Conceptos Basicos Redes Ind

CONCEPTOSBASICOSDECONCEPTOSBASICOSDECOMUNICACIONESCOMUNICACIONES

INDUSINDUSTRIALESTRIALES

FabianaFer reira

Laborator iodeElectrnicaIndustr ialDto.deElectrnicaFacultaddeIngeniera

UniversidaddeBuenosAires

CURSOCURSO

2

ndicedelcurso

Utilizacinderedesdecomunicacionesindustr iales

Conclusiones

Protocolosyper filesOSI

Componentesdesistemasdecontrolindustr ialenred

Conceptosbsicosdecomunicacionesinalmbr icasyTCP/IPindustr iales

UTILIZACIONDEREDESDEUTILIZACIONDEREDESDE

COMUNICACIONESCOMUNICACIONESINDUSINDUSTRIALESTRIALES

FabianaFer reira



4

Redindustr ialReddetiemporealutilizadaenunsistemadeproduccinparaconectar

distintosprocesosdeaplicacinconelpropsitodeasegurar laexplotacindelainstalacin(comando,supervisin,mantenimientoygestin)

Sistemadecomunicacinqueproveeserviciosbajorestriccionestemporalesyestconstituidopor protocoloscapacesdegestionar estasrestr icciones Garantizaquelasrestriccionesdetiemposernrespetadasconciertaprobabilidad

AdaptadosalusuarioPredeterminadoServicios

AleatorioDeterminsticoTrfico

PersonasProcesosUsuar io

ReddeempresaRedIndustr ial

generalesSegnaplicacinMtododecomunicacin

NocrticoCrticoTiempoderespuesta

TodoslosusuariosPredeterminadaSimultaneidad

5

Necesidades Unprocesoserealizaendos

estacionesseparadas500m

ParacompletarunlazoPID,serequiereundatodeunsensordistante.

Unsupervisordebecambiarparmetrosdeloscontroladores

Losactuadoresysensoresestndistribuidosencentenasdemetros.

Reddecontroladores

Reddesupervisin

Reddecampo

Reddecampo+controldistr ibuido

CONTROL ACTUADOR PROCESO

MEDICION

SP e

m

VC

A/D

D/AAlgoritmodecontrol

CONTROLADORDIGITAL

Alg.deControl

Alg.decontrol

6

Jerarquaderedes

7

Clasificacinderedes

Reddeceldaoredintermediar ia: Conectaentreslosequiposdecomando

ycontrolpertenecientesaunislotedeproduccin

Equiposconectados:controladores

Reddesaladecomando Transmitealoperadorlosdatos

necesariosparaconducirelprocesoyalprocesoloscambiosdeconsigna,parmetros,etc.emitidosporeloperador

Equiposconectados:PLC,DCS,Robots,CNconsistemasdesupervisin

Reddefbr ica:

Interconectatodoslossectoresyserviciosdeunafabrica:lneasdeproduccin,almacn,controldecalidad,serviciogenerales,ingeniera

Equiposconectados:computadoras

Reddelargadistancia Conectapuntosdeproduccincon

sistemasdesupervisinycontrol

NcleodesistemasSCADA Equiposconectados:RTUs,PCs,

Computadoras

BusdecampooFieldbus:

Redlocalindustrial queconecta dispositivosdecampo conequiposquesoportanprocesosdeaplicacinconnecesidaddeaccederaestosdispositivos

Equiposconectados:Dispositivosdecampo:captadores,actuadores,ElementosHMIEquiposquesoportanprocesosdeaplicacin:controladores(PLC,CPUde

DCS,CN,Robot),Computadoras,SistemasHMI

8

Lasredesindustr ialesenelcontroldeprocesosLasolucintradicional

R e d

C o n t r o l a d o r

T AA TTAT

C o n t r o l a d o r

S u p e r v i s o r

Lasolucindistr ibuida

B u s d e c a m p o

R e d d es u p e r v i s i n

C o n tr o l a d o r

T AA TTAT

C o n tr o l a d o r

S u p e r v i s o r

9

Clasificacindebusesdecampo

FIELDBUS

DEVICEBUS

Tipodedatos

Funciones

Bit Byte Paquetes

SENSORBUS

CtrlLgico

Ctrl.deProcesos

Sensorbus: Informacintransmitidaenbits

Variablesdigitales

Conectancaptadores,actuadores,botoneras,interruptores,etc.conuncontroladorcentral

Funcin:distribuirE/Sdigitales

ASi,FlexIO

Devicebus: Informacintransmitidaenbytes

Variablesdigitalesyalgunasanalgicas

Conectandispositivos,controladores,Pcs.

Funcin:Compartirdispositivosdecampoentrevariosequiposdecontrolycomando.

CAN,DeviceNet,SDS,DWF

Fieldbus: Informacintransmitidaenpalabrasotablas

Variablesanalgicasyalgunasdigitales

Conectandispositivos,controladores,Pcs.

Funcin:Repartirlaaplicacin.

FF, Profibus,WorldFIP,ControlNet

10

Plant

SmartDevice C

ontrolNet

Interbus

S

PROFIBUSDP

Dev

iceN

et

SDS

Sen

soPlex

ASi

Seriplex

Impa

cc

SensorBusDeviceBusFieldBus ControlBus

PROFIBUSFMS

Mod

bus+/D

H+

BlockI/ O

FOUNDATIONFieldbus

WorldFIP

ECHELO

N

PROFIBUSPA

ProcessUnit

BitI/ O

Busesdecampo

11

Histor ia findelos70s Pr imerasRedes

industr ialespropietar ias Entre controladores

PLC(ModbusMODICON),DCS:WPDF(Westinghouse)

Ppararesolverproblemasde heterogeinedad

LAC,FACTOR,MAP

80s:redespropietar iasPLCTelwayUnitelway (Telemecanique),

DataHighway (AllenBradley),Sinec(Siemens),Tiway(Texas)

1982 Secreagrupodetr abajoenFranciaparaobtener unbusindustr ialnico especificacinFIP(Factory

InstrumentationProtocol)

1983ComienzaPNET(Dinamarca) 1984EspecificacinCAN(Controller

AreaNetwork)deBosch 1985 Seformaelgrupo Profibus

(Alemania)

Situacinen1990:diversosprotocolosnocompatibles

Basadosenproductosexistentesoprototipos:MIL1553B,Hart(Rousemount),Bitbus(Intel)

Propuestascompletas:FIP,Profibus.

12

Normalizacin NormasInternacionales

1985 FormacinComits:ISASP50,IECTC65/SC65C

Objetivo:Crearunnicostandardfieldbus

NormasNacionalesEuropeas 1990DS21906(Dinamarca):P

Net 1990DIN194251a3

(Alemania):Profibus 1991AFNOR(Francia):FIP BS(GranBretaa):

FOUNDATION

CENELEC(TC65CX)yCENTC310

Apareceen1996lanormaEN50170compuestapor unconjuntodeper filessincompatibilidadentres: Parte1:PNet

Parte2: Profibus

Parte3:FIP

Parte4:FOUNDATION(BS).Rechazadaen1997

EN50254 HighEfficiency

CommunicationsSubsystemsforsmallDatapackets

Incluye:ASi,Interbus,ProfibusDP,DWF(DeviceWorldFIP)

13

NormasIECFieldbusIECTC65/SC65C/WG6

1993NormaIEC11582CapaFsica 1996IEC611581DraftdeDLL(FIP)Rechazado12/96 3/1998DraftDLLaprobado(similar aISATR50.02par tes3y4) 1999a2000Seterminandeaprobar lasrestantespar tes

IEC611581,Introduction

IEC611582, PhysicalLayer SpecificationandServicedefinition

IEC611583,DataLink ServiceDefinition

IEC611584,DataLink ProtocolSpecification

IEC611585,ApplicationLayer protocolSpecification

IEC61784,ProfileSetsfor Continuosanddiscretemanufactur ing

TiposnormaIEC:

1FOUNDATIONFieldbus

2ControlNet(ControlNet, Ethernet/IP)

3 Profibus(DPyFMS)

4 PNET(multipoint, pointtopoint)

5 FOUNDATIONFieldbusHSE

6SwiftNet(openAL,realTimeAL)

7WorldFIP(MPSy MCS,subsetMMS,partof MPS)

8Interbus(generic,extended, reduced6/2)

14

ConsorciosyorganizacionesProblemasennormalizacin===>especificacionesdedistintosproyectos:

FieldbusFoundation

ISP:InteroperableSystem Project(desaparecido)PTO:ProfibusTradeOrganisation

ODVA:OpenDeviceNetVendor Association

Wor ldFIP.Organisation......Etc.

ASiCANbus

DeviceNet

FIPIO

PNetLonWorks

InterBusS

BACnet

Wor ldFIP

PROFIBUS

FOUNDATIONFieldbus

ControlNetSwiftNet

HART

Modbus

15

Clasificacinpor dominiodeaplicacin

Procesoscontinuos

Gestindeedificios(domtica)

Industr iasmanufactureras

Sistemasembarcados

Transpor tedeenergayfluidos

Sistemasdecomunicacin

16

RequisitosparaunbusdecampoTransmitir datosper idicosantesque

vuelvanaser muestreados

Transmitir datosaper idicosdentrodeuntiempoacotado

Transpor tar pequeospaquetesdeinformacinenuntiempoacotado

Muestrear enformasimultaneayper idicacier tacantidaddeentradas

Indicar silosvaloresadquir idosestndentrodeler ror aceptableparaelintervalodemuestreo(consistenciatemporal)

Proveer mediosparaconocer elordenenqueseprodujeroneventosespordicos

Permitir tr ansmisionespuntoapuntoymultipunto

Resistir inter ferencia,vibraciones,etc.

Bajocostoentodoelciclodevidadelaaplicacin

PROTOCOLOSYPROTOCOLOSY

PERFILESOSIPERFILESOSI

FabianaFer reira



18

ModeloOSI(OpenSystemInterconnectionOpenSystemInterconnection)

ISO 7498 ,1984Esunmodeloparalasnormasdeinterconexinycooperacindesistemas

abiertos.Sistemaabier to comunicacinentre

equiposdetiposy/oconstructoresdiferentes

Reglasdecomunicacinsonpblicas

Presentacin

Sesin

Aplicacin

Transporte

Red

Enlace

Fsica

Presentacin

Sesin

Aplicacin

Transporte

Red

Enlace

FsicaMedioFsico

AP AP

Cadacapacor respondeauntipodeproblema

DosTiposdecapas: Capas1a4:Transporte

delainformacin Capas5a7:Servicios

deacceso

19

Pasajededatosentrecapas

20

CapaFsica(PhL) Aseguralatransmisinde bitsylainterfaseentreelsoportedetransmisinyelDTE Especificalasreglasdefuncionamientoyprocedimientodel circuitodedatos(mecnicas,elctricas,

pticas)

Ej:RS232/RS485/X21

Capasinfer iores

CapaEnlacedeDatos(DLL) Soluciona(detectaycorrige)los erroresdetransmisin generadosenelcircuitodedatos. Establece conexioneslgicas entreentidadesquedeseanintercambiardatos

CapadeRed(NL) Aseguralabsquedadeuncaminoyel encaminamiento delosdatosentrelasestacionesterminales

deunaredmallada. Controldelasubredy ruteo demensajes. Ej.:X25/IP

CapadeTranspor te(TL) Garantizaeldespachoordenadodemensajes(sinerroresniduplicacin)

Cortamensajesmuylargos

Juntalosmensajesfragmentados ISOdefine5clasesdeprotocolosdetransporte

21

Capassuper iores

CapaPresentacin Enmascara(paraentidadesAP)lasparticularidadesdebidasacdigo,sintaxis,o

representacindeinformaciones.

PermitetraducirlosdatosdelaAPaunformatoysintaxisstandard.

CapaSesin(SL) Sincronizayorganizaeldilogoentreabonados. Realizaladelimitacin,reagrupamiento,y sincronizacin dedatosintercambiados

entreentidadespresentacin. Permitealacapapresentacinsuspenderyretomarintercambiosapartirdepuntosde

retoma

CapaAplicacin(AL) OfrecealusuariolosmediosquelepermitenaccederalentornoOSI OfreceserviciosdeintersgeneralatodotipodeAP. ArquitecturadefinidaenISO9545 Diferentesentidadessegncampodeaplicacin(gestin,industrial,documentos,etc.)

22

ArquitecturaIEEE802

Presentacin

Sesin

Aplicacin

Transporte

Red

MAC LLC

Fsica

CapaSuperior

LLC

MAC

PHY

CabledeConexin

ConectoresMEDIO

AdaptacindelmodeloOSIparaLANs.

Dividecapas1,2y3en: Dossubcapas Unacapa

Daelconjuntodenormasparalas3capas

PHY(PhysicalSignallingLayer)

Asegura: Emisin/recepcinde

bits Codificacinde

sealesbinarias Reconocimientode

prambulosydelimitadoresdetrama

Utilizaunphysicalmediumattachmentparaaccederalmedio

Medium AccessControl(MAC)

Reglamentaelaccesoalsopor tedecomunicacin: AccesoAleatorio

(CSMA...) PorConsulta(Token)

Portiempo(TDMA)

LogicalLinkControl(LLC) Ofreceserviciosalusuario:

Emisinyrecepcindetramas

Establecimientoycierredeconexioneslgicas

Deteccindeerroresdesecuenciadetramas

Controldeflujo

23

NormasIEEE802.

24

ArquitecturaOSIpararedesindustr iales

MAC LLC

Fsica

Aplicacin ArquitecturasreducidasdelmodeloOSI:se

cor tocircuitancapas

Capafsica:imprescindible

CapaDLL:imprescindible(MAC)

Capared:slosihay subredes

Capatransporte:sihaycapared

Capasesin:sloparagrancant.deInfo

Capapresentacin:sereemplazaporlaconfiguracin

Capaaplicacin:siempreesnecesaria

Redesindustr iales:Slocapas1,2y7

25

Protocolo

Presentacin

Sesin

Aplicacin

Transporte

Red

Enlace

Fsica

Presentacin

Sesin

Aplicacin

Transporte

Red

Enlace

FsicaMedioFsico

AP AP

Protocolo (denivelN) Conjuntodereglasdecodificacin,cooperacineintercambioentredosomsentidadesdelnivelN

parasuministrarlosserviciosN

Protocolon7

Protocolon6

Protocolon5

Protocolon4

Protocolon3

Protocolon2

Protocolon1

UnidaddedatosdeprotocoloPDU(N)

BloquedeinformacionesintercambiadasentreentredosomsunidadesdenivelN

PDUniveles1y2 tr amas

PDUnivel3 paquetes

PDUnivel>4 Mensajes

PERFILEsunconjuntopreseleccionadode

serviciosyprotocolosorganizadosencapassegn

modeloOSIDosequiposson comunicablessi

tienenigualper fil: todassuscapasofrecenlosmismosserviciosyprotocolos

26

Caracter izacindeRLI

Tamaodelosmensajes

Niveldesegur idadrequer ido

Per iodicidaddela info

Reglasdeemisin

Tipodetransmisin(pto apto?)

Restr iccionestemporales

Criter iosdecaracter izacin

Serviciosaplicativos

Tipodeintercambiodedatos

Aspectosfsicos

DefinicionesparacadaunadelascapasOSI:

Accesoalmedio

CapaEnlace Conosinconexin

TipoACK

EjemplosdeaplicacinRLI

Unprocesoser ealizaendosestacionesseparadas500m

Paracompletar unlazoPID,serequiereundatodeunsensor distante.

Unsupervisor debecambiar parmetrosdeloscontroladores

Losactuadoresysensoresestndistr ibuidosencentenasdemetros.

27

Tiposdecomunicacin

Lasredesentiemporealrequierenlostresmodos

Seaplicanatodaslascapasdelmodelo

Puntoapunto: slodos

entidades Primario/secundari

o, Emisor/receptor,

Pozo/fuente,

Cliente/servidor.

Multipunto Msdedos

entidadesinvolucradas

Difusin Todaslas

entidadesconectadasestninvolucradas

28

ModelosdeCooperacin

Cliente

servidor

Productor consumidor

Formaenquedosomsentidadesdelmismoniveldecidenrealizar losintercambios

Seaplicanatodaslascapasdelmodelo

29

Clienteservidor Elclienteemiteunademandadeservicioalservidor(requisitoriaREQ) Elservidortratalademandayenvaunarespuestaalcliente(respuesta)

Ej:elclientelepidealservidor queenveelvalor deunavar iable

Cliente

Cliente

Serv.

Serv.

EnviardatoA

A=25

30

Clienteservidor

Pros Esunmodelogeneral Implementagrancantidad

deservicios

Permitemecanismosdecontroldelintercambio(ACK)

Contras Eltiempoderespuestanoest

predefinido Nosimultaneidad: Siunservidorrecibedospedidos

dedosclientesdistintoslostrataensecuencia

Siunclientedebedemandarados

servidoreslohaceensecuencia.

31


Modelomultipunto Elproductordeundatoloenvaatodoslos

consumidores Iniciativadeemisin:productor Iniciativadeproduccin:puedeserdebidaauncliente

entrelosconsumidores Eldatocontieneunidentificador

Lecturadevelocidadenunlazocerradoconvariador

PLC

MonitoreoRPM Variador

32


Pros Norequiereindicacindefuenteo

destino

Permitelagestindeltiempo Mecanismodeeliminacindevalores

viejosalllegarlosnuevos

Coherenciatemporal

Contras Soloincluyeserviciode

difusin Eldatoseemiteaunquenose

necesite

Noincluyemecanismosdecontrol

ProductorDistr ibuidorConsumidor (PDC) Trestiposdeprocesos(independientesocoordinados): Productor :producelocalmenteelvalor delobjeto Consumidor :recopia elvalor or iginalenunvalor local Distr ibuidor :desencadenalatr ansferenciaylarecepcin

33

ComparacinCSyPDC

Clienteservidor Implementadiversosservicios

Bipunto

Nosimultaneidad

Variacindelosdatos

Seintercambiasloloqueesnecesario

PDC Sloestdefinidoparadatos

Multipunto

Simultaneidad

Uniformidaddelosdatos

Sepuedenintercambiardatosnonecesarios

34

Master Slave

Maestro

I/ORPM Motor

Maestro

I/ORPM Motor

Maestro

I/ORPM Motor

35

Intercambiodedatos

Cclico Datossedifundenenelbus

segnuntiempoconfigurado(peridico)

puedeserusadoenproductor/consumidor

Mecanismosdescheduling

Por requisitor ia

Acclico Tipoclienteservidor

Dir igidoaeventos Losdatosseemitencuando

haycambiodeestado. Necesitachequeodelade

presenciadelosdispositivos

cada1000mscada250ms

I/O1 I/O2 I/O3cada25ms

Arbitrador

CPU

I/O1 I/O2 I/O3

36

MecanismosdeAcessoalMedio(MAC)

Determinsticos Sesabeexactamente

cuandoletocaacceder acadaestacin pasajedetoken

TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)

Ventaja:

seconocenlostiemposderespuesta

DeAccesoaleatorio Cadaestacinaccede

almediocuandonecesitatransmitir CSMA(CarrierSense

MultipleAcces)

Ventaja: Velocidadderespuesta

37

CSMACar r ier SenseMultipleAccess

Cadaestacinintentaacceder almediocuandolorequiere Sihayotraestacinqueintentatransmitir:Colision.

Lareaccinantecolisiones(contencin)definedistintostiposdeCSMA

CSMACD(CollisionDetection) Cuandohaycolisin:

Losdosnodosdejandetransmitir

Enviansealperturbadora

Esperanunperiodoaleatorio

Intentanretransmitir

Ej:EthernetIEEE802.3

ST2 ST3 ST4

ST1

CSMACA(CollisionAvoidance) Elnodorevisasielcanalestocupadoantesdetransmitir

Problema:cuandonosepuedenescucharentrestodoslosnodos

Seagreganbloquesespeciales

Ej:IEEE802.11

38

PasajedeToken Sololaestacinconel

tokenenviamensajes(tmax) noper idico Problemas: prdidadetoken mensajesurgentes

Ej:IEEE802.4(bus)eIEEE802.5(r ing)

ST2 ST4

ST1T

TT

TDMA(TimeDivisionMultipleAcces) tokenPassingimplcito Basadoenunciclorepetitivoy

fijo NUT(NetworkUpdate Time)

Cadanodoaccedealmedioenordensecuencialdefinidopor suMACID

39

SubcapaLLC

Formacindebloques Subdividirunacorrientedebits

Insercindecampos

Inicioyfindetrama

ControldeFlujo Procesoquecontrolalatasaaque

losdatossonintercambiados

Enelcasodenodosemisorydestinocondiferentecargaodediferentevelocidad Controldeer rores

Correccindeerrorporretransmisin

Correccindeerrorautnoma

40

Controldeflujo

Funciones Organizayseleccionalos

caminosparanosaturarelsistema

Limitalacantidaddeinformacinenlared(velocidaddeinformacionestransmitidas)

Prevlosrecursosnecesariosenelreceptor(tamaobufferderecepcin)

AplicacinaRLI Notienesentidopueshayunsolo

camino

Sieltrficoestidentificadonotienesentidoporqueeldatoi+1reemplazaali

41

Reconocimiento(ACK) Sloparaprotocolosde

nivel2y4 Stop andwait:Seespera

unACKdesdequesetransmiteunPDU

ACK+:SetransmiteotroPDU

ACKonollegaACK:serepiteelPDUhastaunnromximoderepeticiones

Go.BackN:elemisoremitevariasPDU(hastasucrditodeemisin)hastaesperarACK

Repeticinselectiva

GobackN

Repeticinselectiva

42

Conexin

Conexin=canallgicodenivelNpor elquepasanlosPDU(N) Puedehaber conexinencadaniveldelOSI(NConnection) Elestablecimientodelaconexinsenegociaentr elasdosNentidades Losserviciospuedenser conosinconexin.

Permiteadosentidadescomunicantessaber queestnpresentesyenrelacinantesdecomenzar aintercambiar datos.

Permitenegociar cier tosparmetros(ej.Tamaomxdedatos)

Aseguraelcontroldeflujo

Fasesdeunaconexin Establecimientodelaconexin:TransmisindeunPDUde

aper tura/Recepcindelar espuesta/NegociacindeparmetrosSiunadelasentidadesnosepuedecomunicarlaconexinfracasa

Transferenciadedatos Findelaconexin

43

ConexinTCP

(a)Normaloperation,(b)OldCONNECTIONREQUESTappearingoutofnowhere.

44

Cier redeconexinTCP

(a)Normalcaseofathreewayhandshake. (b)finalACKlost.

45

TiposdeLLC

SiNoLLC3

SiSiSiLLC2

NoNoNoLLC1

CONTROLDEFLUJO

ACKCONEXIN

COMPONENTESDESISTEMASCOMPONENTESDESISTEMASDECONTROLINDUSTRIALENDECONTROLINDUSTRIALEN

REDRED

FabianaFer reira



47

ComponentesdeNCS

PROCESO

HMI

Sensor nodos

emisores RED

AP CP

AP CP

AP CP

1

2

3

3 2 1

12

13

CP AP

CP AP

PROC

nodosreceptores Actuador

48

TiempoderespuestadeNCS Tiempodesdequeseproduceuncambioenunaseal

fsica(sensor)hastaqueseproducelaaccinderespuestaaesecambio(actuador )

tin tapi tcpi taccttrans touttcpi tapi

tin:demorafsicaenlaadquisicindeldatotapi:demoraenelprocesoaplicacindelnodoemisor tcpi:demoraenelprocesodecomunicacindelnodoemisor

tacc:demoraproducidaenelaccesoalmedio

ttrans:demoraenlatransmisin

tcpo:demoraenelprocesodecomunicacindelnodoreceptor

tapo:demoraenelprocesoaplicacindelnodoreceptor tout:demorafsicaenlaactuacin

49

ComponentesdesistemasautomatizadosconPLC

Memory

Processor (CPU)

Inputs

Outputs

CommunicationInter faces

Sensors Actuators

Power source

ProgramOther

ProcessesHMIAdjust

Field

devices

50

CiclodeScandelPLC

Inputacquisition

Program

execution

Exchangewithintelligentmodules

Outputactualisation

Diagnosticandsystemtasks

51

AplicacinconentradasysalidascableadasaunPLC

PRO

CESO

Sensor

AP

PLC

API O

AP

Actuador

52

Aplicacinconentradasysalidasenred

PRO

CESS

Sensor

AP

AP

Actuator

CP

CP

PLC

network APCP

53

MecanismosdeSchedulling(escalonamiento/agendabilidad)

Escalonar eneltiempolasdiferentestareasparaquenosesuperpongan.

Acadatareaper idicaseleasignauntiempodeiniciocontadoapar tir deuninstanteinicial

Puedeser aniveldelosdistintosprocesadoresaplicacinoaniveldelosprocesadoresdecomunicacin

Requierendeunasincronizacinysedebencargar desdeuntildegestindered

Paraquenosesuperponganlasdemandasdemedio Paraqueserealicenlastareasenelordenquelasrequiere

laaplicacindecontrol. SueficaciadependedelMACylavelocidad

54

EjemploScheduling 2mensajesper idicosdeduracin2,5msAccesoCSMAAMP Mensaje1:periodo=5 ms

Mensaje2:Periodo=10 ms

Caso1:SinSchedulling

Losdosmensajesselanzanalarrancarelsistema

t[ms]

M1

M2

red

0 5 10 15 20 25

Elmensaje2noseenvanuncasinembargolar edestocupadasloel50% deltiempo!!!!

55

EjemploScheduling

Conclusiones

Seoptimizaelusodelared

Haygarantadelenvodelosmensajes

Sepuedenenviar ambosmensajes

t[ms]

M1

M2

red

0 5 10 15 20 25

Caso2:ConSchedulling

Mensaje2conun offsetde2,5ms

56

Bloque Offsetdesdeel tpodearranque

AI(Transmisor) 0

ComunicacinAI(LAS) 20

PID(valvula) 30

Ao(vlvula) 50

Schedulingdeaplicaciones

REDESETHERNETYTCP/IPREDESETHERNETYTCP/IP

FabianaFer reira



58

TCP/IPymodeloOSI

59

ProtocolosTCP/IP

60

SubcapasenIEEE802.3

61

Normas802.3

62

Encapsulamiento dedatosenTCPIP

63

Prembulo

Delimitadordecomienzodetrama

Direccindedestino

Direccindeorigen

Datos

Relleno

Longitud/tipo

Secuenciadecontroldetrama

7octetos

2octetos

1octeto

6octetos

6octetos

4octetos

461500octetos

Formatodeunatrama802.3

64

DireccionesIPA

8 16 240 netid hostid

B 10 netid hostid

C 1 1 netid hostid0

012

Clase Direccinderedmsbaja

Direccinderedmsalta

Redes/hosts

A 1.0.0.0 126.0.0.0 12616.777.214

B 128.1.0.0 191.254.0.0 16.38265.534

C 192.0.1.0 223.255.254.0 2.097.150254

Clase Mscara

A 255.0.0.0

B 255.255.0.0

C 255.255.255.0

65

FormatodeundatagramaIPv4

LONGITUDTOTALVERS HLEN TIPODESERVICIO

IDENTIFICACION BANDERAS DESPLAZAMIENTODEFRAGMENTO

SUMADEVERIFICACIONDELENCABEZADO

TIEMPODEVIDA PROTOCOLO

DIRECCINIPDELAFUENTE

DIRECCINIPDELDESTINO

OPCIONESIP(SILASHAY) RELLENO

DATOS

66

DatagramaIPV4 V:versindelprotocolo 0100IPV4y0110IPV6

HL:(4bits)longituddelencabezadoenpalabrasde32bits

ST:campodeservicio(8bits) Indicalaformaenqueunpaqueteesruteado

Contienetressubcampos

Precedencia(3bits):prioridad(000normal 111ctrldered)

Tipodeservicio(4bits):demora,rendimiento,confiabilidad,costo Ej:1000:demoraminima,0000:normal,0100:rendimientomx

MBZ(1bit)0sinuso

TL:(16bits)longitudtotaldelpaqueteenbytes Max:65535bytes

ID(16bits)numerodeidentificacindelpaquete Parapaquetesfragmentados

F:(3bits)banderaparacontroldefragmentacin

67

DatagramaIPV4 FO(13bits)fragmentomargen Infodereensambleparafragmentacin

TTL:(8bits)tiempodevida Especificaelnumerodesegundosqueelpaquetepermanecevivo Sedisminuyecadavezqueesprocesadoporun ruteador SiTTL=0elpaquetesedescartayseenviaunmensajedeerror

P:(8bits):protocolodecapa4utilizadopor elusuar io HC:(16bits)sumadever ificacindelencabezado SA:(32bits)direccindefuente DA:Direccindestino OPT:(longvar iable)paraopcionesdecontrol Hay8opciones

Ej:Pruebadered

PAD:campoderellenodelcampoopcin RellenaOPTconbits0paraquelalongdelheaderseamultde32bits

68

Encabezado

base

...

Extensin1de

encabezado

Extensinnde

encabezadoDATOS

opcional

VERS ETIQUETADEFLUJO

PAYLOADLENGTH PROX.ENCAB LIMITEDESALTOS

DIRECCINDELAFUENTE

DIRECCINDEDESTINO

Formatodelencabezadobase0 4 16 24 31

FormatogeneraldeundatagramaIPv6

69

DatagramaIPV6

V:versin P:pr ior idad 16nivelesdivididosen2grupos 0a7:paquetesquerespondenalcontroldecongestin 8a15:norespondenalcontroldecongestin(ej:videoyvoz)

FL:parapaquetesquerequierenmanejoespecial ParaproporcionalcalidaddeservicioconRSVP Protocolodereservacinderecursos:priorizadatosyasignaanchode

banda

PL:longituddecargautildelosdatos NH:TipodeencabezadoquesiguealencabezadoIPV6 PermiteencabezadosdeextensinentreencabezadoIPyencabezadoTCP Ej:encabezadosdeautentificacinycodificacin

HL:numerodesegundosqueunpaquetepermaneceactivo

V P FL PL NH HL SA DA

4 4 24 16 8 8 128 128

70

Direccionesmslargas(128vs.32bits) 3.402823665X1038 vs4.294.967.295 Cadametrocuadradodelasuperficieterrestrepuededisponerde

1564direcciones(peorcaso)

trestiposdedirecciones: Unidifusin,cualquierdifusin(enrutadaaladireccinmscercana),

multidifusin

Autorredireccionamiento Autoconfiguracindelasdireccionesdered Adquisicindedireccinenformadinmica

Autenticacin,privacayconfidencialidad Prioridaddeenrutamiento Entregadepaquetesavelocidadconstante SoportadireccionesIPV4

VentajasIPV6

71

PUERTODESTINOPUERTOORIGEN

NMERODESECUENCIA

NMERODEACUSEDERECIBO

HLEN

SUMADEVERIFICACIN

OPCIONES(SILASHAY) RELLENO

DATOS

RESERVADO CODEBITS VENTANA

PUNTERODEURGENCIA

FormatodelsegmentoTCP

72

4KSEQ=02K

ACK=2048WIN=2048

SEQ=2048

2K

ACK=4096WIN=0 Aplicacinlee2K

ACK=4096WIN=2048

Aplicacin

escribe2K

Aplicacinescribe3K

Aplicacinbloqueada

SEQ=4096

1K

Vaco

Elemisorpuede

enviarhasta2K

2K

Lleno

2K

2K1K

TCP:manejodelaventana

73

Host1 Host2

SYN(SEQ=x)

SYN(SEQ=y,A

CK=x+1)

(SEQ=x+1,ACK=y+1)

Iniciacin Terminacin

Host1 Host2

FIN(SEQ=x)

(ACK=x+1)

(ACK=y+1)

FIN(SEQ=y,AC

K=x+1)

TCP:Inicioyfindelaconexin

74

PUERTOUDPDEDESTINOPUERTOUDPDEORIGEN

LONGITUDDELMENSAJEUDP SUMADEVERIFICACINUDP

DATOS

FormatodemensajesUDP

75

Utilizacinindustr ialdeprotocolosTCP/IP

Tiposdeutilizacinanivelindustr ial

paraconectardispositivosdecampoconcontroladoresParaconectarcontroladoresysupervisoresconnivelesinformticos

Tresobjetivos:ConexinfsicaenEthernet

Utilizacincapaaplicacinnica

Controldedispositivos viaweboLANcorporativa

76

Por quEthernetanivelindustr ial?

Hacemasde20aosaparecieronalgunasredesbasadasenEthernet FACTOR,SINECH1,LAC,MAP

Estassolucionesseabandonanpor elaspectoaleator iodeEthernet

Por quvolviapensarseenutilizar lo? Bajoscostosdeconexin(100.

baseTycableUTP)

Aumentodevelocidad(10a100Mbps)

Existenciadeswitchesquelimitancolisiones

Introduccindemecanismosdepriorizacin

cdigofuenteTCP/IPdisponibleenformapblica

Por quusar locomobusdecampo?

Disponibilidaddelaelectrnica

IntegracinconInternet

Lenguajesdedescripcinysimulacinaccesibles

Sepreveecrecimientoenelanchodebanda

Problemasdecompatibilidadresueltos

Losbusesestnalcanzandosulmite

77

Puedetranspor tar pequeospaquetesdeinformacinenuntiempoacotado?

Tamaomnimodetrama:64bytes

Noimpor taavelocidadesaltas

Puedehaber colisiones

Silar edtienepocotraficonohaycolisiones

Sedivideendominiosdecolisinoseusanswitches

Elswitchsirveconcargascontroladas

Seintroduceunprotocolomscomplejoenelnivelaplicacin

Haypocaspr ior idades

Elusodepr ior idadespermitediferenciar tiposdetrfico

TCPnodetectainmediatamenteloser rorespor loquesepuedeprocesar undatoer roneo (losbusesdecampoimplementanretransmisininmediata

78

Otrosrequisitos

Nosepuedegarantizar

Sepuedehacerimplementandoalgoritmosdesincronizacinaniveldelosprocesosdelos

dispositivos

Complejidaddelosdispositivosydemorasporprocesamiento

Transmitir datosper idicosantesquevuelvanaser muestreados

Muestrear enformasimultaneayper idicacier tacantidaddeentradas

SepuedemuestrearsimultneamenteusandoUDPymodoBroadcast

Indicar silosvaloresadquir idosestndentrodeler ror aceptableparaelintervalodemuestreo

Sepuedetransmitiruntimestampconeldato

Complejidaddelosdispositivosydemorasporprocesamiento

Sepuedenimplementaralgoritmosbasadosenrelojeslocales

79

Otrosrequisitos

Nosepuedeconseguir

IPpermitedireccionesmltiples

LosconectoresstandardRJ45noestndiseadosparaambientesagresivos

Dar elordenrelativodeeventos

Transferenciadedatosdeunoamuchos

SepuedeusarUDP

Solucionesresistentesalambiente

Estnapareciendoenelmercadoconectoresespeciales

TCPnoadmitemodobroadcast

Loscablesstandardnopuedenserutilizados

80

Costos Ethernetusatopologarbol(mscomplejaparainstalary

planificarqueladebus)

SerequieremayorcomplejidadcomputacionalparaimplementarTCPqueparalosbusesindustrialesporloqueaumentaelcostodelascartaseinterfacesdeconexin

Ethernetnosoportalaalimentacinremotadedispositivos.Sedebecablearporseparadolaalimentacindedispositivosydehubsy switches.

Decualquierformaloscostospuedensermenoresqueenotrosbuses

81

Conclusiones Faltademecanismosparaconsistenciatemporal

Faltademecanismosparaordenar eventos

Noofreceretransmisinrpidadeer rores

Noproveecontroldelacargaenlar ed Notienealimentacinparadispositivos

Elcableadoesmscomplejoycaro

Nosegarantizalasegur idad

Hoyendatodavahaysolucionesmseconmicas(segnlaaplicacin)

Noesunasolucinuniversalpor lasadaptacionesnecesar ias

Permitebusredundante Facilitaaccesoaredescorporativas

Granpar tedelhardwareesCOTS

ENLACESINALAMBRICOSENLACESINALAMBRICOS

FabianaFer reira



83

Enlacesinalmbr icos Paraaplicacionesmviles Paracubr ir grandesdistancias

Paraentornosquenoadmitencableado

Seutilizanenlacesinalmbr icosparaconectar nodososegmentosaunaredcableadaatravsdeunpuntodeacceso

Limitacionesdeenlacesinalmbr icos Altatasadeerrores(interferencias,multipath,etc.)

Incapacidaddedetectarcolisionesporpartedelemisor

Demorasendispositivoencambioemisin/recepcin

802.11

Bluethoot

Microondas

Protocolospropietar ios

84

BandasISM

bandaISM(Industr ialScientificMar itime) 2.42.4835GHz,5.15 5.25

GHz,5.255.35GHz,5.755.85GHz

85

Alternativasdediseoparainterconectar nodoscableadose

inalmbr icosenLANindustr iales. Utilizarunnicoovariossegmentoscableados Integrarlossegmentoscableadoseinalmbricosenunanicaredosepararlos

endistintassubredes Realizarlainterconexincableado inal.enunnicoAPoutilizarmltiples

AP Mediosdeinterconexinpuedenserrepetidores,bridges,routersogateways

(todostienendiferentesprestaciones) nicaomltiplesestacionesdebase

IEEE802.11

Bluethoot

Microondas Protocolospropietar ios

86

Repetidores,Br idges,Routers,Gateways

Repetidores: OperanporencimadePhL Recibenbitporbitlasealdeentrada,laregenerany

laemiten Alpasardeinal.acab.Realizancambiode

codificacin Juntanvariosbitsycalculanerrores

Puentes: CapaDLL EncapsulanlastramasMACLLCdeunareden

paquetesdeNL EsunnodoencadaLAN

Gateway: Capaaplicacin Unademandadeserviciosetransformaenla

otraLAN Altademora

Router s: Capared(NL) Modificanelpaquetequerecibenenespecialel

campodedireccionamiento Intercambianinformacinentresparaencontrar

unaruta

87

NodosaisladosUnrepetidor por nodo

AlternativasdediseoimplementadasInterconexindedosredescon br idge

nodo nodo nodo

nodo

bridge

nodo nodo nodo

nodo

bridge

Var iosnodosconectadosaunGateway

nodo nodo nodo

nodo

Gateway

nodo

nodo

nodo

rep. nodo rep

nodo

nodonodo

Brid. nodo Brid.

nodo

nodonodo

88

Caracter isticasIEEE802.11 OperaenbandaISM(Industr ial

ScientificMar itime) 2.42.4835GHz,5.155.25GHz,5.25

5.35 GHz ,5.75 5.85GHz

Velocidades Original:1Mbps,2 Mbps Rpidas(802.11b):5y11 Mbps

Ultrarpidas(802.11a):5GHz

Tresvar iantesdecapafsica DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)

FHSS(FrequencyHoppedSpreadSpectrum)

IR(Infrared)

ToplogasAd Hocyconsistemadedistr ibucin

AccesoalmedioCSMA/CA Tienenodosocultos

89

Tramas802.11

90

DSSS

91

FHSS

92

Ventanadecontencin

93

Nodosocultos

Vir tualCarr ier Sense Reservacindelmedioporunperiodofijodetiempo

A enviaunRTS(RequesttoSend)alAPquenolellegaaB

SereservaeltiempoparaemisinenunNAV(NetworkAllocationVector)detodaslaestaciones

APenviaunCTS(ClearToSend)atodaslasestacionesinformando

BdetectaelCTS

94

Caracter isticasBluethoot Diseadaparadistanciascor tasenambientesdeoficinas bandaISM modulacinGFSK(GaussianFrequencyShiftKeying). Potenciadetransmisin1mWa100mW rangopromediodecoberturaesde10metrosconlaposibilidadde

extendersea100metros maestroesclavo:sieteesclavosenunapiconet.

95

Evolucindecomunicaciones

Conceptos Basicos Redes Ind

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