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Title: Sistema inteligente para auxilio no projeto e instalação de uma rede industrial de sensores sem fio
Authors: Martins, Daniel Lopes
Keywords: Rede de sensores industriais sem fio;Algoritmos genéticos;Otimização multiobjetivo;Alocação de instrumentos
Issue Date: 6-Feb-2017
Citation: MARTINS, Daniel Lopes. Sistema inteligente para auxilio no projeto e instalação de uma rede industrial de sensores sem fio. 2017. 96f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Portuguese Abstract: O avanço da tecnologia nos proporcionou uma melhora significativa nos meios de comunicação. Hoje em dia somos rodeados por dispositivos que a todo o momento estão se comunicando uns com os outros utilizando ondas eletromagnéticas. Dois grandes benefícios desses sistemas são justamente a mobilidade proporcionada por não utilizarem cabos nas suas comunicações e a facilidade de instalação. O mercado industrial percebeu que tais características são bem vantajosas (principalmente em equipamentos móveis e ambientes hostis, corrosivos ou de altas temperaturas) e começou a investir nessa tecnologia com o surgimento de dois protocolos que se destacam por serem protocolos abertos de comunicação sem fio para ambientes industriais: O WirelessHART e o ISA100.11a. O WirelessHART foi desenvolvido pela HART Communication Foundation(HCF) na revisão 7.0 da especificação do protocolo HART e o ISA100.11a foi desenvolvido pela International Society of Automation (ISA) que iniciou a ideia de padronizar os sistemas wireless de comunicação industrial tanto para automação quanto para controle, sendo o ISA100.11a o primeiro padrão desenvolvido. Este Trabalho de tese consiste na busca, através da utilização da técnica de algoritmo genético multiobjetivo, determinar as posições dos instrumentos roteadores de forma que a rede possa se tornar mais robusta no ambiente no qual ele foi instalado. Utilizando um cenário com dimensões similares às encontradas na indústria, mas simplificada à propagação no espaço livre com perdas por esmaecimento, o algoritmo testa duas configurações, uma com os instrumentos alocados possuindo a quantidade mínima determinada por algumas regras descritas na literatura e outra com uma configuração de distribuição que emula um ambiente com algumas zonas de concentração de instrumentos. O trabalho consistiu no desenvolvimento de uma função multiobjetivo no qual o algoritmo aloca roteadores testando diversas posições para as configurações de maneira que os objetivos como a potência de sinal, quantidade de roteadores, quantidade de rotas disjuntas por instrumentos e quantidade de rotas disjuntas entre instrumentos sejam alcançados (minimizados ou maximizados). Cada um desses objetivos afeta os outros, tornando esse problema um problema multiobjetivo. Os resultados obtidos mostram como essa abordagem pode favorecer a construção de redes mais robustas com a criação de rotas primárias e secundárias que afetam menos ou são menos afetadas pela falha de instrumentos na rede sem fio. Como perspectivas, este trabalho abre um caminho para estudos que visam aumentar a confiabilidade para a atuação desses tipos de redes em malhas de monitoramento e de controle. Vários aspectos como latência, consumo de energia, taxa de erros, que não foram abordadas nesse trabalho podem ser foco em próximos trabalhos.
Abstract: The advancement of technology has provided us with a significant improvement in the communication media. Nowadays we are surrounded by devices that are communicating all the time with each other using electromagnetic waves. Two major benefits of these systems are precisely the mobility provided by not using cables in their communications and ease of installation. The industrial market realized that these characteristics are very advantageous (mainly in mobile equipment and hostile environments, corrosive or in high temperatures) and began to invest in this technology with the emergence of two protocols that stand out as being open wireless communication protocols for industrial environments: WirelessHART and ISA100.11a. The WirelessHART was developed by the HART Communication Foundation in revision 7.0 of the HART protocol specification and the ISA100.11a was developed by the International Society of Automation (ISA), which started the idea of standardizing wireless industrial communication systems for both automation and control, With ISA100.11a being the first developed standard. This thesis work consists in the search, through the use of the multiobjective genetic algorithm technique, to determine the positions of the routing instruments so that the network can become as robust as possible in the environment in which it was installed. The algorithm tests two configurations, one with the allocated devices having the minimum quantity determined by some rules described in the literature and the other with a configuration that emulates an environment with some zones of concentration of instruments. The work consisted in the development of a multiobjective function in which the algorithm allocates routers testing different positions for the configurations such as signal strength, number of routers, number of disjoint routes by instruments and number of disjoint routes between instruments can be achieved (minimized or maximized). Each of these goals affects others, making this problem a multiobjective problem. The results show how this approach can favor the construction of more robust networks with the creation of primary and secondary routes that affect less or are less affected by the failure of instruments in the wireless network. As perspectives, this work opens a way for studies that aim to increase the reliability for the performance of these types of networks in monitoring and control meshes. Several aspects such as latency, power consumption, error rate, which were not addressed in this work may be focus in future works.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/25893
Appears in Collections:PPGEE - Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação

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