Referências
Forouzan, Behrouz A. Comunicacao de dados e redes de computadores.
São Paulo: McGraw-Hill, 2008. 1133p. ISBN 978-86804-88-5. Disponível em:
http://iit.qau.edu.pk/books/Data%20Communications%20and%20Networking%20By%20 Behrouz%20A.Forouzan.pdf. Acesso em 02/2014.
Tanenbaum, Andrew S. Redes de computadores. Rio de Janeiro: CAMPUS, 2003. 923p. ISBN 85-352-0157-2
Comer, Douglas E. Redes de computadores e internet. Porto Alegre: BOOKMAN, 2007. 632p. ISBN 978-85-60031-36-8
Wikipedia. http://www.wikipedia.org
Zarki, Magda El. http://www.ics.uci.edu/~magda/Courses/
Projetos de Padronização de redes industriais
Alguns padrões para
redes industriais
:
-
Projeto IEEE 802
-
Projeto FIELDBUS
-
Projeto MAP (MAP/EPA e MINI-MAP)
-
Projeto PROWAY
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.
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
Projeto MAP
- Manufacturing Automation Protocol: iniciativa da GM (1980),
com a finalidade de definir rede voltada para automação da manufatura (baseada no Reference Model(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
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.
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.
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
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.
Os serviços de mensagem industrial (MMS)
MMS: conjunto de serviços de comunicação orientados
para aplicações industriais.
MMS organizado em duas partes:
- Manufacturing Message Services: Serviços;
- Manufacturing Message Specification: Protocolo.
Companion Standards específicos para:
- robôs (RC);
- máquinas de comando numérico (CNC); - sistemas de visão;
- controladores lógicos programáveis (CLP); - sistemas de controle de processos.
Os objetos MMS
Serviços MMS manipulam objetos virtuais.
Usuários dos serviços MMS: Processos de Aplicação
(AP - Application Process).
Comunicação entre dois AP realizada segundo um
modelo Cliente-Servidor.
Objeto básico: Dispositivo Virtual de Manufatura
(VMD, Virtual Manufacturing Device) representa um
equipamento real de produção.
Todo processo de aplicação modelizado no MMS
Os objetos MMS
Objetos Domínios (Domains): permitem reagrupar os programas e
os dados necessários à execução no equipamento considerado.
Objetos Invocação de Programa (Program Invocation): permitem
execução remota de programas.
Objeto Estação Operador: permite a um operador humano se
comunicar com um equipamento de produção.
Objetos Semáforos: permitem gerenciar a sincronização de
processos e o acesso concorrente a recursos.
Objetos Condição de Evento, Ação de Evento e Inscrição de
Evento: detecção e o tratamento de eventos.
Objetos Variáveis: leitura e escrita de variáveis remotas. Objetos Jornais: produção de relatórios de produção.
Os objetos
MMS
...
Função Executiva...
...
VMD Objetos MMS Estação Operador 1 Estação Operador NServiços MMS
84 Serviços distribuídos em 9 Classes:
Gestão de Contexto
iniciação, liberação, abandono e rejeição de conexão com
outro usuário MMS Gestão de Domínio
transferência de informações (códigos e dados) para serem
carregados num domínio de forma dinâmica: as seqüências DownLoad e UpLoad são atividades que permitem gerenciar as transferências entre Cliente e Servidor
Gestão de Programas
permitem que um usuário Cliente MMS gerencie a
execução remota de programas num usuário Servidor Acesso a Variáveis
Serviços MMS
Gestão de Semáforos
sincronização e controle do acesso aos recursos de um
VMD
Estação Operador
entrada e saída de informações via estações de operador
Gestão de Eventos
definição e tratamento de eventos via serviços MMS
Gestão de VMD
oferece serviços de VMD (informações sobre os objetos)
Gestão de Jornal
salvamento de informações de estado de um VMD,
particularmente no que diz respeito à ocorrência de eventos e à afetação de variáveis.
Gestão de Contexto Initiate Conclude Abort* Cancel Reject* iniciação, liberação, abandono e rejeição de conexão com outro usuário MMS Gestão de VMD Status UnsolicitedStatus* GetNameList Identify Rename oferece serviços de VMD, particularmente informações sobre os objetos Gestão de Domínio InitiateDownLoadSequence DownLoadSegment TerminateDownLoadSequence InitiateUpLoadSequence UpLoadSegment TerminateUpLoadSequence RequestDomainDownLoad RequestDomainUpLoad LoadDomainContent StoreDomainContent DeleteDomain GetDomainAttribute DomainFile permitem transferir informações, tais como códigos e dados de programa, para serem carregados num domínio de forma dinâmica: as seqüências DownLoad e UpLoad são atividades que permitem gerenciar as transferências entre Cliente e Servidor Gestão de Programas CreateProgramInvocation DeleteProgramInvocation Start Stop Resume Reset Kill GetProgramInvocationAttributes
permitem que um usuário Cliente MMS gerencie a execução remota de programas num usuário Servidor Acesso a Variáveis Read Write InformationReport GetVariableAccessAttributes DeleteNamedVariable DefineScatteredAccessAttributes DeleteVariableAccess DefineNamedVariableList GetNamedVariableListAttributes DeleteNamedVariableList DefineNamedType GetNamedTypeAttributes DeleteNamedType permitem a definição e o acesso às variáveis de um VMD e estabelecer a relação entre as variáveis de um VMD (objetos) e as variáveis real de um equipamento de produção
Classe Primitivas de Serviço Comentários Gestão de Semáforos TakeControl RelinquishControl DefineSemaphore DeleteSemaphore ReportSemaphoreStatus ReportPoolSemaphoreStatus ReportSemaphoreEntryStatus são encarregados da sincronização e do controle do acesso aos recursos de um VMD pelos processos de aplicação Estação Operador Input Output
controlam a entrada e saída de informações via estações de operador Gestão de Eventos DefineEventCondition DeleteEventCondition GetEventConditionAttribute ReportEventConditionStatus AlterEventConditionMonitoring TriggerEvent DefineEventAction DeleteEventAction GetEventActionAttributes ReportEventActionStatus DefineEventEnrollment DeleteEventEnrollment GetEventEnrollment ReportEventEnrollment AlterEventEnrollment EventNotification* AcknowledgeEventNotification GetAlarmSummary GetAlarmEnrollmentSummary AttachToEventModifier permitem a definição e o tratamento de eventos via serviços MMS. A possibilidade de associar a execução de um serviço MMS àocorrência de um evento é um aspecto interessante, implementado pelo Modificador AttachToEvent Gestão de Jornal ReadJournal WriteJournal InitializeJournal ReportJournalStatus permitem o salvamento de informações sobre a execução de um VMD, particularmente no que diz respeito à
ocorrência de eventos e à afetação de variáveis.
Redes IBM
- A IBM oferece uma série de soluções para a interconexão
de equipamentos de chão de fábrica, incluindo, entre outros:
- Redes compatíveis com o modelo OSI, tais como MAP
- Rede Token-Ring (IEEE 802.5) - Rede Token-Bus (IEEE 802.4)
- Diversos softwares para redes (NetBios, PC-LAN, LAN-Server, etc.)
- Redes baseadas em uma arquitetura própria denominada SNA (Systems Network Architecture)
A proposta FIP
(Factory Instrumentation Protocol)
Introdução:
FIP elaborado por um conjunto de empresas
européias (principalmente francesas), órgãos do
governo francês e centros de pesquisa.
Criadores conglomerados em torno do chamado
“Club FIP” (http://www.worldfip.org).
Procurou levar em consideração as restrições de
tempo real impostas por aplicações de chão de
fábrica.
A camada Física do FIP
Meios de transmissão: fibra ótica ou par trançado.
Par trançado: previstas três velocidades de transmissão:
- S1: 31.25 Kbps (segurança intrínseca) - S2: 1 Mbps (padrão)
- S3: 2.5 Mbps (processos de elevada dinâmica)
Fibra ótica: velocidade de 5 Mbps.
Bits codificados segundo o código Manchester, que permite o
envio simultâneo do sinal de sincronização e dos dados.
Suporta segmentos com comprimento de até 2000 m e até 256
A camada de Enlace do FIP
Método de acesso ao meio baseado na difusão ("Broadcasting"). A difusão é organizada por uma entidade centralizada denominada
"árbitro de barramento".
Dados representados por objetos (variáveis).
Cada objeto é representado por um "nome" único no sistema.
Cada objeto é elaborado por um único transmissor (produtor) e lido
por qualquer número de receptores (consumidores).
A comunicação transcorre da seguinte forma:
- árbitro difunde na rede o nome da variável (objeto) a ser transmitida;
- O produtor da variável difunde a informação ligada ao identificador;
- todos os consumidores interessados lêem a variável difundida.
A camada de Enlace do FIP
A varredura das variáveis periódicas é feita a partir de uma lista
implementada no árbitro na inicialização.
A transmissão de mensagens não periódicas é feita conforme a
norma IEEE 802.2, LLC tipos 1 e 3.
Árbitro C P C ID_DAT Árbitro C P C RP_DAT
Formato do quadro do FIP
PRE: preâmbulo, utilizado para sincronização. FSD/FED: delimitadores de início e fim de quadro.
EB: Bits de equalização, operam como bits de interface entre os
delimitadores e os dados codificados em Manchester.
DFS (Data Frame Sequence):
- Controle: tipo de quadro (quadro de identificação de informação ou de envio de informação).
- Dados: contém endereço lógico ou valor de uma variável, mensagem, reconhecimento ou lista de identificadores.
- FCS: controle de erros com técnica polinomial (polinômio gerador proposto pela CCITT).
PRE FSD EB DFS EB FED EB
FSS FES
FSS — Frame Start Sequence FES — Frame End Sequence
Serviços oferecidos pela camada de enlace FIP
Classe Primitiva Comentários
Atualização cíclica de dados L_PUT.req/cnf L_SENT.ind L_GET.req/cnf L_RECEIVED.ind atualiza dados sinaliza envio busca de dados sinaliza recepção Atualização não
periódica de dados L_PARAM.req/cnf requisita dados Transmissão de
mensagem com ACK L_MESSAGE_ACK.req/ind/cnf c/ reconhecimento Transmissão de
A Camada de Aplicação do FIP
- FIP adota sub-conjunto do MMS para aplicações não
críticas no tempo.
- Para aplicações críticas no tempo, adota família de serviços
MPS ("Message Periodic/Aperiodic Services").
Classe Primitiva de serviço Comentários
Leitura de variáveis A_READ.req/cnf A_READFAR.ind
lê nomes de variáveis, estruturas, status, valores Escrita de variáveis A_WRITE.req/cnf
A_WRITEFAR.ind
escreve especificação, valor, status Leitura do tipo de variável A_GETOBJECT_DESCRIPTION.req/cnf lê especificação Acesso à listas de variáveis A_READLIST.req/cnf A_WRITELIST.req/cnf lê e escreve atributos, valores Serviços de sincronização A_SEND.ind A_RECEIVE.ind
Funções De Gerenciamento da Rede no FIP
O projeto FIP definiu uma série de funções
de gerenciamento de rede:
Definição e atualização das listas de objetos;
Definição e atualização das tabelas de
varredura;
Gerenciamento das operações de partida e
parada;
A Proposta ISA SP-50
Introdução:
Proposta iniciada pela ISA (Instrumentation Society of
America), pelo comitê "Standards and Practices 50".
Hoje em elaboração pela ISA e IEC para definir padrão
mundial para Fieldbus.
Trabalhos de padronização ainda em andamento.
Fieldbus Foudation: suporte aos usuários e fabricantes
(interoperabilidade, conformidade, etc).
A Camada Física Do ISA-SP50
Camada física compõe-se de três
subcamadas:
-
DIS (data Independent Sublayer): interface com
camada de enlace (DTE);
-
MDS (Medium Dependent Sublayer): codifica
dados para formato compatível com o meio
físico.
Especificação
para
par
trançado:
codificação Manchester bifásica;
-
MAU (Medium Attachment Unit): descreve o
A Camada Física Do ISA-SP50
DIS
(Da ta Independent Sub la yer) MDS
(Medium Dep end ent Sublayer) MAU
(Medium Atta chment Unit)
Camada de Enlace
A Camada Física Do ISA-SP50
- Tipos de meio:
Meio H1 (áreas de segurança intrínseca):
Par trançado
Taxa de transmissão de 31,25 Kbps
Até 32 estações se meio não é utilizado para a
alimentação dos dispositivos de campo ou 6 estações com alimentação pelo fio
Topologias barramento, árvore e estrela; Distância até 1900m sem repetidores Até 4 repetidores
A Camada Física Do ISA-SP50
Meio H2 (aplicações de alta velocidade):
Par trançado.
Taxa de transmissão de 1 Mbps ou 2,5 Mbps. Topologia em barramento e estrela.
Distância máxima de 750 m para 1 Mbps e 500m para
2,5 Mbps, 30 estações (sem repetidores). Propostas alternativas:
Fibra ótica.
A Camada De Enlace Do ISA - SP50
Classes de serviços:
- Serviços de gerenciamento de Buffers e filas: permitem alocar
buffers e filas para a transferência de dados;
- Serviços de transferência de dados com conexão;
- Serviços de transferência de dados sem conexão: úteis no
envio de telegramas de difusão (multicast e broadcast);
- Serviços de escalonamento de transações: permitem
programar o LAS, definindo a seqüência de passagem de token.
A camada de Enlace do ISA - SP50
Classes de funções para estações:- Responder: estação só transmite dados em resposta a uma
solicitação (estação "escrava");
- Initiator: estação pode se apoderar do direito de acesso ao
meio (token), podendo enviar e requisitar dados a outras estações por iniciativa própria;
- Linkmaster: estação pode exercer o papel de escalonador de
enlace, administrando o token e gerenciando o tempo interno do sistema;
- Bridge: estação capaz de interligar entidades de enlace diferentes;
A camada de Enlace do ISA - SP50
Se há mais de um "Linkmaster" no sistema, estes disputam entre si
na inicialização o papel de escalonador de enlace.
A estação vencedora é chamada LAS (Link Active Scheduler). Existem três tipos de token:
- Token de escalonamento: disputado na inicialização por todas as estações Linkmaster, define a estação LAS.
- Token circulado: distribuído pela estação LAS às demais estações com funcionalidade de Initiator ou Linkmaster, que formam um anel lógico.
- Token delegado: enviado pela estação LAS a uma estação qualquer por solicitação desta ou para atender às necessidades de um serviço de comunicação escalonado pela LAS.
A Camada De Enlace Do ISA -
SP50
Token de Escalona mento Token Delegado
Token Cir culado
LM LM LM LAS Estação qua lquer
A Camada De Enlace Do ISA - SP50
Formas de acesso ao meio:
Token passing: segue seqüência predefinida na
qual o token sempre é recebido da LAS por um
“Initiator” e devolvido a ela após uso do meio.
Resposta imediata: um “Initiator” ou o LAS
solicita um dado a um “Responder”, que emite
um frame em resposta (relação mestre-escravo).
Requisição de token: uma estação envia um
pedido de token embutido em uma mensagem
qualquer. O LAS delega o token a ela quando tem
tempo disponível. Após o uso, token é devolvido
a LAS.
A Camada De Enlace Do ISA - SP50
Modelos de comunicação suportados:
Peer-to-Peer (P2P): pressupõe que cada estação na rede possui capacidades e responsabilidades equivalentes (isto difere do modelo cliente/servidor, no qual algumas
estações são dedicadas a prestar serviços às demais).
Neste modelo, cada frame contém o endereço do emissor e do(s) receptor(es). A comunicação envolve 1 emissor e 1 ou mais receptores.
Produtor / consumidor: frame gerado pelo produtor
(gerador de um dado) é difundido para todas as estações (broadcasting) e contém, no campo de endereço, a
identificação de uma variável. Todas as estações interessadas (consumidoras) podem ler o frame.
A Camada De Enlace Do ISA - SP50
Camada de Enlace subdividida em quatro subcamadas:
- Subcamada de acesso a Enlace: interface com a camada física, gerencia token e serviços de resposta imediata;
- Subcamada de escalonamento de Enlace: faz escalonamento de atividades da entidade de enlace. Mais complexa em estações Linkmaster (podem assumir a
função de LAS);
- Subcamada de gerenciamento de conexões: estabelece e rompe conexões;
- Subcamada de gerenciamento de Ponte: só existe em estações tipo Bridge.
A Camada De Enlace Do ISA-SP50
Sub cama da d e Gerenciamento de P onte Sub cama da d e Gerenciamento de
Conexões
Sub cama da d e E scalona mento
Camada de Aplicação
Camada Física
A Camada De Aplicação Do ISA-SP50
Camada de aplicação ainda em discussão.
Procura conjugar MMS, para aplicações sem restrições temporais,
com MPS (serviços tipo READ/WRITE inspirados no FIP) para atender tráfego cíclico e acíclico com requisitos de tempo real "duro".
Camada de aplicação prevê os seguintes serviços:
- MCSE (Message Common Service Element): estabelece e interrompe conexões entre processos de aplicação (Correspondem aos serviços ACSE da ISO).
- IMSE (Industrial Message Service Element): serviços semelhantes aos oferecidos pelo MMS do projeto MAP.
- DDM (Distributed Database Maintenance): Serviços de acesso à bases de dados distribuídas.
Camada Do Usuário Do ISA-SP50
SP-50 define User Layer, situada acima da camada de
aplicação
Oferece serviços adequados a diversos tipos de
aplicações (como "companion standards" do MAP).
Trabalhos atuais: PCUL - Process Control User Layer. Outros trabalhos deverão atender as áreas de:
- automação da manufatura; - controle predial (imótica);
- eletrônica embarcada (automóveis), - aplicações domésticas (domótica), - etc.
Serviços De Gerenciamento De Rede Do ISA-SP50
SP-50 inclui funções de gerenciamento
de rede:
-
Gerenciamento de configuração de rede:
carregamento;
inicialização de endereços;
configuração de comunicação e aplicação;
partida, etc.;
-
Controle de operação: ferramentas de sincronização,
escalonamento, etc.;
-
