de navegação para
  AUV, etc) requerem cerca de 1Kbps
• Dados telemetria (hidrofones, sismógrafos,
  sonares, etc) requerem cerca de 10Kbps
• Vídeo requer de 10Kbps a 500Kbps para boa taxa
  atualização.

104
Redes Acústicas

• Problemas tecnológicos a superar
• Perda de transmissão espalhamento de energia e
  absorção de som (proporcional ao quadrado da
  distância)
• Ruído acústico pior em águas rasas, portos, etc.
• Reverberação propagação de sinal por múltiplos
  caminhos causada por reflexão em obstáculos
  (desvanecimento de Rayleigh)
• Variações espaciais e temporais do meio
  (temperatura/densidade água, obstáculos móveis,
  etc.) problema pior se estações móveis.
• Considerações de projeto de sistemas UWA
• Importante eliminar reverberação (muito pior que
  rádio).
• Uso de dispositivos direcionados problemático se
  estações móveis
• Técnicas FSK com tempo de espera entre pulsos de
  mesma freqüência (espera ecos desaparecerem)
• Técnicas Spread-Spectrum
• Uso de equalizadores.

105
Redes Acústicas

• Tipos de sistemas UWA em uso
• Longo alcance 20Km até 2.000Km, modulação FSK de
  200Hz até 10KHz, taxas de transmissão baixas
  (típico 1 bps)
• Médio alcance 1Km até 20Km, uso em águas rasas,
  modulação FSK de 10KHz até 100KHz, 5Kbps
• Curto alcance até cerca de 60m, uso para robôs
  de manutenção e mergulhadores em águas rasas,
  modulação FSK de 1MHz, taxa de 500Kbps.
• Pesquisas atuais
• Uso de PSK e QAM (Quadrature Amplitude
  Modulation) em lugar de FSK
• Testes com sinais capazes de se propagar por todo
  o planeta (testado sinal gerado Austrália e lido
  na Califórnia/USA)
• Desenvolvimento de ALAN (Acoustic LAN) tendência
  de usar protocolos MACA e MACAW (IEEE 802.11),
  multiplexação de canais por TDM ou CDMASpread
  Spectrum.

106
Projeto MAP

• Manufacturing Automation Protocol iniciativa da
  GM (1980), com a finalidade de definir rede
  voltada para automação da manufatura (baseada no
  RM-OSI).
• MAP bem adaptada para comunicação entre
  equipamentos de chão de fábrica, tais como
  Robôs, CNC, CLP, terminais de coleta de dados,
  Computadores, etc.
• Para aplicações com tempos críticos foi definida
  a versão MAP/EPA (Enhanced Performance
  Architecture).
• MAP/EPA apresenta duas pilhas de camadas
  arquitetura MAP completa (7 camadas) e uma
  arquitetura simplificada (camadas 1, 2 e 7).
• Versão mais simplificada MINI-MAP implementa
  somente as camadas 1, 2 e 7 do RM-OSI.

107
Projeto TOP

• Technical Office Protocol desenvolvido pela
  BOEING a partir de 1983.
• Redes para automação de áreas técnicas e
  administrativas.
• Baseado no modelo OSI de 7 camadas.
• Serviços
• correio eletrônico
• processamento de textos
• acesso a base de dados distribuída
• transferência de arquivos
• CAD/CAM distribuído
• troca de documentos
• transações bancárias.
• A partir de 1986 MAP e TOP reunidos (projeto
  MAP/TOP).

108
Projeto FIELDBUS

• Fieldbus (Barramento de Campo) solução de
  comunicação para os níveis hierárquicos mais
  baixos dentro da hierarquia fabril.
• Interconecta dispositivos primários de automação
  (Sensores, atuadores, chaves, etc.) e os
  dispositivos de controle de nível imediatamente
  superior (CLP, CNC, RC, PC, etc.).
• Ainda estão sendo definidos os padrões para o
  Fieldbus.
• Principais grupos envolvidos nos trabalhos de
  padronização
• Avaliadores IEC, ISA, EUREKA, NEMA
• Proponentes PROFIBUS, FIP, ISA-SP50.

109
(No Transcript)
110
Manufacturing Automation Protocol

• Introdução
• Projeto MAP nasceu no início dos anos 80 por
  iniciativa da General Motors.
• Na época, apenas 15 dos equipamentos
  programáveis de suas fábricas eram capazes de se
  comunicar entre si.
• Custos de comunicação muito elevados, avaliados
  em 50 do custo total da automação.
• Quantidade de equipamentos programáveis deveria
  sofrer uma expansão de 400 a 500 num prazo de 5
  anos.

111
MAP introdução

• Opções da GM
• continuar utilizando máquinas programáveis de
  vários fabricantes e solucionar o problema da
  maneira como vinha sendo feito
• basear produção em equipamentos de um único
  fabricante
• desenvolver uma proposta padronizada de rede que
  permitisse interconectar todos os equipamentos.
• Solução adotada terceira opção.
• Em 1981, a GM uniu-se a outras empresas (DEC, HP
  e IBM) definindo solução baseada no RM-OSI.

112
A arquitetura MAP

• Camadas 1 e 2 selecionadas normas IEEE 802.4
  (barramento com ficha) e IEEE 802.2 (LLC).
• Camada Física escolhido o suporte de comunicação
  em broadband, com cabo coaxial.
• Escolha de broadband baseada nas razões
  seguintes
• possibilidade de uso de vários canais de
  comunicação sobre um mesmo suporte
• permitir a troca de sinais como voz e imagem para
  aplicações como supervisão, circuito fechado de
  TV, teleconferência, etc.
• a GM já possuía muitas instalações operando em
  broadband.

113
A arquitetura MAP

• Camada de Enlace (MAC) escolhido Token-Bus,
  pois
• era o único protocolo suportado em broadband
• muitos equipamentos programáveis já usavam
  broadband e IEEE 802.4
• possibilidade de atribuir prioridades às
  mensagens.
• Camada de Enlace (LLC) optou-se por LLC tipo 1
  (sem conexão e sem reconhecimento).
• Camada de Rede sem conexão, cada mensagem sendo
  roteada individualmente através da rede.
• Protocolo de roteamento definido pelo projeto MAP
  e normalizado na ISO sob o número 9542.

114
A arquitetura MAP

• Camada de Transporte protocolo classe 4 da ISO
  (TP4, ISO 8072/73), orientado à conexão, com
  controle de erros.
• Oferece um canal de comunicação confiável, sem
  perdas, erros, nem duplicação de mensagens.
• TP4 assegura ainda as funções de fragmentação e
  blocagem de mensagens.
• Camada de Sessão norma ISO 8326/27, modo
  full-duplex e resincronização.
• Camada de Apresentação representação de dados
  baseada na ASN.1.

115
A arquitetura MAP

• Camada de Aplicação
• MMS troca de mensagens entre equipa-mentos de
  produção
• FTAM acesso e a transferência de arquivos
• ROS gestão de nomes (diretório)
• Funções de geren