Unidade Curricular: Redes Industriais Área Científica: Automação Industrial
Curso / Ciclo: Engenharia Electrotécnica – 1.º Ciclo Docente Responsável: Bruno Filipe Lopes Garcia Marques
Ano Regime Tipo
3º Semestral Obrigatória
Código ECTS Créditos ECTS
IPV.EST.9109.851 5
Volume de Trabalho Total (horas): 132 Total Horas de Contacto: 58,5
T TP P
19,5 39
Competências
Pretende-se que os alunos no final da frequência à disciplina de Redes Industriais adquiram as seguintes competências:
Conhecer métodos de comunicação entre sistemas.
Conhecer todo o contexto de uma rede de comunicação de dados em ambiente de escritório e em ambiente industrial, nomeadamente:
Conhecer os diferentes protocolos utilizados; saber desenhar, instalar e manter uma rede.
Saber prever e corrigir erros comuns numa rede (quer na fase de especificação/ implementação, quer na fase de gestão).
Conhecer os conceitos básicos associados à segurança da informação.
Requisitos prévios Não Aplicável
Descrição dos conteúdos
Parte 1 Redes Ethernet, TCP/IP
1. Introdução à comunicação de dados 1.1. Comunicação de dados
1.2. Transmissão, recepção e canais de comunicação 1.2.1. Interfaces normalizadas
1.2.2. Codificação 1.2.3. Protocolos
1.2.4. Alguns protocolos de comunicação mais utilizados 1.3. Tipos de canais de comunicação
1.3.1. Canais analógicos de comunicação 1.4. Propriedades dos canais de comunicação
1.4.2. Largura de banda 1.4.3. Ruído
1.5. Modos de transmissão do sinal 1.5.1. Direcção do fluxo do sinal
1.5.2. Sincronização dos sinais digitais de dados 1.5.3. Transmissão assíncrona
1.5.4. Transmissão síncrona 1.6. Métodos de codificação 1.7. Detecção de erros
1.7.1. Verificação de redundância cíclica (CRC) 2. Fundamentos de redes
2.1. Introdução
2.2. Comunicação em rede
2.2.1. Comutação de circuitos 2.2.2. Comutação de pacotes
2.2.3. Datagramas e circuitos virtuais 2.3. Tipos de redes
2.3.1. Redes de área local (LAN) 2.3.2. Redes de área alargada (WAN) 2.3.3. Redes metropolotanas (MAN) 2.3.4. Redes privadas virtuais (VPN)
2.4. O modelo aberto de interligação de sistemas 2.4.1. Sistemas abertos e sistemas fechados 2.4.2. O modelo de referência OSI
2.4.3. Serviços das camadas OSI 2.4.4. A camada de aplicação 2.4.5. A camada de apresentação 2.4.6. A camada de sessão 2.4.7. A camada de transporte 2.4.8. A camada de rede
2.4.9. A camada de ligação de dados 2.4.10. A camada física 2.5. Interligação de redes
2.5.1. Equipamento de interligação de redes 2.5.1.1. Repetidores (repeaters) 2.5.1.2. Concentradores (hubs) 2.5.1.3. Pontes (bridges) 2.5.1.4. Comutadores (switchs)
2.5.1.5. Encaminhadores (routers) 2.6. Topologias de rede
2.6.1. Broadcast e ponto-a-ponto
2.6.2. Topologias lógicas e topologias físicas 2.6.3. Topologia em linha (bus)
2.6.4. Topologia em estrela (star) 2.6.5. Topologia em anel (ring) 2.6.6. Outros tipos de topologia
2.6.6.1. Anel de estrelas 2.6.6.2. Estrelas distribuídas 2.6.6.3. Malha (mesh) 2.6.6.4. Árvore (tree) 2.7. Métodos de acesso ao meio
2.7.1. Sistemas de contenção
2.7.2. Passagem de testemunho (token) 2.7.3. Polling 3. Redes Ethernet 3.1. Ethernet 3.1.1. Ethernet 10 Mbps 3.1.1.1. Sistemas 3.1.1.2. Métodos de sinalização
3.1.1.3. Controlo de acesso ao meio (MAC) 3.1.1.4. Envio de tramas
3.1.1.5. Recepção de tramas 3.1.1.6. Colisões
3.1.1.7. O formato de uma trama MAC
3.1.1.8. Diferenças entre tramas IEEE 802.3 e tramas Ethernet 3.1.1.9. Redução de colisões 3.1.1.10. Regras de desenho 3.1.2. Fast Ethernet 3.1.3. Gigabit Ethernet 3.2. Protocolos da Internet 3.2.1. Visão geral 3.2.2. IP versão 4 (IPv4) 3.2.3. IP versão 6 (IPv6) 3.2.4. ARP 3.2.5. RARP 3.2.6. ICMP
3.2.7. Encaminhamento 3.2.8. IGP
3.2.9. EGP
3.3. Protocolos da camada de transporte 3.3.1. TCP
3.3.2. UDP
3.4. Protocolos da camada de aplicação 3.4.1. Introdução
3.4.2. FTP (file transfer protocol)
3.4.3. TELNET (telecommunications network) 3.4.4. DNS (domain name system)
3.4.5. 3.4.8 SMTP (simple mail transfer protocol) 3.4.6. 3.4.9 POP (post office protocol)
3.4.7. 3.4.10 BOOTP (bootstrap protocol) 3.4.8. 3.4.11 DHCP (dynamic host configuration) 3.5. A Internet
3.5.1. A world wide web (WWW) 3.5.2. Introdução ao HTML 3.5.3. HTTP
3.5.4. JAVA 3.5.5. XML
3.5.6. Aplicações Servidoras 4. Considerações sobre segurança
4.1. Questões sobre segurança 4.2. Controlo de acessos a uma rede 4.3. Sistemas de detecção de intrusão 4.4. Gestão da segurança
4.5. Infra-estruturas das chaves públicas
Parte 2 Redes industriais
5. Estudo prático das redes industriais 5.1. Introdução
5.2. Metodologia
5.2.1. Problemas comuns e sua resolução 5.2.2. Metodologia específica
5.2.3. Ruído e blindagens
5.2.3.1. Fontes de ruído eléctrico 5.2.3.2. Ruído no acoplamento eléctrico
5.2.3.3. Blindagem
5.2.3.4. Condutas para cablagem 5.2.3.5. Espaçamento de cabos
5.2.3.6. Requisitos para blindagem de cabos 5.2.3.7. Técnicas de supressão de ruído 5.2.3.8. Filtragem
6. A norma RS-232 (CCITT V.24) 6.1. Elementos mais importantes 6.2. Operação “Half-duplex” 6.3. Limitações 6.4. Resolução de problemas 6.4.1. Introdução 6.4.2. Aproximações típicas 6.4.3. Equipamento de teste 6.4.4. Problemas típicos
7. A norma RS-485 segundo uma visão prática 7.1. A norma RS-485 7.2. Resolução de problemas 7.2.1. RS-484 vs RS-422 7.2.2. Instalação 7.2.3. Problemas de ruído 7.2.4. Equipamento de teste 8. Fibras ópticas 8.1. Introdução
8.1.1. Aplicação das fibras 8.2. Componentes dos cabos de fibras 8.3. Parâmetros dos cabos de fibras 8.4. Tipos de fibras
8.5. Tipos básicos de cabos 8.5.1. Cabos aéreos 8.5.2. Cabos subterrâneos 8.5.3. Cabos subaquáticos
8.5.4. Cabos em interiores de edifícios 8.6. Emenda de fibras
8.6.1. Perdas nas ligações 8.6.2. Emendas nas fibras 8.6.3. Ligadores
8.6.4. Acopladores ópticos
8.7. Organização das emendas e bastidores terminais 8.7.1. Acomodação de emendas
8.7.2. Revestimento das emendas 8.7.3. Terminações de “patch panels” 8.8. Resolução de problemas
8.8.1. Introdução
8.8.2. Aproximação normalizada 8.9. Ferramentas necessárias
8.9.1. Regras de instalação de fibras 8.9.2. Limpeza de ligadores ópticos 8.9.3. Localização de fibras partidas 9. A rede Modbus
9.1. Visão geral
9.2. Estrutura do protocolo 9.3. Códigos das funções
9.4. Problemas comuns e sua resolução 10. A rede Profibus
10.1. Visão geral
10.2. A pilha de comunicação 10.3. O modelo de comunicação
10.4. A relação entre as aplicação dos processos e a comunicação 10.5. Objectos da comunicação
10.6. Desempenho
10.7. Operação do sistema
10.8. Problemas comuns e sua resolução 11. A rede CAN 12. A rede DeviceNet 12.1. Visão geral 12.2. A camada física 12.3. Ligadores 12.4. Cablagem 12.5. Dispositivos de ligação 12.6. Descrição da cablagem 12.7. Alimentação da rede 12.8. Sinalização
12.9. A camada de ligação dos dados 12.10. A camada de aplicação
12.11. Problemas comuns e sua resolução A rede AS-Interface
12.12. Visão geral 12.13. A camada física
12.14. A camada de ligação de dados 12.15. Características principais
12.16. Problemas comuns e sua resolução 13. A rede Industrial Ethernet
13.1. Introdução
13.2. Cablagem e ligadores
13.3. Operação determinística vs estocástica 13.4. Tamanho e “overhead” da trama Ethernet 13.5. Ruído e interferências
13.6. Segmentação da rede 13.7. Tecnologia de comutação 13.8. Electrónica activa
13.9. Sistemas industriais TCP/IP
13.10. Arquitecturas industriais Ethernet para alta disponibilidade 13.11. Regras no desenvolvimento de redes Ethernet
13.12. Comprimento dos cabos em cada segmento
13.13. Comprimento máximo de um cabo num “transceiver” 13.14. Regras da distribuição de nós
13.15. Caminho máximo de transmissão 13.16. Dimensão máxima da rede 13.17. Regras dos repetidores 13.18. Blindagem do sistema cablado 13.19. Problemas comuns e sua resolução
13.19.1. Introdução
13.19.2. Falhas e problemas comuns
13.19.3. Ferramentas de diagnóstico e de reparação 13.19.4. Multímetros
13.19.5. Testadores portáteis de cabos 13.19.6. Testadores de fibras
13.19.7. Geradores de tráfego 13.19.8. Provas RMON
13.19.9. Analisadores portáteis de tramas 13.19.10. Software de análise de protocolos
13.19.12. Utilidades TCP/IP
13.19.13. Problemas em redes comutadas 13.19.14. Problemas em redes Fast Ethernet 13.19.15. Problemas em redes Gigabit Ethernet 13.19.16. Problemas típicos da na camada de rede 13.19.17. Problemas típicos da na camada de transporte 14. Introdução
14.1. Componentes de uma ligação rádio
14.2. O espectro rádio e a alocação de frequências 14.3. Modems de rádio
14.3.1. Modos
14.3.2. Características
14.4. Intermodulação e como a evitar 14.5. Implementação de uma ligação rádio 14.6. Perfil do caminho
14.6.1. Cálculo de perdas no caminho RF (“RF Path Loss”) 14.6.2. Potência de envio / sensibilidade de recepção 14.6.3. “Sinal to Noise Ratio” (SNR) e SINAD
14.6.4. Margem de “fade” 14.6.5. Resumo de cálculos 14.6.6. Outras considerações
14.6.7. Resolução de problemas mais comuns 15. Automatização de processos industriais
15.1. Arquitecturas proprietárias 15.2. A fábrica do futuro
Parte 3 Planeamento e projecto de redes 16. Cablagem estruturada
16.1. Topologias e meios físicos 16.2. Normas de cablagem 16.3. Subsistemas de cablagem 16.4. Especificação de componentes 16.5. Tratamento das blindagens
16.6. Testes e certificação das cablagens 17. Planeamento e projecto de redes
17.1. Introdução 17.2. Metodologia
17.2.2. Planos e análise
17.2.3. Faseamento das actividades 17.3. Análise de requisitos
17.3.1. Definição de objectivos
17.3.2. Levantamento das necessidades 17.3.3. Identificação de condicionantes 18. Planeamento
18.1. Estabelecimento do modelo de funcionamento 18.2. Definição da arquitectura lógica
18.3. Critérios para a definição da arquitectura lógica 18.4. Exemplo de definição da arquitectura lógica 18.5. Caracterização de fluxos individuais
18.6. Caracterização de fluxos agregados 18.7. Dimensionamento das ligações 18.8. Exemplo de dimensionamento 18.9. Outros aspectos do planeamento 19. Projecto 19.1. Ambiente de projecto 19.2. Especificações 19.3. Instalação e verificação 19.4. Anexos 19.5. Medições 19.6. Desenhos 19.7. Orçamento 19.8. Assistência ao projecto 19.9. Testes e ensaios Parte 4 Gestão de redes 19.10. Gestão de redes 19.11. Introdução
Métodos de ensino e aprendizagem
Aulas teóricas: exposição audio-visual dos assuntos a tratar.
Aulas teórico-práticas: exposição audio-visual, complementares às aulas teóricas e acompanhadas pela apresentação e discussão de casos de estudo.
Modo de avaliação
Alunos Normais e Alunos Trabalhador-Estudante:
Frequência: prova sem consulta, com a duração de 2 horas; Exame: prova sem consulta, com a duração de 2 horas;
Todos os alunos que tiverem nota igual ou superior a 16 valores deverão sujeitar-se a uma
avaliação oral para defesa da referida nota. A nota poderá baixar conforme o desempenho prestado na prova oral.
Bibliografia mais relevante
Steve Mackay, Edwin Wright, John Park, Deon Reynders, “Pratical Industrial Data Networks: Design, Installation and Troubleshooting”, ELSEVIER, 2004, ISBN: 07506 5807X;
Deon Reynders, Edwin Wright, “Practical TCP/IP and Ethernet Networking”, ELSEVIER, 2003, ISBN: 07506 58061;
Edmundo Monteiro e Fernando Boavida, “Engenharia de redes informáticas”, FCA Editora de Informática, ISBN: 972-722-203-X;
ANDREW S. TANENBAUM, "Computer Networks"- Fourth edition, Prentice-Hall International,Inc. ISBN: 0-13-066102-3;
James F. Kurose and Keith W. Ross, “Computer Networking, A Top-Down Approach Featuring the Internet”, Second Edition, Addison Wesley, 2003, ISBN: 85-88639-10-6;
