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Rede de Sensores Heterogênea

Universidade Estadual de Feira de Santana. Rede de Sensores Heterogênea. Orientador : Paulo César Machado de Abreu Farias Professor do Departamento de Exatas (DEXA). Orientando: Igo Amaurí dos Santos Luz Graduando em Engenharia de Computação. Roteiro. Introdução Objetivos Geral

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Rede de Sensores Heterogênea

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Presentation Transcript

  1. Universidade Estadual de Feira de Santana Rede de Sensores Heterogênea Orientador: Paulo César Machado de Abreu Farias Professor do Departamento de Exatas (DEXA) Orientando: IgoAmaurí dos Santos Luz Graduando em Engenharia de Computação

  2. Roteiro • Introdução • Objetivos • Geral • Específico • Metodologia • Protocolo CAN • Protocolo USB • Protocolo Zigbee • Referências

  3. Introdução • Sensores • Dispositivos utilizados para monitorar determinado fenômeno • Rede de Sensores • Conjunto de sensores interconectados • Trabalho colaborativo • Fatores que influenciam • Protocolos • Tolerância a falhas, erros • Limitação do hardware • Custos • Topologia da rede • Ambiente de operação

  4. Introdução Retirada do site: http://pplware.sapo.pt/software/redes/rede-de-sensores-sem-fios-conhece-esta-tecnologia/ • Áreas de Aplicações • Engenharia • Militar • Saúde • Automobilística

  5. Introdução • Protocolo CAN • Surgimento na década de oitenta na industria automobilistica • Padronizada pela resolução ISSO 11898 • Protocolo ZigBee • Transmissão wirelles • Surge com o intuito de proporcionar redes sem fio dinâmicas, simples e de baixo custo • Protocolo USB

  6. Objetivos • Geral • Desenvolver uma rede de sensores baseada no protocolo CAN • Específicos • Desenvolver o software embarcado em C para a comunicação CAN • Desenvolver um conversor entre os protocolos CAN e USB • Desenvolver um conversor entre os protocolos CAN e Zigbee • Realização de testes

  7. Metodologia • Ferramenta de desenvolvimento • MPLAB IDE • C18 • Microcontroladores da família Microchip PIC • PIC18F4550 • PIC18F2680 • Conversor de sinal • MCP2515 • MAX 232 • Rádio • Zigbee

  8. Metodologia • Primeira fase • Domínio acerca da comunicação CAN utilizando o PIC18F2680 • Segunda fase • Conversão CAN/USB através da utilização do PIC18F4550 e MCP2515 • Terceira Fase • Conversão CAN/Zigbee

  9. Protocolo CAN • Protocolo CAN • Robusto • Baixo consumo de energia • Utilização do conceito de dominância de bit • Prioridades de mensagens • Detecção e Tolerância a falha • Identifica o recebimento da mensagem • Permite múltiplos acessos ao barramento • Definida pelas mensagens não pelos nodos • Permite inserção de novos nodos com a rede em operação

  10. Protocolo CAN • Três tipos de redes CAN • Relação do comprimento do cabo e da taxa de transferência

  11. Protocolo CAN Relação do comprimento do cabo e da taxa de transferência

  12. Protocolo CAN • Camadas CAN – Modelo OSI

  13. Protocolo CAN • Camada Física • Responsável por tratar a forma como a comunicação é efetuada, ou seja, como os bits trafegam pelo barramento • Conceito de Dominância de bit • Bit recessivo e bit dominante • Bit dominante inibe o recessivo • Define uma forma de transmissão ao qual esta relacionada com a diferença de tensão entre dois fios • CAN_H (high) e CAN_L(low).

  14. Protocolo CAN • Cama física • Dominância de bit garante a robustez da comunicação

  15. Protocolo CAN Camada Física

  16. Protocolo CAN • Camada de enlace • 2.0 A e 2.0 B. • Diferença básica entre as versões: • quantidade de bits destinada à identificação da mensagem: • versão A são 11 bits • versão B são 29 bits

  17. Protocolo CAN • Camada de enlace • SOF – start of frame • Arbitration – arbitragem • Control – define tamanho da mensagem • Data fiel – a mensagem • CRC field – integridade • Ack – se o destinatário recebeu • EOF – endof frame

  18. Protocolo USB • Protocolo USB • Suporta a comunicação entre computadores e periféricos • Proporciona plugand play de forma rápida e com baixo custo • Barramento Master/Slave • Master – USB Host • Slave – Periférico • Suporta taxas de 12 Mbps, 1,5 Mbps e até 480 Mbps na versão 2.0

  19. Protocolo ZigBee • Protocolo ZigBee • Baseado no padrão IEEE 802.15.4 • Dispositivos com baixo processamento • Segurança nos dados • Baixo consumo de energia • Transmissão e recepção inativas por quase 99% do tempo • Operação half-duplex • Topologias • Estrela e peer-to-peer • Aplicações • Sensores sem fio, Controle industrial, Leitura de medidores

  20. Protocolo ZigBee Comparação com outras tecnologias sem fio

  21. Protocolo ZigBee Camadas OSI – Pilha Zigbee

  22. Protocolo ZigBee • Operam com dois tipos de nós • Function Device (FFD), dispositivo de função completa • Reduced Function Device (RFD), dispositivo de função reduzida • Possui um sistema de anti-colisão • Carrier Sense Multiple Access-Colision Avoidence (CSMA-CA) • Sistema de anti-colisão com sensor de portadora com múltiplos acessos

  23. Protocolo ZigBee Topologias

  24. Zigbee coordinator • Dispositivo FFD • Controle da rede • Zigbee router • FFD ou RFD • Nó normal da rede • Efetua comunicação entre dois nós da rede sem a necessidade de passar pelo coordinator • Zigbee endpoint • FFD ou RFD • Comunica-se apenas com a rede

  25. Referências BARBOSA, L. R. G. Rede CAN. In: Escola de Engenharia da UFMG. Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2003. BOSCH, R. CAN Specification Version 2.0. Stuttgart, 1991. FARIAS, P. C. M. A. Projeto Neutrinos Angra - Sistema de Controle e Monitoramento de Alta-Tensão. 2009. Projeto aprovado pela Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação da Universidade Estadual de Feira de Santana, 2009. FERREIRA, E. H. C. Automação residencial utilizando protocolo CAN. 2009. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Paraná, 2009.

  26. Referências Gervini, A. I.; Corrêa, E. F.; Carro, L.; Wagner, F. R. Avaliação de Desempenho, Área e Potência de Mecanismos de Comunicação em Sistemas Embarcados. In XXX Seminário Integrado de Software e Hardware. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2003. MALAFAYA, H.; TOMÁS, L.; SOUSA, J. P. Sensoriação sem fios sobre zigbee e IEEE 802.15.2. In: Terceiras Jornadas de Engenharia Electrônica e Telecomunicações e de Computadores. Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. Lisboa, Portugal, 2005.

  27. Referências MONSIGNORE, F. Sensoriamento de ambiente utilizando o protocolo Zigbee. 2007. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 2007. Richards, P. A CAN Physical Layer Discussion. Microchip TechnologyIncorporated, 2002. SOUSA, R. V.; INAMASU, R. Y.; NETO, A. T. CAN (ControllerArea Network): Um Padrão Internacional de Comunicação de Transdutores Inteligentes para Máquinas Agrícolas. Embrapa Circular Tecnica, São Carlos – SP, v. 12, 2001.

  28. Referências SYLLA, IbounTaimiya. To ZigBee or Not to ZigBee?. Texas Instruments. 2009. Disponível em: http://www.embedded-systems.com/design/networking/215900325. Acessadoem 27/07/2010. ZigBee Alliance. Zigbee specification. Technical report, June 2005 ZIOUVA, E.; Antonakopoulos, T. CSMA/CA performance under high traffic conditions: throughput and delay analysis. Computer Communications, Volume 25, 2002.

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