Estratégias para uso de redes industriais sem fio do tipo TSCH em aplicações de mobilidade

Abstract

A utilização de redes sem fio para aplicações industriais surge como uma alternativa para os sistemas cabeados por apresentarem características como flexibilidade de ampliação ou atualização de dispositivos na rede e facilidade de instalação e manutenção. Protocolos de comunicação para redes sem fio industriais, como WirelessHART, foram desenvolvidos para atender a requisitos de operação do setor industrial garantindo entrega de mensagens em tempo real, segurança e confiabilidade. O protocolo WirelessHART foi desenvolvido para atender aplicações de automação de processos, onde as variáveis do processo são alteradas de forma lenta. Quando inseridos elementos de alta dinamicidade, como a presença de dispositivos móveis ou intermitentes, como nos processos de automação fabril, há um impacto negativo no desempenho destas redes devido à rápida mudança de topologia que não é prevista neste protocolo, e que resultam na redução da taxa de sucesso de transmissões. Dentro deste contexto, este trabalho apresenta a análise dos requisitos e a implementação de dispositivos móveis ou intermitentes e gerenciadores de rede em conformidade com a técnica TSCH (Time Synchronized Channel Hopping), como a empregada no WirelessHART. São propostas modificações em procedimentos do protocolo utilizado como base, visando fornecer o suporte a dispositivos móveis que incluem técnicas para agilizar o processo de conexão e desconexão e manter a conectividade do dispositivo enquanto ele se movimenta pela área de cobertura da rede. Os resultados revelam a viabilidade das técnicas propostas, porém, em detrimento de algumas características fundamentais, tais como segurança e baixo consumo de energia. Para mitigar os problemas gerados, são apresentadas propostas a serem implementadas em trabalhos futuros.

The use of wireless networks for industrial applications appears as an alternative for wired systems due to its characteristics such as flexibility to add or remove devices on the network and ease of maintenance and installation. Communication protocols for industrial wireless networks, such as WirelessHART, were developed to meet the operating requirements of the industrial sector ensuring real-time communications, security and reliability. The WirelessHART protocol was developed to operate in process automation applications, where process variables are changed slowly. When high dynamics elements are inserted in these networks, such as the presence of mobile or intermittent devices, as seen in factory automation processes, there is a negative impact on the performance of these networks due to the fast topology change that is not supported in this protocol, resulting in the reduction of success rate of transmissions. In this context, this work presents the analysis of requirements and the implementation of mobile or intermittent devices and network managers in accordance with the TSCH (Time Synchronized Channel Hopping) technique, which is used in WirelessHART. Modifications to the procedures of the protocol used as a basis are proposed, aiming to provide support for mobile devices including techniques to reduce time in processes as connection and disconnection and maintain the connectivity of the device while it moves through the network coverage area. The results show the feasibility of the proposed techniques, however, to the detriment of some fundamental characteristics, such as safety and low energy consumption. In order to mitigate the problems generated, proposals are presented to be implemented in future works.