Este capítulo descreve a proposta de uma arquitetura baseada em sensores inteligentes orientados a eventos, abordando seus componentes, funcionalidades e aplicação.
A arquitetura de sensores inteligentes é baseada nos padrões do Object Management
Group (OMG) e IEEE 1451 para transdutores inteligentes. Do padrão OMG,
utilizou-se a simplicidade na definição das interfaces de acesso aos dados dos transdutores desutilizou-se padrão. Porém, diferentemente do padrão do OMG que é disparado por tempo, a aborda-gem proposta neste trabalho segue uma abordaaborda-gem disparada por eventos. A transferência destas informações é disparada por eventos assíncronos, uma vez que os sensores inteli-gentes enviarão através da rede apenas informações relevantes sobre o processo. Porém, diferentemente do OMG que assume uma infra-estrutura de comunicação determinada, a arquitetura proposta visa também abstrair o protocolo de rede, que é uma característica fundamental do padrão IEEE 1451.
A abordagem disparada por eventos segue o princípio de reação dependendo da de-manda. Nesta abordagem, o ambiente implementa controle temporal num sistema de forma imprevisível. Porém, esta abordagem é bem definida para aplicações com ações esporádicas e sistemas de tempo real de melhor esforço com alta utilização de recur-sos [Elmenreich 2006].
O uso da abordagem disparada por evento é bastante vantajosa para ambientes que possuem comportamento assíncrono, no qual uma aplicação só irá acessar o meio de comunicação no momento que for gerado um determinado evento, assim economizando banda de transmissão.
Similarmente ao padrão OMG, a arquitetura proposta é formada de vários nós de transdutores inteligentes (nós escravos) ligados a uma rede de campo, formando um
clus-ter. Cada cluster possui um nó mestre de maior capacidade de processamento que tem
a finalidade de gerenciar os nós escravos. Como suporte de tolerância a falhas, podem existir nós mestres secundários redundantes caso o nó mestre principal falhe. Os clusters são conectados a uma rede supervisória através de seus nós mestres, podendo realizar ati-vidades de configuração dos sensores, bem como monitoramento de todo o sistema, como pode ser visualizado na na Figura 3.1.
18 CAPÍTULO 3. ARQUITETURA DE SENSORES INTELIGENTES PROPOSTA
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Mestre DM BDTR e BD...
Mestre DM Rede de Supervisão Cluster A Cluster B Rede de Campo Escravo Cliente RS Cliente CPEscravo Escravo Escravo Escravo Escravo Escravo Escravo Cliente RS Cliente CP BDTR e BD
Figura 3.1: Arquitetura de Sensores Inteligentes Disparada por Eventos.
3.1 Estrutura do Nó Mestre
O nó mestre é composto de dois tipos de banco de dados: um banco de dados de tempo real (DBTR) e um banco de dados tradicional (BD). Os BDTR além de processar transa-ções e garantir a integridade dos dados, características fundamentais em banco de dados tradicionais, devem também satisfazer às restrições temporais impostas pelas transações e dados, que podem ser considerados válidos unicamente por um intervalo de tempo es-pecífico [Ramamritham 1993]. O nó mestre é responsável por armazenar em seus bancos de dados as informações mais relevantes dos sensores inteligentes presentes no cluster para as atividades de monitoramento, além de possuir a capacidade de reconstruir os da-dos compactada-dos pelo sensor para as atividades de controle. O nó mestre utiliza o BDTR para armazenar os dados mais relevantes dos sensores inteligentes, enquanto que o BD é utilizado para armazenar as informações de configuração dos sensores.
Através da interface de diagnóstico e manutenção (DM) é possível o acesso aos bancos de dados tradicional e de tempo real do nó mestre através da rede supervisória. Através do cliente de RS (tempo real) e cliente CP (configuração e planejamento) é possível a comunicação com as interfaces dos sensores inteligentes. O nó mestre é responsável também pela função de sincronização de relógio dos dispositivos presentes à rede de comunicação.
3.2. ESTRUTURA DO NÓ ESCRAVO 19
3.2 Estrutura do Nó Escravo
Os nós de sensores escravos possuem basicamente dois tipos de interfaces para acesso aos seus dados, um algoritmo de compressão embarcado e um buffer para armazenar dados temporários para aplicação da compressão dos dados, como ilustrado na Figura 3.2.
Algoritmo de Compressão Buffer Interface RS Interface CP Sensor Analógico
Figura 3.2: Sensor Escravo com o Algoritmo de Compressão Embarcado.
O algoritmo de compressão implementado dentro do sensor é responsável por filtrar seus dados mais relevantes, fornecendo, assim, uma característica assíncrona na gera-ção dos dados, tornando o tempo em que o sensor enviará uma informagera-ção imprevisível. Porém, o tempo para envio de um dado não é totalmente imprevisível devido o tempo mínimo e o tempo máximo fornecido pelo algoritmo de compressão para a transmissão, como será visto mais a frente no item 4.3.1. Assim, uma abordagem disparada por eventos seria eficiente para a comunicação destes dados.
Com uma maior autonomia fornecida ao sensor inteligente, que passará a enviar ape-nas dados relevantes, haverá uma redução significante dos dados que serão transmitidos pela rede de comunicação, resultando em uma menor utilização de banda. Assim, pode-se conectar uma maior quantidade de pode-sensores inteligentes à rede. Porém, espode-ses pode-sensores inteligentes terão um aumento de complexidade e demandarão maior capacidade de pro-cessamento. Contudo, com o crescente avanço tecnológico é possível construir sensores inteligentes de baixo custo com grande capacidade de processamento. Com isso, o algo-ritmo de compressão implementado dentro do sensor torna-se o ponto chave da arquitetura de rede de sensores inteligentes disparada por eventos.
Os sensores possuem dois tipos de interface para acesso aos dados (interfaces RS e CP), onde a comunicação é suportada por dois modelos de comunicação diferentes (publisher-subscriber e cliente-servidor):
• Interface RS- interface de serviço de tempo real. É utilizada para o transporte de dados com requisitos de tempo real dentro do cluster. Os dados gerados pelos sen-sores inteligentes serão publicados na rede e consumidos pelas funções do sistema. Essa interface utiliza comunicação publisher-subscriber.
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• Interface CP- interface de configuração e planejamento. Através desta interface é possível configurar novos nós ligados à rede, passando parâmetros de configura-ção para o sensor, como valores de desvio de compressão, tempo mínimo e tempo máximo para o algoritmo de compressão, além de informações como identifica-ção do sensor no sistema distribuído. Essa interface utiliza comunicaidentifica-ção cliente-servidor.
A Figura 3.3 mostra a estrutura funcional de um nó de sensor inteligente escravo, no qual os dados gerados pelo núcleo (sensor analógico) são acessados através das interfaces RS e CP para diferentes atividades.