Cliente
Cliente
Figura 2.1: Modelo Cliente-Servidor.
O modelo de troca de dados publisher-subscriber (PS), por outro lado, permite a troca de mensagens síncronas e assíncronas (eventos) entre dispositivos. Este modelo oferece alto grau de desacoplamento entre os publicadores e consumidores, pois cada nó da rede não tem a necessidade de conhecer a existência de outros nós.
O publisher-subscriber define dois tipos de entidades: os publishers e os subscribers. Os publicadores (publishers) são os nós responsáveis pelo envio de mensagens (iniciam a comunicação). Os consumidores (subscribers) são os nós que irão consumir essas men-sagens. Cada mensagem a ser enviada por um publicador recebe um tópico que especifica o seu tipo. Em seguida, a mensagem é difundida (broadcast) através da rede. Ao chegar uma nova mensagem, os consumidores verificam seu tópico e analisam se faz parte da lista de tópicos de interesse. Caso o nó tenha interesse na mensagem, ela será processada. Caso contrário, ela será simplesmente descartada. O modelo publisher-subscriber pode ser visualizado na Figura 2.2.
Aplicações distribuídas de tempo real necessitam de métodos eficientes de controle de tráfego de dados nos barramentos de comunicação. Estas aplicações requerem mais fun-cionalidades do que é fornecido pela tradicional semântica publisher-subscriber [Dolejs et al. 2004]. Dessa forma, surge a arquitetura publisher-subscriber de tempo real (PSTR), que herda todas as vantagens do modelo tradicional e implementa requisitos de tempo real.
No PSTR são definidos os seguintes parâmetros para publicação de mensagens no barramento de comunicação [Dolejs et al. 2004, Ocera 2002]:
• tópico: nome que identifica de forma única uma publicação específica;
• tipo: nome que identifica de forma única o formato de dados de uma publicação específica;
2.2. PADRÃO DE TRANSDUTOR INTELIGENTE IEEE 1451 9
publisher
Subscriber
Subscriber
Subscriber
Figura 2.2: Modelo Publisher-Subscriber.
• prioridade: define um peso relativo para mensagens de mesmo tópico, a fim de arbitrar quem tem maior prioridade para envio;
• persistência: especifica a duração de tempo que uma publicação é válida.
Para a subscrição, além dos parâmetros tópico e tipo, são definidos também [Dolejs et al. 2004, Ocera 2002]:
• tempo mínimo de separação entre publicações consecutivas: nenhuma publicação nova de um determinado tipo é aceita enquanto não tiver decorrido um tempo mí-nimo de separação definido;
• deadline: o tempo máximo entre recepção de duas publicações consecutivas do
mesmo tipo.
Quando o fim do prazo (deadline) para a entrega dos dados é passado sem receber nenhuma publicação, então a aplicação é informada. O usuário pode ajustar os parâmetros para cumprir as exigências da aplicação [Dolejs et al. 2004].
A seguir serão detalhados os dois principais padrões para transdutores inteligentes disponíveis na literatura: o padrão IEEE 1451 e o padrão OMG STI.
2.2 Padrão de Transdutor Inteligente IEEE 1451
Em setembro de 1993, as instituições National Institute of Standards and
Techno-logy (NIST) e Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) reuniram-se para
discutir tecnologias de transdutores inteligentes e sentiram a necessidade de criar uma interface comum de comunicação para transdutores inteligentes. A partir dessa reunião foram formados comitês responsáveis por produzir especificações das interfaces. Os pri-meiros grupos de trabalhos do padrão IEEE 1451, criados em setembro de 1994, foram o IEEE 1451.1 e IEEE 1451.2. Após dois anos foram criados os grupos de trabalhos IEEE
10 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
1451.3 e IEEE 1451.4. Os grupos de trabalhos IEEE 1451.5 e IEEE 1451.6 foram criados mais recentemente e ainda não tiveram sua aprovação.
O padrão IEEE 1451 define um conjunto de interfaces padronizadas de hardware e software para conectar um transdutor a qualquer tipo de rede de comunicação de forma automática, buscando atingir interoperabilidade em nível de transdutor [Conway et al. 2000, Lee 2001].
O processador NCAP (Network Capable Application Processor), pertecente ao padrão IEEE 1451.1, é o responsável pela troca de informações ocorrida entre o transdutor e o ambiente externo. Os padrões IEEE 1451.2, IEEE 1451.3, IEEE 1451.4, IEEE 1451.5 e IEEE 1451.6 têm por objetivo especificar o projeto do transdutor inteligente e uma interface para o NCAP. A configuração do padrão IEEE 1451 pode ser visualizada na Figura 2.3. RededeComunicaç ão IEEE 1451.1 NCAP IEEE 1451.2 STIM Sensor Sensor Atuador IEEE 1451.3 TBIM 1 TBIM 2 Sensor Atuador Sensor Atuador
IEEE 1451.4 MSTIM Sensor
Atuador
IEEE 1451.6
TIM 1 TIM 2 Sensor Atuador Sensor Atuador
CANopen CiA DS 404 IEEE 1451.5
Sensor Sensor Atuador
Figura 2.3: Configuração do Padrão IEEE 1451.
Alguns trabalhos baseados no padrão IEEE 1451 podem ser destacados, tais como:
• Implementação de um processador de aplicação com capacidade de operar em rede (NCAP) utilizando a tecnologia JAVA e o barramento USB [Silva et al. 2006];
• Desenvolvimento de um sistema de controle de transdutores inteligentes utilizando dispositivos móveis [Santos Filho et al. 2006];
• Desenvolvimento de um analisador de pressão consistindo de grupos de sensores de pressão inteligente interligados pela internet e intranet baseados em Ethernet [Sveda & Vrba 2003];
2.2. PADRÃO DE TRANSDUTOR INTELIGENTE IEEE 1451 11
• Implementação (hardware e sotware) de uma aplicação de controle de temperatura remota via uma rede Ethernet [Conway et al. 2000].
2.2.1 Padrão IEEE 1451.1
O padrão IEEE 1451.1 [IEEE 1451.1 Standard 1999] define um modelo orientado a objetos implementado num processador de aplicações com capacidade de operar em rede (NCAP) para representar qualquer transdutor inteligente ligado em rede. O NCAP possui pelo menos duas interfaces de comunicação: uma com a rede e outra com o transdutor.
O processador com capacidade de operar em rede é responsável por tornar possível a troca de informações do transdutor e a rede, ocultando os protocolos de comunicação e os detalhes de implementação. Ele é constituído por quatro blocos: sistema operacional, biblioteca de classes, bloco de interface com o transdutor e bloco de interface com a rede. O sistema operacional abstrai o hardware do processador, servindo de base para o de-senvolvimento de aplicações concorrentes. A biblioteca de classes serve de base para o programador poder construir uma aplicação de medida e controle, destinada a ser execu-tada pelo processador de rede. O bloco de interface com o transdutor garante a comuni-cação entre o NCAP e o transdutor de forma genérica. O bloco de interface com a rede trata de todas as transações entre o processador e qualquer rede de comunicação.
Um cliente remoto pode estabelecer comunicação com o NCAP, independente do pro-tocolo de comunicação e do tipo de processador, para:
• adquirir informações;
• transmitir informações;
• desencadear uma ação, e;
• ser notificado de um evento.
2.2.2 Padrão IEEE 1451.2
O padrão IEEE 1451.2 [IEEE 1451.2 Standard 1997] especifica uma interface inde-pendente para transdutores (TII) e um módulo de interface para transdutores inteligentes (STIM), como ilustrado na Figura 2.4.
O STIM vincula-se com o processador de rede através da interface independente de transdutor constituindo um nó de rede. Através dessa interface é introduzido o modo de operação plug-and-play do transdutor, independente do processador de rede. O módulo de interface do transdutor inteligente é responsável pela aquisição, condicionamento e di-gitalização de sinal, onde são ligados todos os sensores e atuadores do sistema (analógico ou digital) responsáveis pela troca de sinais com o exterior.
O padrão IEEE 1451.2 define as funcionalidades do STIM e o modo como elas ficam acessíveis ao NCAP, além da interface de comunicação digital entre elas, denominada interface independente do transdutor (TII).
Além disso, o padrão IEEE 1451.2 define também uma memória do STIM que o des-creve completamente, nomeada de Transducer Electronic Data Sheet (TEDS). Quando um novo STIM se liga ao NCAP, as informações contidas no seu TEDS são passadas à rede que torna-se capaz de interagir com ele de forma correta e automática. O padrão
12 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA