Basicamente a rede de campo24 ideal deve possuir as seguintes características: determinismo, velocidade, volume de dados, flexibilidade e compatibilidade.
24 De maneira geral, o termo rede de campo faz referência às tecnologias apresentadas no Capítulo 4.
Figura 6.4. Desempenho da tecnologia IEEE 802.3.
A Ethernet-TCP/IP é a arquitetura de rede que possui as características necessárias para desempenhar a maioria das funções em diferentes níveis de um ambiente industrial, em virtude de sua capacidade de integração, por exemplo: supervisão, banco de dados, planejamento, etc. Porém, pelo fato de não ser determinista, os tempos de resposta podem ser insuficientes para algumas aplicações em nível de campo. Contudo, a Ethernet possui custo relativo baixo e capacidade para formar sistemas com tecnologias bem conhecidas e desenvolvidas. A Ethernet pode ser considerada uma rede de alta velocidade, basta analisar as velocidades das tecnologias de rede de campo apresentadas no Capítulo 4, para tirar essa conclusão. Estes fatos fazem com que a utilização da Ethernet como rede de controle nos sistemas DMC venha ganhando popularidade. É importante salientar também, que estas características são atrativas no âmbito da automação residencial e predial.
Os oponentes da utilização da Ethernet como rede de controle têm argumentado que ela nunca será determinista o suficiente para aplicações em tempo real. Porém, demonstrações de grandes companhias como a Hewlett-Packard têm provado que aplicações baseadas na Ethernet podem satisfazer tempos de resposta muito rigorosos [14]. No âmbito nacional, a Ethernet- TCP/IP tem sido testada em nível de rede de controle com resultados satisfatórios [73].
A arquitetura de rede para aplicações industriais tende a ser uma combinação da Ethernet com redes de campo já existentes e protocolos padronizados. Há alguns anos, a organização
Fieldbus Foundation escolheu a Ethernet como especificação para a sua rede de controle,
definindo uma rede chamada de H2, com velocidade em torno de 100 Mbps [14].
Voltando ao assunto do desempenho, à medida que mais e mais estações são conectadas a uma LAN baseada no padrão IEEE 802.3, o tráfego aumenta. Duas possíveis soluções seriam as seguintes [33]:
a) Aumento da velocidade: hoje são possíveis velocidades muito mais elevadas do que a
original de 10 Mbps. A Gigabit Ethernet é uma tecnologia emergente e já definida no IEEE 802.3z. O aumento, por exemplo, de 10 para 100 Mbps melhora a eficiência da rede, porém, é preciso trocar as placas adaptadoras de 10 Mbps.
b) Ethernet Comutada: esta solução é baseada na inclusão de um comutador (switch) contendo
um backplane de alta velocidade e espaço para, geralmente, 4 a 32 placas de linha plugáveis, cada uma contendo de 1 a 8 conectores. Com o emprego de um comutador, as mensagens ficam armazenadas provisoriamente na memória do microprocessador do comutador. Assim, é possível
realizar a transição de uma tecnologia baseada na estatística para uma tecnologia de comutação baseada em hardware, que possui um tempo de resposta previsível.
A principal desvantagem de um sistema comutado está associada ao custo do dispositivo comutador que possui um grau de sofisticação elevado se comparado com um hub tradicional. Os
hubs são concentradores, responsáveis por centralizar a distribuição de quadros de dados,
replicando, em todas suas portas, as informações recebidas pelas máquinas da rede. Ao contrário do hub, o comutador envia os quadros de dados somente para a porta de destino do quadro. Por outro lado, com o uso de comutadores, mais de uma comunicação pode ser estabelecida simultaneamente desde que as comunicações não envolvam portas de origem ou destino que já estejam sendo usadas em outra comunicação.
Hoje, fala-se em Ethernet industrial com diferenciação de tráfego, sustentada sobre a base da eliminação das colisões com o uso da Ethernet comutada e a previsão no enfileiramento com o emprego de mecanismos de qualidade de serviço especificados em IEEE 802.1q e IEEE 802.1d, os quais são fundamentados na diferenciação de tráfego e no escalonamento de prioridades. Estudos nesta área permitem concluir que a Ethernet comutada em conjunto com o uso de mecanismos de diferenciação de tráfego apresenta-se como uma tecnologia bastante promissora para sistema de tempo real em ambientes de automação industrial [74].
Outro aspecto a ser considerado diz respeito aos atrasos e preparativos de gestão introduzidos pelo protocolo TCP/IP, pois o TCP é um protocolo orientado à conexão confiável, que garante a entrega de grandes blocos de dados, e isto tem um preço, justamente, a introdução de atrasos. Contudo, outro protocolo que pode ser utilizado na camada de transporte é o UDP, que foi projetado para ser mais rápido do que o TCP, entretanto, é um protocolo não orientado à conexão. O conjunto de protocolos TCP/IP está se tornando um padrão para realizar as comunicações entre diferentes dispositivos, isso porque as redes baseadas nos protocolos TCP/IP têm o potencial necessário para satisfazer as novas necessidades de integração entre diferentes equipamentos que constituem uma rede. O TCP/ IP tem ainda algumas barreiras para se tornar um padrão, uma delas é a falta de determinismo. Porém, pelo fato do aumento da velocidade dos computadores e a crescente expansão da velocidade de comunicação das redes TCP/IP, não demorará muito tempo para que essas barreiras sejam superadas e o protocolo TCP/IP se torne um padrão de comunicação predominante em aplicações de instrumentação distribuída.
Conclui-se que o emprego da arquitetura Ethernet-TCP/IP na automação industrial pode não possuir determinismo para aplicações que precisem de um tempo de resposta rigoroso. No entanto, um investimento com a finalidade de implementar um ou vários comutadores pode melhorar em muito o desempenho do sistema.
Provavelmente, a característica mais importante da arquitetura Ethernet–TCP/IP seja sua capacidade de formar sistemas abertos e sua capacidade de integração com a Internet, o que motiva seu emprego no presente trabalho.