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UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA Faculdade de Ciências e

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1. Topologia t pica WSN Na Figura 2 1 mostra se uma topologia t pica das WSN Nesta topologia diversos n s monitorizam uma certa rea representada pela linha que envolve os n s e v o 39 recolhendo informa es Em certa altura do seu funcionamento estes transmitem a informa o recolhida que viaja de n em n por RF at ao n intermedi rio gateway que est ligado a outra rede por exemplo internet e transfere a informa o para um servidor que aloja e processa os dados recolhidos Estes n s tamb m conhecidos como motes s o tipicamente de dimens es reduzidas e relativamente baratos S o colocados na zona em que existe algo de interesse que os sensores ir o monitorizar Nas aplica es actuais destas redes os n s s o estacion rios mas podem perfeitamente ser montados em objectos m veis O facto de estes serem embutidos terem a capacidade de monitorizar atrav s de sensores e terem a aptid o de comunicar define esta rea de redes de sensores e faz a separa o entre outras reas como monitoriza o remota computa o m vel atrav s de computadores port teis ou mesmo de sistemas de monitoriza o centralizada Estudos nesta rea remontam a 1990 mas por volta de 2004 que se torna economicamente vi vel a implementa o destes sistemas Desde ent o esta tem sido uma rea com um enorme interesse no campo da investiga o quer acad mica quer comercial e at militar Grande parte desta investi
2. ae a Figura 3 6 Documento LS Figura 3 7 Dados Figura 3 8 Dados Gravados Figura 3 9 Prepara o Processamento Representa a execu o de uma opera o ou grupo de opera es que estabelecem o resultado de um c lculo l gico ou matem tico Decis o Representa o uso de desvios condicionais para outros pontos do programa de acordo com situa es vari veis Avalia uma condi o e o programa segue conforme o resultado Entrada Manual Representa a entrada manual de dados normalmente efectuada num teclado ou por qualquer tipo de interface com o utilizador Exibi o Representa a execu o da opera o de sa da visual de dados num monitor ou qualquer tipo de sa da visual para o utilizador Documento Representa a execu o da opera o de sa da de dados num documento por exemplo atrav s de uma impressora Dados Representa dados de uma forma gen rica Tipicamente associado a opera es gen ricas de entrada e sa da de dados desde que identificados Dados Gravados Representa o acesso a um ficheiro guardado tanto para leitura como para escrita Prepara o Representa a modifica o de instru es ou grupo de instru es existentes em rela o actividade subsequ ncial 51 Figura 3 10 Processo Predefinido Figura 3 11 Opera o Manual O Figura 3 12 Conector Figura 3
3. claro que este processo introduz um ligeiro atraso na reac o do sistema mas para as reas de aplica o do sistema este n o significativo Ainda assim de modo a minimizar este atraso cada ac o tem uma prioridade associada Existem quatro n veis de prioridade desde a baixa emerg ncia possibilitando uma reac o do sistema conforme a necessidade real Deste modo mesmo ocorrendo no mesmo instante poss vel sobrepor ac es mais importantes as outras Estas prioridades s o definidas pelo utilizador do sistema quando o configura Schedule O m dulo Schedule cont m uma lista que guarda as tarefas agendadas Quando o utilizador agenda uma tarefa nesta lista que ser guardada medida que esta lista preenchida este m dulo respons vel por seleccionar a tarefa mais pr xima configurando o alarme do RTCC Como RTCC s permite um alarme de cada vez necess ria a gest o deste recurso avaliando sempre qual a tarefa da lista que ocorrer antes de todas as outras Assim que o alarme dispare gerada uma interrup o e este m dulo encarrega se de adicionar a tarefa respectiva lista de ac es no m dulo Action deixando assim o sistema encarregar se de a enviar Logo a seguir estando o alarme do RTCC livre selecciona qual a pr xima tarefa e configura o alarme no RTCC Este m dulo poderia ter sido implementado de modo a n o fazer uso do alarme do RTCC n o sendo necess ria esta gest o do recurso E
4. na Figura 3 28 apresenta se uma RdP com lugares complementares Os lugares complementares t m sempre o complemento da marca o do lugar a que est o associados t1 Mem ria na Figura 3 29 apresenta se uma RdP com capacidade de mem ria O lugar P sinaliza que o processo X est a ocorrer Como o processo X complexo necessita de v rios estados de P a Pxn para o concluir Enquanto o processo vai percorrendo os v rios lugares o P est sempre marcado Uma aplica o t pica seria se fosse necess rio habilitar uma transi o enquanto este processo n o terminasse Para isso teria que ser feito com um arco de teste Arco de teste na Figura 3 30 apresentado o exemplo anterior mas agora com a aplica o de um arco de teste O arco de teste nunca consome a marca do lugar serve apenas para habilitar a transi o Assim enquanto o processo X ocorre P est marcado e P e P3 v o ocorrendo Quando ty disparar Ps nunca mais atingido pois P deixou de habilitar ts Marranghello 05 CSD 09 62 3 2 6 Classes de Redes de Petri Como referido anteriormente nesta disserta o com a evolu o das RdPs foram surgindo varia es ao modelo inicial chamadas classes Estas classes v o surgindo medida que as RdP s o utilizadas em novas reas Como por exemplo existem as RdP coloridas RdP Reactivas RdP R RdP Reactivas e Hier rquicas RdP RH RdP de controlo interpretado por cor CCIPN Colo
5. o mesmo n mero recebido no HELLO de modo a que se saiba que esta uma resposta a um pedido espec fico O n ao receber o ACKC sabe que entrou na rede e sabe ainda o ID que lhe foi atribu do ficando agora espera de novas indica es do coordenador A partir deste 114 N momento o n passa a um comportamento meramente reactivo as ordens do coordenador do ponto de vista de rede porque de resto continua a efectuar leituras nos seus sensores na medida em que nunca mais inicia comunica es apenas envia ACKNs como resposta aos REQ e ACT Com o s n s registados o coordenador verifica h quanto tempo recebeu informa o sobre cada n e quando passar de um limite predefinido envia um REQ para que o n envie a informa o actualizada Na mensagem REQ apenas enviado o ID de modo a identificar qual o n questionado como apresentado na Figura 6 11 A mensagem ACKN tem dupla utilidade uma confirma o da recep o das mensagens enviadas pelo coordenador e ao mesmo tempo transmite a informa o actualizada dos seus sensores Deste modo o n mero de transmiss es efectuadas ser menor fazendo com que o transceptor esteja menos tempo activo resultando numa maior durabilidade das baterias O facto de o ACKN ter um tamanho vari vel deve se ao tipo de n que o transmite Como se pode ver na Figura 6 13 a trama ACKN composta pelo tipo de mensagem MT o ID do n destinat rio e por pares de tipo de disposi
6. a ser desenvolvida na rea das GALS tornando se numa das aplica es das RdP Os sistemas GALS s o uma rea em que as RdP ser o utilizadas estudadas e aplicadas uma vez que estes est o nesta altura a ter um incremento no interesse da comunidade cient fica Por sua vez o trabalho desenvolvido nesta disserta o utiliza as RdP como formalismo de modela o tal como os sistemas GALS t m vindo a utilizar Estes sistemas est o tamb m a ser utilizados na rea das WSN quer pelos ganhos de consumo quer pelas vantagens das suas propriedades Em Krsti et al 05 a aplica o da estrutura GALS na comunica o sem fios revelou se vantajosa J em Fern ndez et al 07 proposto um bus capaz de dar suporte a sistemas GALS num ambiente WSN sobre uma plataforma SoC Mas n o s em termos de hardware que os sistemas GALS trazem vantagens as WSN Como referido anteriormente na sec o 2 3 desta disserta o o TinyGALS uma metodologia arquitectura de desenho de software baseado nos conceitos GALS que tem sido utilizado nas WSN atrav s do TinyOS Cheong et al 03 82 5 Ferramentas Utilizadas 5 1 Ferramentas para as Redes de Petri 5 1 1 Snoopy lOPT O Snoopy lOPT uma ferramenta de edi o gr fica de redes de Petri para a classe IOPT com a capacidade de suportar especifica es hier rquicas e modulares Esta ferramenta foi desenvolvida no trabalho apresentado em Nunes et al 07 Esta um eleme
7. A gest o da rede muito importante porque mant m uma liga o vital entre todos os elementos de modo a permitir a sua colabora o entre eles Sabe se que o r dio dos componentes destes sistemas que mais energia consome entre 20 a 40 Deste modo uma boa gest o de rede atrav s de protocolos optimizados de extrema import ncia no prolongamento da vida de um elemento e da pr pria WSN A camada MAC est directamente ligada aos consumos energ ticos A colis o de pacotes despende energia ao originar retransmiss es Ter o transceptor activo escuta de potenciais mensagens ou estar constantemente a acordar o microcontrolador devido a mensagens que n o lhe s o destinadas resultam num gasto energ tico A norma IEEE 802 11 conhecida como wi fi utiliza CSMA Carrier Sense Multiple Acess que escuta a portadora antes de transmitir de modo a evitar colis es Outro m todo para gest o das transmiss es o TDMA Time Division Multiple Access que divide o tempo em v rios intervalos slots em que cada n transmite no seu intervalo espec fico n o se sobrepondo a mais nenhuma transmiss o Como as WSN s o redes em que a informa o a transmitir de tamanhos reduzidos foi criada uma norma para redes sem fios de baixo ritmo a IEEE 802 15 4 especificamente para sistemas deste tipo Baseada nesta norma surgiram entretanto v rios protocolos na camada de rede como o ZigBee e outras varia es apresentadas anteriormente na s
8. Em Nunes 03 e Nunes 04b surge uma proposta de protocolo de comunica o para edif cios inteligentes o DomoBus Em Nunes 05 apresentada uma concretiza o de uma rede extremamente simples e de muito baixo custo com aplica es na rea da automa o de edif cios Este trabalho tem v rios aspectos em comum com o desenvolvido e apresentado nesta disserta o J em Nunes 06 proposta uma arquitectura descentralizada para a supervis o de sistemas de automa o dom stica Na investiga o t xtil surge uma inova o desenvolvida na Universidade da Beira Interior Chamado de DomoVest um casaco dom tico com a capacidade de accionar dispositivos dom ticos atrav s de um teclado todo elaborado em tecido ligado atrav s de fios a um transmissor Este foi apresentado no MOVE 08 Mostra de trabalhos dos Cursos de Design de Moda Existe tamb m um projecto iniciado pela AveiroDomus que se prop s a edificar a casa do futuro Esta casa chamada InovaDomus que ser realizada no Campus da Universidade de Aveiro pretende repensar todo o conceito de habitat e dotar o espa o com as mais inovadores solu es tecnol gicas dispon veis Esta casa servir como um laborat rio de tecnologia habit vel Quanto ao mercado actual da Dom tica em Portugal j existem bastantes empresas a operar e inovar No mercado de software de automa o seguran a e entretenimento em casa destaca se o desenvolvimento da empresa
9. Stopevabch instruction Cpches 21511834 Zea Time Seca Processor Frequency MHz 4 08 eE D Gem Simulation Tine Or Azrel THEF2 INTO N INTOOHE INTOONS TRAI IFRZ LATA MON Gefie ACC MOWLY Dri Dw HEE BSE OxilZ Da7 SLEER BSE OxiaE ui Deta ACC Dz fa DEL Madd SFA TOS Add Symbol PORTELA __ Address onge OFc2 Drai OFFD 10100000 10000100 11000000 11111111 Dogiiiiti noo000000 Watch Watch 2 Watch 3 Watch 4 Tariegul U ERWRITE PORTS EADR Mapes F Stack Level Return Addresa Location i D Empty 000044 D022 000194 socooo Dot oomoo00 ngoana _stertup main O40 Tile CLEF Tim out HONLE 0x20 MOV INTLOM ACCESS HOVLU Dxad HOVGF INTCONE ELHEED ACCESS if oe ee a PRC IOPSSS pote Sh Wiles Mov ede c ipie Figura 5 3 MPLAB IDE extra do de Microchip 09 Atrav s deste integrada toda a programa o dos dispositivos assim como o debug no pr prio dispositivo In Circuit Debug ICD Fornece um m todo poderoso e extremamente til de desenvolver os programas nos sistemas reais com acesso e visibilidade a todas as partes do microcontrolador Na Figura 5 3 mostra se a sua apresenta o gr fica Na compila o do c digo este IDE invoca os compiladores que forem desejados sejam da pr pria Microchip ou de outras fabricantes como IAR CCS HI TEC entre 85 muitos outros A Microchip disponibiliza para a linguagem C os co
10. The Unified Modeling Language Reference Manual Addison Wesley Professional ISBN 0 201 30998 X 1999 Sgroi 00 M Sgroi L Lavagno e A Sangiovanni Vincentelli Formal Models for Embedded Systems Design IEEE Design and Test of Computers Vol 17 P gs 14 17 2000 Shemie 97 Shemie Sam Communications Control amp Information Technology Systems in Intelligent Buildings in New Methods and Technologies in Planning and Construction of Intelligent Buildings Il Proceedings of the 2 B IC Intelligent Builings Congress 1997 141 Shin et al 07 Soo Young Shin Hong Seong Park Sunghyun Choi Wook Hyun Kwon Packet Error Rate Analysis of ZigBee Under WLAN and Bluetooth Interferences Wireless Communications IEEE Transactions Vol6 8 P gs 2825 2830 2007 Singh Theobald 03 Montek Singh Michael Theobald Generalized Latency Insensitive Systems for GALS Architectures Proceedings of FMGALS 03 2003 Sparso Furber 02 Jens Sparso Steve Furber Principles of Asynchronous Circuit Design A System Perspective Kluwer Academic Publishers 2002 Stahl et al 05 Christian Stahl Wolfgang Reisig Milos Krst c Hazard Detection in a GALS Wrapper a Case study Application of Concurrency to System Design ACSD 2005 5th International Conference P gs 234 243 ISBN 0 7695 2363 3 2005 Taylor et al 00 G Taylor S Moore S Wilcox e P Robinson An onchip dynamically recalibrat
11. Tipicamente em reposta a um evento captado pelos sensores ou alguma interrup o do hardware s o chamadas uma cadeia de componentes m dulos que respondem a esse evento Na abstrac o implementada pelo TinyOS s o fornecidos duas funcionalidades a tarefa que fornece a cada m dulo tempo de processamento enquanto o processador estaria em espera idle e o comando que manda um m dulo executar uma fun o espec fica tal como enviar uma mensagem Atrav s destas abstrac es poss vel modelar graficamente a aplica o Ao enfatizar a programa o baseada em eventos event driven em vez de multi tarefas muti threading permite que os recursos de hardware sejam menores Esta ferramenta permite a reutiliza o de c digo melhora a modularidade do sistema atrav s dos componentes e minimiza o tamanho do programa que em dispositivos limitados crucial A programa o para este OS feita atrav s da linguagem nesC que cont m as estruturas necess rias abstrac o do TinyOS componentes tarefas comandos e eventos O nesC fornece v rios mecanismos para optimizar o programa para esta plataforma Heidemann Govindan 05 Gupta et al 06 Muitos trabalhos est o a ser desenvolvidos com estas ferramentas em especial na Universidade da Calif rnia Berkeley Um desses trabalhos o galsC 43 O galsC a linguagem para o TinyGALS um modelo globalmente assincrono localmente s ncrono GALS O modelo TinyGALS fornec
12. activar de novo o AC a 20 Deste modo pode se estabelecer um patamar intervalo de temperaturas para a divis o Grupo Estas s o regras que englobam todos os sensores do mesmo tipo Com estas pode se estabelecer uma ac o definindo apenas uma regra que acontecer no caso de qualquer um dos sensores verificar a condi o O processo de verifica o id ntico ao das regras simples mas em vez de ser espec fico somente a um n estas verificam todos os n s que tenham sensores desse tipo Assim utilizando este tipo de regra pode se por exemplo definir que no caso de algum dos v rios sensores de fumo disparar activa se um alarme Condicional Este tipo tem um m todo de avalia o diferente do das anteriores Neste n o s o definidos valores limites para o disparo 106 Estas regras associam regras do tipo simples ou de grupo de modo a formar uma regra condicionada s outras Isto permitem criar regras baseadas no caso de alguma regra simples ou de grupo estar activa ou n o Deste modo poss vel disparar uma regra apenas se um conjunto de situa es se verificar Por exemplo pode se criar uma regra que avalie se a luminosidade e a temperatura numa divis o for maior que certos valores em simult neo esta dispara fechando os estores dessa divis o O processo de avalia o destas regras verifica apenas duas das outras regras mas poss vel criar uma regra condicional que dispare quando uma outra condicio
13. deste g nero A utiliza o de todos estes ingredientes para a implementa o de um sistema aplicado a rea da domotica ou ainda das WSN muito motivador Isto porque s o reas que est o em franca expans o e em que existem expectativas elevadas na sua utiliza o sendo um desafio introduzir atitudes associadas ao desenvolvimento baseado em modelos em particular baseado em RdP no seu desenvolvimento 16 Estrutura da Disserta o Esta disserta o encontra se dividida em sete cap tulos Come a se no primeiro por introduzir a rea da dom tica Inicialmente ser feita uma descri o desta rea e explicados alguns conceitos relacionados Ser o apresentadas v rias aplica es onde a domotica se torna relevante Ser o abordadas algumas das tecnologias que d o suporte a este conceito e ainda ser efectuada uma caracteriza o do estado actual da dom tica em Portugal No segundo capitulo ser o abordadas algumas quest es relacionadas com as redes de sistemas embutidos Networked Embedded Systems NES Dentro desta vasta rea ser o abordados os temas que dizem respeito mais especificamente as WSN Ir o ser referidas algumas das quest es relacionadas com estas redes como as implementar e quais as grandes dificuldades e desafios que esta rea enfrenta No fim s o apresentadas v rias aplica es destas redes No terceiro cap tulo surge uma descri o de alguns formalismos de modela o Ser ap
14. do por m dulos independentes podemos fazer altera es ao sistema sem ter que o redesenhar tornando o sistema muito melhor do ponto de vista de reutiliza o ou mesmo de repara o Muttersbach et al OO Outro dos resultados obtidos quando se estuda os sistemas GALS o facto de estes apresentarem na generalidade uma diminui o nos consumos de energia lyer Marculescu 02 Najibi et al 05 Meincke et al 98 lyer Marculescu 02 Hemani et al 99 Consequentemente este facto torna os sistemas GALS ainda mais importantes com as necessidades actuais de sistemas de baixo consumo e autonomias elevadas Por m a utiliza o destes sistemas resulta muitas vezes numa perda de desempenho do circuito devido aos mecanismos inerentes aos AWs Por vezes esta perda de desempenho pode n o ser cr tica consoante o prop sito do nosso sistema mas n o deixa de ser um factor limitativo destes sistemas Outro problema associado ao uso destes sistemas o facto de estas arquitecturas aumentarem bastante o tamanho e a complexidade do circuito como referido em Najibi et al 05 onde houve um aumento de 51 Este aumento da complexidade torna se n o t o grave gra as modularidade uma vez que todo o sistema pode ser visto como m dulos independentes 79 4 5 Utiliza es de Sistemas GALS Estes sistemas GALS est o a ser estudados devido as suas caracter sticas especiais e prev se a sua implementa o em diversas reas Um
15. o ferramenta PNML2C os resultados obtidos indicam que esta poder tornar se numa ferramenta til Em termos espec ficos a utiliza o desta gera o autom tica de c digo introduz um acr scimo no tamanho do programa e um acr scimo no tempo de execu o Este acr scimo est directamente relacionado com o incremento de linhas de c digo instru es que o processador tem que executar Neste trabalho n o foram efectuadas medi es espec ficas relativas ao incremento do tamanho do c digo nem a tempos de execu o data da escrita desta disserta o outro trabalho em curso pretende elaborar mais sobre este tema De qualquer modo o incremento no tamanho do programa claro quando comparando com uma implementa o directa e n o t o estruturada hard coded Como tem vindo a ser defendido nesta disserta o a programa o estruturada e modular confere grandes vantagens ao projecto e concretiza o do mesmo por este motivo que este acr scimo do programa e alguma perda de desempenho n o considerada como uma desvantagem evidente Claro que existem sistemas onde uma poss vel perca no desempenho seja cr tica e at mesmo casos onde o acr scimo no tamanho do programa incomport vel na plataforma em quest o Muitas vezes estas situa es t m mesmo que ser resolvidas atrav s da implementa o directa em Assembly Este acr scimo de c digo ao projecto n o t o significativo quando apenas s o feitos acrescentos
16. rios quer por quest es de robustez quer por compatibilidade com outros sistemas Os meios de comunica o utilizados podem ser rede el ctrica r dio frequ ncia RF Bluetooth infravermelhos Infrared Data Association IrDA Ethernet formando uma rede de rea local Local Area Network LAN rede de rea local sem fios Wireless Local Area Network WLAN cabo coaxial ou qualquer liga o atrav s de fios tipicamente cabo com fios entran ados twisted pair Como o meio de comunica o utilizado no trabalho desenvolvido nesta disserta o a RF em seguida apresenta se uma caracteriza o deste meio O meio de comunica o RF muito utilizado devido a sua f cil instala o e nomeadamente ao facto de n o necessitar de fios Neste meio existem regras espec ficas quanto s frequ ncias utilizadas bandas ISM e pot ncias de sinal as quais s o estipuladas por entidades reguladoras a Federal Communication Commission FCC nos Estados Unidos da Am rica EUA a European Telecommunications Standards Institute ETSI na Europa e a Industry Canada no Canad entre entras Na Figura 1 2 apresenta se um gr fico comparativo de v rias tecnologias sem fios wireless Nele pode se verificar que existem muitas especifica es sem fios e que podem ter alcances e taxas de transfer ncia bem diferentes O meio de comunica o RF encontra se representado na figura atrav s da elipse que cont m o IEEE 802 15 4 que uma norm
17. 00 Figura 4 2 M dulo funcional num sistema GALS adaptado de Muttersbach et al 00 Figura 4 3 Esquema de uma Porta tipo D Muttersbach et al 00 Figura 4 4 Esquem tico de um controlador D type Muttersbach et al 00 Figura 4 5 Processador sincrono base extra do de lyer Marculescu 02 Figura 4 6 Processador GALS extra do de lyer Marculescu 02 Figura 4 7 Desempenho do processador GALS relativo ao de base de lyer Marculescu 02 _ __ Figura 4 8 M dia de slip extra do de 68 69 70 73 74 74 76 76 77 77 Figura 4 9 Consumo do processador GALS relativo ao de base extra do de lyer Marculescu 02 78 Figura 5 1 Snoopy IOPT Figura 5 2 Arquitectura do c digo gerado extra do de Pais 04 Figura 5 3 MPLAB IDE extra do de Microchip 09 Figura 5 4 Stack TCP IP da Microchip extra do de Microchip 09 Figura 5 5 Captura no Wireshark Figura 5 6 Placa Zena Network Analyzer extra do de Microchip 09 Figura 5 7 Interface gr fico do ZENA Network Analyzer extra do de Microchip 09 Figura 5 8 Diagrama de blocos PIC24F extra do de Microchip 09 Figura 5 9 PIC32 PIM extra do de Microchip 09 Figura 5 10 Explorer 16 extra do de Microchip 09 Figura 5 11 Kit PICDEM Z extra do de Microchip 09 Figura 5 12 Ethernet PICtail Plus extra do de Microchip 09 Figura 5 13 PICTail Plus 2 4GHz RF extra do de Microchip 09 Fi
18. 04a Nunes Renato Conceitos e Temas Associados aos Edif cios Inteligentes 2004 http domobus net Acedido em Janeiro 2009 Petri Nets World 2009 http www informatik uni hamburg de TGI PetriNets Acedido em Janeiro 2009 al RTP 08 Obra de Arte Viver numa casa inteligente Programa da RTP com a colabora o da DOMUS CONNECT e Ordem dos Engenheiros Dezembro 2008 SIC 07 Reportagem SIC sobre Dom tica em Portugal Maio 2007 SIC 08 Reportagem SIC sobre Dom tica casa inteligente ainda n o para todos Mar o 2008 Stein 03 Mike Stein Crossing the abyss asynchronous signals in a synchronous world EDN design feature 2003 http www edn com filtered pdfs contents images 310388 pdf Acedido em Janeiro 2009 TinyOS 09 TinyOS http tinyos net Acedido em Janeiro 2009 Weinzierl 09 Introduction to KNX http www weinzierl de download Knx Info pdf Acedido em Janeiro 2009 ZigBee 06 ZigBee Specification 2006 http www zigbee org Acedido em Janeiro 2009 144 Anexo Manual de utiliza o Em seguida mostra se o interface desenvolvido e como o utilizador pode configurar o sistema O browser utilizado no desenvolvimento desta p gina foi Firefox 2 A experi ncia na navega o utilizando outros browsers pode variar e at mesmo resultar na perca de certas funcionalidades como verificado com o uso do Internet Explorer Inicialmente o utilizador abre o br
19. 43 00 00 00 00 88 Interface gr fico do ZENA Network 88 5 5 Hardware Utilizado 5 5 1 PIC24FJ128GA010 O PIC24 uma familia de microcontroladores relativamente recentes de 16 bits com ritmos de 16 ou 40 MIPS dispondo de in meros perif ricos S o microcontroladores de fun es gerais general purpose e contam com diversas inova es recentemente introduzidas pela Microchip como o PSV Program Space Visibility ou mesmo o PPS Peripheral Pin Select A Figura 5 8 mostra o seu diagrama de blocos USE On the Go 16 256 KB 416KB Aos Flash gt RAM ADC 10 bit 16 ch ji Analog Comp 23 dar A T Watchdog GP HU 16 bit Timers 16 MIPS 16 bit Core Input Capture 16 bit ALU g sng jeoydiied UART 2 4 jaja S Ud jeueyowed Out Comp J PWM SPI 2 3 POr 2 3 RTCC PMP CRC Figura 5 8 Diagrama de blocos PIC24F extraido de Microchip 09 5 5 2 Placa Explorer16 A placa Explorer 16 uma placa de desenvolvimento de baixo custo que permite a utiliza o das fam lias mais recentes da Microchip como os PIC 24 dsPIC e PIC32 Esta disponibiliza alguns componentes para desenvolvimento e teste como interruptores leds um potenci metro display LCD Liquid Crystal Display sensor de temperatura e interface s rie para comunica es A sua versatilidade reside no modo como permite a f cil montagem dos diversos microcontroladores atrav s de PIMs Plug In Module ou seja cada microcontrola
20. Ap s explicado o mecanismo de disparo explica se o funcionamento da RdP apresentada na Figura 3 18 Inicialmente o processo 1 pretende comunicar com o processo 2 Depois de enviada a mensagem o processo 1 fica espera de confirma o acknolowdge e a mem ria interm dia buffer que partilhada pelos dois fica cheia Deste modo o lado do processo 2 pode receber a mensagem e em seguida enviar o acknolowdge Como o lado processo 1 j estava espera deste recebe o acknolowdge e executa novamente o processo 1 Logo em seguida a RdP volta ao estado inicial com O processo la querer enviar eo processo 2a querer receber uma mensagem 59 3 2 5 Modela o com Rede de Petri Ao modelar um sistema atrav s de uma RdP estamos a criar uma interpreta o da rede n o confundir com RdP interpretada essa interpreta o ou significa o que efectua a liga o do modelo abstracto que qualquer RdP representa com o sistema concreto que se pretende modelar Barros 96 As Rdp t m a capacidade de modelar e visualizar v rios conceitos Lino 03 e Paralelismo e Concorr ncia e Localidade e Conflito e Partilha de recursos e Sincroniza o e Memoriza o e Limita o de recursos e Teste marca o Num modelo de fluxo de dados dataflow os operadores s o activados pela chegada dos operandos Nas RdP os operandos representam se atrav s das marcas nos lugares e os operadores encontram se associados a tra
21. Design 2007 R amp D Project POSC EIA 61364 2004 com o apoio FCT Funda o para a Ci ncia e a Tecnologia http www uninova pt fordesign Acedido em Janeiro 2009 HAI 09 Home Automation Inc http www homeauto com Acedido em Janeiro 2009 IEEE 06 Wireless Medium Access Control MAC and Physical Layer PHY Specifications for Low Rate Wireless Personal Area Networks WPANSs 2006 www ieee802 org 15 pub TG4 html Acedido em Janeiro 2009 INSTEON 05 INSTEON The Details 2005 http www insteon net pdf insteonthedetails pdf Acedido em Janeiro 2009 KNX 09 KNX Association http www knx org Acedido em Janeiro 2009 143 Manzano 04 Jos Navarro Manzano Revis o e Discuss o da Norma ISO 5807 1985 Faculdade Cantareira S o Paulo 2004 http www manzano pro br alunado navarro pdf Acedido em Janeiro 2009 Marranghello 05 Marranghello Norian Redes de Petri Conceitos e Aplica es Departamento de Ciencias De Computa o e Estat stica Universidade Estadual Paulista http www dcce ibilce unesp br norian cursos mds ApostilaRdP CA pdf Acedido em Janeiro 2009 Microchip 09 Microchip Technology Inc http www microchip com Acedido em Janeiro 2009 Moen 03 Moen Anders Introduction to Petri Nets 2003 http www ifi uio no dbsem 2003vaar html Acedido em Janeiro 2009 Noritake 09 Noritake KBC56A http www kbc56a com Acedido em Janeiro 2009 Nunes
22. Hist rico das Redes de Petri O conceito das Redes de Petri surgiu em 1962 quando Carl Adam Petri apresentou a sua disserta o de Doutoramento Faculdade de Matem tica e F sica da Universidade T cnica de Darmstadt na Alemanha Petri 62 Petri Nets World 2007 Esta nao foi uma disserta o convencional na medida em que n o tentava resolver um problema espec fico nem elaborar uma nova teoria Em vez disso Petri apresentou uma variedade de ideias e propostas acerca dos fundamentos da inform tica De modo a fundamentar as suas ideias inovadoras Petri apresenta um conceito de como resolver um problema muito conhecido na altura a quest o das fun es recorrentes Dada uma fun o f definida por recorr ncia e n um argumento f n pode exigir um maior n mero de recursos do que os existentes Petri prop em uma solu o atrav s de uma arquitectura modular em que cada m dulo teria que funcionar independentemente e todo o sistema funcionaria de modo ass ncrono Esta arquitectura idealizada por Petri tem muitos aspectos em comum com as arquitecturas GALS actuais como se verifica mais frente na sec o 4 desta disserta o O seu trabalho tinha como objectivo desenvolver um formalismo em que as m quinas de estado fossem capazes de comunicar entre si Pouco depois Petri apresenta outro trabalho Petri 63 em que prova que a sua constru o arquitectura computacionalmente universal Ao longo dos seus estudos Petri utili
23. MAC e camada f sica PHY para redes sem fios de rea pessoal de baixo ritmo Low Rate WPANS O ZigBee est estruturado em camadas tal como o bem conhecido modelo OSI Open Systems Interconnection Processador RF Transceptor Figura 1 10 Pilha de camadas ZigBee adaptado de Masters 08 Na Figura 1 10 observam se as duas camadas mais baixas a camada MAC e a F sica Estas s o descritas pela norma IEEE 802 15 4 e que muitas vezes v m embutidas nos transceptores transceivers dispon veis no mercado A camada de Rede e os mecanismos de encripta o s o descritos pelo protocolo ZigBee Muitos dos fabricantes destes componentes disponibilizam a Stack ZigBee elaborada por exemplo a Mirochip e a Texas Instruments de forma a simplificar a vida dos engenheiros J a 31 camada de aplica o elaborada livremente pelos programadores conforme os requisitos do sistema Outro aspecto importante que o ZigBee tem uma grande preocupa o quanto poupan a de energia visto a grande maioria dos seus dispositivos operarem a baterias J o Bluetooth um protocolo que n o tem essa preocupa o e muito rapidamente gasta a energia de uma bateria como se sabe pela experi ncia nos telem veis O ZigBee define tr s tipos de n s de rede e Coordenador ZigBee ZigBee Coordinator FFD e Encaminhador ZigBee ZigBee Router FFD e Dispositivo Terminal ZigBee ZigBee End Device RFD Estes tr s tipos de
24. Muttersbach et al OO Mais tarde foi desenvolvido o conceito de inv lucro encapsulamento ass ncrono asynchronous wrapper AW Yun Donohue 96 que permitiu mais flexibilidade na transfer ncia de dados que o PCC Muttersbach et al 00 As implementa es actuais fazem uso destes conceitos com algumas altera es 4 2 Conceitos dos Sistemas GALS Existem v rias concretiza es de sistemas GALS Muitos trabalhos utilizam o conceito de AW Muttersbach et al 00 Royal Cheung 03 Najibi et al 05 Krstic et al 06 outros prop em algumas altera es como os synchro tokens Heath et al 05 Neste cap tulo v o ser descritos mais em pormenor os conceitos apresentados pelas refer ncias Muttersbach et al 00 e Najibi et al 05 71 O grande problema com os m dulos sincronos embutidos passarem para um ambiente assincrono conseguir a transforma o entre dois paradigmas distintos de sincroniza o Muttersbach et al 00 As transi es de sinal no dominio assincrono n o s o afectadas por nenhuma grelha temporal portanto o comportamento de metaestabilidade nos biest veis flip flops dos m dulos localmente s ncronos LS prov vel Metaestabilidade um problema que ocorre quando um dado ou uma entrada de controlo mudado no momento do pulso do sinal de rel gio originando um comportamento imprevis vel na sa da Quando acontece leva muito mais tempo que o seu normal para estabilizar no seu estado cor
25. SEGURAN A ELECTR NICA Editado pela Ordem dos Engenheiros ISBN 978 972 98843 8 2 2006 Chapiro 84 D M Chapiro Globally Asynchronous Locally Synchronous Systems Ph D thesis Stanford University 1984 136 Cheong et al 03 E Cheong J Liebman J Liu and F Zhao TinyGALS A programming model for event driven embedded systems Proceedings of the Eighteenth Annual ACM Symposium on Applied Computing ACM P gs 698 704 2003 Cheong Liu 04 Elaine Cheong Jie Liu galsC A Language for Event Driven Embedded Systems Technical Memorandum UCB ERL M04 7 Universidade da California Berkeley 2004 Concei o 04 Concei o Paulo Alexandre Meira da De Casos de Uso a Redes de Petri Uma aplica o monitoriza o de edif cios Disserta o de Mestrado em Engenharia Inform tica na Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa 2004 Cortadella et al 96 Jordi Cortadella Michael Kishinevsky Alex Kondratyev Luciano Lavagno Alex Yakovlev Petrify a tool for manipulating concurrent specifications and synthesis of asynchronous controllers XI Conference on Design of Integrated Circuits and Systems 1996 Dasgupta Yakovlev 06 Sohini Dasgupta Alex Yakovlev Modeling and Performance Analysis of GALS Architectures System on Chip 2006 International Symposium Pags 1 4 ISBN 1 4244 0621 8 2006 Dasgupta Yakovlev 07 S Dasgupta e A Yakovlev C
26. Tabela 3 1 As redes IOPT foram formalmente apresentadas em Gomes et al 07 embora este conceito j existisse algum tempo antes As redes IOPT estendem a classe de RdP Lugar Transi o na medida em que permitem interac es entre a rede modelo com o meio externo Assim o meio externo cont m entradas e sa das de eventos e sinais Deste modo permitem o uso de sinais e eventos externos de entrada bem como eventos de sa da associados as transi es e ainda a especifica o de sinais externos de sa da associados a lugares Quanto a classifica o estas s o redes n o aut nomas Em Gomes et al 07 s o apresentadas as defini es propriedades e caracter sticas desta nova classe S o ainda apresentadas as ferramentas de desenvolvimento para as redes IOPT Estas redes permitem a sua representa o em PNML o que facilita o desenvolvimento de ferramentas de apoio a esta classe 3 2 7 PNML O PNML Petri Net Markup Language um formato de representa o de RdP Este baseado no XML Extensible Markup Language que especifica diferentes campos atributos atrav s de etiquetas tags tal como no HTML O PNML surge com os trabalhos apresentados em J ngel et al 00 e Weber Kindler 02 como a norma de representa o para as RdP Atrav s de um formato nico e universal possivel uma maior portabilidade das RdP entre ferramentas e projectos O PNML apresenta se com os seguintes princ pios Legibilidade este formato
27. a cerca de 19 Najibi et al 05 Na refer ncia Meincke et al 98 indicado que em termos de consumo a utiliza o de sistemas GALS em arquitecturas VLSI pode levar a uma redu o do consumo energ tico de 30 J em lyer Marculescu 02 apresenta se uma redu o no desempenho do circuito usando o sistema GALS isto devido aos handshakes Foram implementados dois processadores para os testes Atrav s da Figura 4 6 e Figura 4 5 pode se verificar as diferen as em termos do sinal de rel gio do processador sincrono base e o processador GALS Figura 4 5 Processador s ncrono base Figura 4 6 Processador GALS extra do de extra do de lyer Marculescu 02 lyer Marculescu 02 76 Estes testes foram divididos em dois ensaios e O processador base versus o GALS com todos os m dulos mesma frequ ncia e alimenta o e O base versus o GALS com v rias frequ ncias e alimenta es Nestes testes foram ainda executados diferentes algoritmos nos processadores para que o teste fosse mais representativo Os resultados para o primeiro ensaio s o apresentados nas Figura 4 7 e Figura 4 8 o TE do E PPP E CO g E Denna PRN E A ERR E 5 PERTTI gt o BEET E Eaa Figura 4 7 Desempenho do processador GALS Figura 4 8 M dia de slip extra do de relativo ao de base de lyer Marculescu 02 lyer Marculescu 02 Atrav s da Figura 4 7 verifica se que h uma perda de desempenho ao utilizar
28. ainda activar alarmes quando os dados vitais do paciente sa rem de certos limites Por sua vez no Hospital as WSN permitiriam localizar facilmente m dicos ou pacientes e continuar a monitorizar os dados vitais do paciente 46 No dom nio das habita es existem in meras aplica es j abordadas anteriormente Na monitoriza o de edif cios as WSN podem avaliar o estado do edif cio e prevenir para uma eventual derrocada ou acidente grave atrav s da monitoriza o das paredes funda es e juntas de dilata o do edif cio como feito nas barragens Outra aplica o na preven o de cat strofes Por exemplo os sism logos podem monitorizar a propaga o das ondas sismicas em diferentes areas ao pormenor e at avaliar a reac o dos edif cios a estas e detectar falhas Aplica es Industriais Na rea industrial as WSN podem ser utilizadas por exemplo numa linha de montagem para monitorizar o estado de equipamentos ou as condi es de trabalho em termos do ambiente na zona de labora o Outras aplica es surgem na rea da seguran a e monitoriza o de objecto por exemplo em museus ou galerias de arte Heidemann Govindan 05 Gupta et al 06 Dulman et al 06 47 3 Formalismos de Modela o A import ncia da fase de especifica o de um sistema pode se relacionar com complexidade do sistema a definir Os sistemas embutidos encontram se cada vez mais complexos devido a diversos factores ent
29. as aplica es JAVA t m uma apresenta o ligeiramente diferente De modo a simular a introdu o de uma regra foi adicionado c digo para introduzir a regra ao fim de uns segundos quando os n s j se encontram registados Esta regra define uma ac o para quando o sensor de temperatura do passar os 30 no n com ID 1 e um proac o quando o valor volta abaixo desse limite Assim ap s o registo dos dois n s foi variado o valor da temperatura para cima dos 30 e depois para baixo Como se pode verificar na Figura 6 19 o n um ap s ter enviado um ACKN com o valor acima do limite recebeu uma ac o com o valor O Em seguida variou se o valor da temperatura e quando o n respondeu ao pr ximo REQ com ACKN recebeu a proac o com o valor 2 Neste teste pode se verificar que o segundo n continuou o seu funcionamento normal independentemente da actividade do outro ta Broadcom 440x 10 10 tegrated Controller Mik soft s Packet Schedule apturine Wireshark _ File Edit View Go Capture Analyze Statistics Help l PC Simulator Joe ZA eae Node A Sweoemeei enB amp Be 7rBEB AQAQaesesii Filter udp v Expression Clear Apply ID 1 No Time Source Destination Protocol Info Temperature m 10 C ACKN Presence e RCV ACKN ID 1 RCV REQUEST ID 1 RCV REQUEST ID 1 RCV ACTION ID 1 Value 2 RCV REQUEST ID 1 RCV ACTION ID 1 Value O RCV REQU
30. coordenador de rede no qual ser implementada toda a intelig ncia controlo decis o e gest o da rede Por sua vez os n s da rede ser o modelados atrav s das RdP e utilizando o PNML associado ser gerado o c digo C a implementar nos microcontroladores O sistema dever ter a capacidade de recolher informa es dos seus sensores e actuar em situa es condi es espec ficas dever ser capaz de executar tarefas agendadas e ainda disponibilizar toda a informa o do estado do sistema remotamente atrav s de uma p gina Web Esta p gina Web ser o interface com o utilizador permitindo a configura o de todo o sistema assim como execu o de tarefas manualmente A topologia de rede ser a apresentada na Figura 6 1 Pode se observar o coordenador no centro da rede de modo a alcan ar todos os n s Os n s ir o capturar informa es dos seus sensores enviando as para o coordenador Estes ir o ainda accionar os seus actuadores quando o coordenador assim o ordenar 94 x A 3 Figura 6 1 Topologia da rede O esquema de interac es entre estes elementos ser efectuado atrav s de uma troca de mensagens Estas interac es ser o especificadas atrav s de um protocolo Para se ter uma ideia destas interac es a Figura 6 2 demonstra o tipo de comunica o entre estes elementos O protocolo em si ser abordado mais frente de referir ainda que nesta rede o coordenador toma o papel principal s
31. custo Relativamente aos transceptores h bastante oferta no mercado Todos os fabricantes de microcontroladores mencionados acima disponibilizam tamb m estes transceptores Existem ainda solu es que juntam tudo num objecto nico por exemplo os SoC System on Chip da Ember Em Varchola Drutarosky 07 e K rber et al 05 apresentado um quadro comparativo destas solu es No trabalho desenvolvido nesta disserta o foram utilizados os microcontroladores PIC24F128GA010 e PIC18F4620 da Microchip e os transceptores foram os MRF24J40 da Microchip tamb m Os sensores acompanharam a evolu o tecnol gica e a miniaturiza o dos sistemas Com a prolifera o de sistemas MEMS muitos sensores foram incorporados nas plataformas dos n s motes Existem no mercado muitos fabricantes que disponibilizam pequenos sensores com a tecnologia MEMS Muitos destes fabricantes est o segmentados conforme a rea de aplica o Apenas alguns est o centrados na rea das WSN por exemplo a Ember e Millenial Net Heidemann Govindan 05 41 2 3 Software A parte do software tem sido profundamente estudada pois nela que se tenta resolver os maiores desafios destes sistemas Por exemplo pretende se modelar um comportamento que n o desgaste as baterias com per odos de adormecimento do hardware bem geridos que atrav s dum protocolo robusto mantenha uma rede complexa e ainda que tenha a capacidade de interagir com o ambiente envolvente
32. da seguran a climatiza o ilumina o irriga o multim dia etc 2 Sensores para a seguran a da casa 3 Ilumina o com modos predefinidos por exemplo para ver um filme ou para tomar a refei o 4 Sistema multim dia que pode ser partilhado para todas as divis es 5 C maras de vigil ncia que podem ser visionadas em qualquer altura em qualquer divis o 22 6 Gest o de energia 7 Termostato para a climatiza o 8 Liga o do sistema Internet de modo a que o sistema esteja acess vel em qualquer parte do mundo 9 Liga o do sistema rede telef nica de modo a que seja tamb m acess vel pela linha telef nica 10 Sensor de movimentos para a detec o de intrusos 11 Detec o de ve culos de modo a que com a aproxima o de algu m as luzes se acendam e surjam no ecr as imagens da c mara no exterior 12 Sistema de irriga o gerido pelo sistema Com programas estabelecidos que podem ser interrompidos em dias de chuva 13 Gest o dos ciclos da piscina para a manuten o da qualidade da gua 1 2 Conceitos e Arquitecturas Um sistema dom tico composto por v rios n s que espalhados pelo edif cio formam uma rede Estes n s instalados em locais espec ficos conforme as suas fun es podem ser agrupados de acordo com a seguinte classifica o e Sensores n s que apenas recolhem informa o e a enviam para outro n Por exemplo um n que apenas recolhe inform
33. deve ser leg vel e edit vel por humanos atrav s de qualquer editor de texto Universalidade o formato n o deve excluir nenhuma vers o das RdP Dever ser poss vel a representa o de qualquer RdP com qualquer tipo de extens o 64 Mutabilidade este formato deve permitir representar toda a informa o poss vel de uma RdP at mesmo se o tipo de RdP for desconhecido Deste modo o formato deve representar os princ pios comuns das RdP Weber Kindler 02 Atrav s da utiliza o do XML garante se a legibilidade enquanto que a universalidade implementada atrav s da defini o das etiquetas valores e combina es de valores autorizadas num arquivo chamado Petri Net Type Definition PNTD J a mutabilidade garantida atrav s de conven es que definem conjuntos de etiquetas permitidas Um factor que foi tido em conta foi o facto dos sistemas reais serem demasiadamente grandes para que o seu desenho caiba numa p gina apenas Assim as ferramentas de desenho t m mecanismos para edi o de sistemas grandes atrav s de dois mecanismos de estrutura o a refer ncia a p ginas e atrav s de m dulos Weber Kindler 02 Na refer ncia de p ginas ou PNML estruturado Structured PNML cada rede uma p gina e cada p gina pode referenciar outras sendo assim poss vel fazer uso de redes que se encontram noutras p ginas Utilizando PNML modular Modular PNML cada rede um m dulo Assim cada m dulo pode
34. documentando e relacionado todo o c digo A documenta o de c digo algo fundamental para o mundo da programa o pois facilita a legibilidade e compreens o do c digo feito por outros ou mesmo por n s ha algum tempo Deste modo facilita a passagem de c digo entre projectos com pessoas diferentes sendo por vezes algo exigido no mundo empresarial Esta ferramenta permite a gera o da documenta o em formato HTML facilitando a distribui o da documenta o online ou ainda no formato LaTeX Este ltimo um formato muito usado na documenta o cient fica ou profissional e permite ainda a gera o da documenta o para o formato PDF 5 4 Ferramentas de Debug 5 4 1 Wireshark O Wireshark antigo Ethereal uma conhecida ferramenta de monitoriza o de rede sniffer que permite a captura de pacotes recebidos e enviados por um controlador de rede Esta ferramenta permite n o s a captura como a disseca o dos v rios campos de cada protocolo e ainda diversas an lises e ferramentas de diagn stico D suporte aos protocolos mais utilizados e conhecidos mas tamb m a muitos outros Na Figura 5 5 apresenta se um exemplo de uma captura utilizando esta ferramenta 87 E e EM fes Go Cote frio Gee pap Eua cosa Baro Fl HP aaqgeenese xo Frasa 120 06 bytes on wire 66 bytes captured a Ethernee I seco Intel itefile O0sleiderthief so Ost Secwetwolte ser iad GOL DST tel er a
35. e Controlo de ilumina o Controlando cada l mpada da casa permitindo um ajuste energ tico preciso Por exemplo ao configurar se cada l mpada segundo um hor rio de actividade permitido elimina se a possibilidade de estas ficarem acesas 20 noites inteiras por esquecimento Ou ainda atrav s da instala o de sensores permitir que a l mpada esteja acesa apenas durante a presen a de uma pessoa e Limpeza autom tica da casa Configurando o hor rio de funcionamento do sistema de aspira o central por exemplo durante a tarde quando ningu m est em casa evita o inc modo do ru do e possibilita que a casa se encontre limpa quando as pessoas regressam e Confec o de refei es Programando o hor rio de funcionamento do forno permite que a comida previamente preparada esteja pronta hora de regresso das pessoas a Casa e Irriga o de plantas Configurando o sistema de rega permite que em per odos pr definidos seja fornecida a quantidade exacta de gua as plantas Este sistema pode evitar esquecimentos ou ainda ser muito til em per odos de f rias e Alimenta o autom tica de animais dom sticos Utilizando um dispositivo que a horas pr definidas liberta uma por o de ra o ao animal e Seguran a Instalando sensores em pontos estrat gicos permite accionar um sistema de alarme perante a presen a de intrusos ou efectuar o controlo de acessos de forma a gerir o tr fego de pessoas nomea
36. gostam e acostumados est o 15 A possibilidade de visitar um equipamento remotamente atrav s da Internet uma ferramenta extremamente poderosa e com in meras potencialidades Tanto a telemetria como o controlo remoto s o reas muito interessantes A inclus o desta funcionalidade ao trabalho desenvolvido foi sem d vida motivadora J a comunica o sem fios por RF tamb m uma caracter stica cativante Actualmente pode se verificar que as tecnologias sem fios t m tido uma prolifera o e aceita o muito grande Aplicado aos sistemas embutidos vemos e aguardamos o papel que por exemplo o RFID poder vir a ter na nossa sociedade De certo modo a motiva o para esta disserta o surge com os recentes e grandes avan os na rea dos sistemas embutidos que aliados aos interesses pessoais constituem um factor impulsionador ao desenvolvimento deste trabalho Mas n o s o apenas estes que motivam esta disserta o A possibilidade de modelar partes do sistema atrav s de RdP e gerar o c digo que a implementa algo extremamente aliciante Por vezes certos formalismos e modela es parecem n o ter equival ncia aplicabilidade em sistemas reais Essa falha na concretiza o de certos modelos pode ser desmotivante Neste caso extremamente motivador o uso de um formalismo de modela o que implemente na realidade o modelo descrito Ferramentas deste tipo podem ser um factor decisivo no uso e aplica o de formalismos
37. momento a evolu o do modelo ser c clica se o n n o perder comunica o com o coordenador Daqui o modelo pode seguir quatro caminhos Se receber um REQ este vai enviar um ACKN e voltar ao lugar anterior se receber um ACT vai actuar enviar o ACKN e voltar ao mesmo lugar se passar um tempo especifico sem receber nenhuma mensagem do coordenador vai tentar registar se de novo na rede Se o novo registo for bem sucedido volta ao ciclo normal sen o aguarda interven o do utilizador instalador Se nenhum dos tr s caminhos transi es anteriores estiver habilitado o modelo permanece no mesmo lugar aguardando Uma vez modelada a RdP no SnoopylOPT criou se o ficheiro PNML Este PNML descreve o modelo da RdP e funciona como ponto de interliga o para algumas ferramentas nomeadamente o gerador de c digo C Assim utilizou se a ferramenta PNML2C e gerou se o c digo C que implementa a RdP Com o modelo da RdP gerado passou se a integra o com os outros m dulos Como este c digo representa uma RdP IOPT a sua integra o numa arquitectura destas 121 deveras facilitado Foi apenas necess rio definir como os sinais de entrada e sa da do modelo interagem com os outros m dulos Este processo foi facilitado mais uma vez gra as a modulariza o do sistema a implementar Foi ainda necess rio adicionar os bits de configura o do PIC e outras especificidades ao projecto em si Posto isto o sistema estava pronto para se iniciare
38. ncias conforme as nossas necessidades em cada m dulo Por outro lado como este sinal de rel gio pode ser controlado poss vel estend lo estic lo de modo a que se uma transmiss o de dados ocorrer muito pr ximo de uma transi o do sinal de rel gio possamos estender este evitando assim o problema de metaestabilidade Muttersbach et al 00 Na Figura 4 2 pode se observar um m dulo funcional de um sistema GALS com apenas uma porta de entrada e sa da mas poss vel usar um n mero de portas qualquer Encapsulamento Assincrono Dados Dados i 7 M dulo Localmente En f Porta de sincrono Porta de Entrada Sa da k k Sinais de handshake Sinais de hands hare Pousoble clock A Ali o A Figura 4 2 M dulo funcional num sistema GALS adaptado de Muttersbach et al 00 Outra vantagem da utiliza o de AWs o facto de fornecer uma organiza o interna modular permitindo assim a cria o de v rios modelos de modo a gerar uma biblioteca de m dulos independentes todos funcionais entre si 4 2 2 Controlador de Portas Para circuitos globalmente ass ncronos necess rio usar se um esquema de comunica o assincrona Neste tipo de comunica es podem se usar protocolos de handshake de duas ou quatro fases Sparso Furber 02 As linhas de dados est o agrupadas com uma linha de request que sinaliza a valida o dos dados no canal V rios trabalhos apresentam dois tip
39. o Figura 3 4 Entrada Manual Figura 3 5 Exibi o Figura 3 6 Documento Figura 3 7 Dados Figura 3 8 Dados Gravados Figura 3 9 Prepara o Figura 3 10 Processo Predefinido Figura 3 11 Opera o Manual Figura 3 12 Conector Figura 3 13 Linha Figura 3 14 Exemplo de Fluxograma Figura 3 15 Lugar Figura 3 16 Transi o Figura 3 17 Arco Figura 3 18 Exemplo de uma Rede de Petri adaptado de Murata 89 Figura 3 19 Rede de Petri marcada extra do de Reis 08 Figura 3 22 Disparo de uma transi o arcos com pesos Figura 3 20 Transi o desabilitada Figura 3 21 Disparo de uma transi o a situa o inicial b situa o ap s o disparo Figura 3 23 Paralelismo Figura 3 24 Conflito Figura 3 25 Confus o Figura 3 26 Sincroniza o Figura 3 27 Gest o de recursos Figura 3 28 Lugares complementares Figura 3 29 Mem ria Figura 3 30 Arco de teste Figura 3 31 Ferramentas Fordesign adaptado de Fordesign 07 10 22 26 26 27 27 29 29 30 30 31 39 41 50 51 51 51 51 51 51 51 51 52 52 52 52 52 55 56 56 57 58 59 59 59 60 61 61 61 61 62 62 62 66 Figura 3 32 Exemplo de diagrama de casos de uso adaptado de Rumbaugh et al 99 Figura 3 33 Exemplo de diagrama de sequ ncia adaptado de Rumbaugh et al 99 Figura 4 1 Comunica o ass ncrona entre m dulos adaptado de Muttersbach et al
40. o Schedule e a adicionar a nova tarefa como apresentado na Figura 1 3 tamb m poss vel remover tarefas existentes apenas poss vel adicionar tarefas para n s j registados na rede e para datas futuras Mostra se ainda o tempo actual do sistema pois ao aceder remotamente o utilizador pode n o o ter presente Conforme a escolha do dispositivo a accionar as op es do valor v o sendo alteradas O nome do dispositivo na realidade um n mero que define o tipo mas este depois substitu do por um texto existente no XML utilizando AJAX Estes automatismos garantem um interface din mico e apelativo ao utilizador O utilizador deve ainda ao adicionar uma tarefa escolher a sua prioridade conforme a necessidade 146 Domotic System Scheduled Tasks The current system Time Date Dec 04 2008 Time Thu 09 17 49 There are 1 action scheduled om Tre 0 vane 0 TV 1 1 2008 12 25 10 30 30 HH MM SS 12 v 45 30 m Date YY MM DD 2008 m 12 v 26 m Action Destination 2 v Device AC wl Value 25 v Priority Nomai e Copyright 2008 Gus FCT Technology Figura 1 0 3 Sec o das tarefas agendadas De modo a definir o conjunto de regras o utilizador deve aceder sec o Rules A pode adicionar e remover regras como se pode ver na Figura 1 4 Mais uma vez medida que certos campos v o sendo preenchidos as op es v o sendo alteradas O utiliza
41. para o envio das tramas Este mecanismo consiste no coordenador enviar as tramas para um porto baseado no ID de quem quer enviar Assim as mensagens v o para o porto definido por K IDdestino K 122 um n mero constante Ao lan ar as v rias aplica es JAVA atrav s do batch este passa como argumento o porto em que cada aplica o se deve por a escuta Na Figura 6 18 mostra se um teste efectuado com apenas um n Neste teste observa se o n a enviar uma mensagem HELLO ao qual o coordenador responde atribuindo lhe um ID Imediatamente a seguir o coordenador envia um REQ de modo a obter informa es sobre os sensores do n e este responde com ACKN Pode se observar que este processo repete se aproximadamente de cinco em cinco segundos Se observarmos com cuidado na realidade de cinco em cinco segundos mais um atraso vari vel Este atraso surge porque o m dulo Status utiliza o RTCC para marcar os sensores desactualizados e como referido anteriormente o RTCC actualiza o tempo por polling e n o por interrup o resultando sempre em ligeiras varia es temporais Outro atraso introduzido neste mecanismo que ap s o Status marcar os n s desactualizados o ACOM que posteriormente ir detectar esses n s e enviar um REQ O tempo que o ACOM demora desde a marca o do Status ao envio do REQ sofre de ligeiras varia es conforme a actividade dos outros m dulos do sistema Este atraso para as aplica es em quest o com
42. regras Figura 1 0 5 Sec o do estado dos sensores 126 127 130 131 131 132 145 146 147 148 149 12 ndice de Quadros Tabela 3 1 Classes das RdP Lino 03 Tabela 6 1 Formato do tempo no RTCC adaptado de PIC24F 07 Tabela 6 2 M scaras de Alarme do RTCC adaptado de PIC24F 07 Tabela 7 1 Custo das ferramentas de desenvolvimento Tabela 7 2 Custo dos componentes 13 63 102 103 133 134 Introdu o Objectivos Esta disserta o centra se em dois objectivos principais O primeiro objectivo o projecto desenvolvimento e implementa o de um sistema que forme uma rede de sensores actuadores O segundo objectivo consiste na valida o da ferramenta de gera o autom tica de c digo PNML2C A rede de sensores dever ser capaz de recolher informa o dos seus v rios elementos e reagir conforme situa es espec ficas Este sistema dever desempenhar fun es quer no mbito da dom tica quer no mbito das redes de sensores sem fios Wireless Sensor Networks WSN Nesta rede existir um elemento designado coordenador onde residir toda a intelig ncia do sistema Cada elemento representa um subsistema que quando associado a outros formam uma rede Al m deste existir o os n s que ir o recolher informa o dos sensores enviando a ao coordenador e accionar se necess rio os seus actuadores A comunica o entre estes elementos dever ser efectuada sem fios por r dio fre
43. s o diferentes da do coordenador pois estes s o uma vers o mais antiga 116 Figura 6 14 Hardware do n Como previamente referido a modela o dos n s ser elaborada atrav s de RdP Este modelo ser nico para todos os n s ou seja comportamentalmente cada n ser id ntico aos outros Estes ir o variar sim no seu tipo e consequentemente nos sensores e actuadores que disp em Deste modo existe apenas uma op o que pode ser por software ou mesmo atrav s de um jumper que ir definir ao sistema que tipo de n sabendo assim quais os seus sensores actuadores e como os controlar Application Figura 6 15 Diagrama de blocos do n Em termos de software n o necess ria uma arquitectura t o complexa como a do coordenador Nesta arquitectura haver apenas tr s m dulos Na Figura 6 15 os m dulos mais abaixo s o os que interagem directamente com o hardware O m dulo RF controla o transceptor de modo a enviar e receber mensagens J o m dulo SenAct 117 o que vai capturando a informa o dos sensores e quando recebe ordens acciona os seus actuadores Por sua vez o m dulo Application onde vai estar todo o controlo deste sistema Este vai consistir numa m quina de estados que implemente o comportamento desejado Foi ent o necess rio desenhar especificar este modelo inicialmente atrav s de um fluxograma e posteriormente atrav s de RdP Na Figura 6 16 apresenta se o fluxograma
44. se o sistema GALS A Figura 4 8 mostra a m dia de slip Slip o tempo m dio gasto por cada instru o desde a prepara o fetch at ao commit stage Verificou se um aumento de cerca de 65 de slip J em rela o aos consumos a Figura 4 9 apresenta o consumo total de energia relativo e a m dia de energia consumida do processador GALS em rela o ao de base Na maioria dos testes a elimina o do sinal de rel gio global resulta em alguma poupan a na dissipa o de pot ncia por ciclo 77 Energia Pot ncia Relativa Figura 4 9 Consumo do processador GALS relativo ao de base extra do de lyer Marculescu 02 No segundo ensaio testou se o resultado de abrandar alguns dom nios do sinal de rel gio Observa se que h benef cios em termos de consumo mas algumas perdas na efici ncia cerca de 18 Assim conclui se que o abrandamento n o pode ser gen rico este depende da fun o do m dulo e do algoritmo a executar pelo programa principal Aplicando abrandamentos selectivos podemos maximizar o desempenho do sistema lyer Marculescu 02 4 4 Vantagens e desvantagens Os sistemas GALS trazem algumas vantagens e desvantagens em rela o aos sistemas s ncronos tipicamente utilizados O uso de arquitecturas GALS abre um leque de oportunidades e vantagens no desenho de sistemas Dum ponto de vista s ncrono fornece uma completa liberdade das limita es temporais de cada m dulo e faz isso sem os receio
45. um sinal de rel gio clock Este simples princ pio pode ser bastante limitativo Num sistema distribu do de tempo real ter um sinal de rel gio 70 global a todos os m dulos pode ser demasiado dispendioso ou mesmo impratic vel Num sistema escala nanom trica o atraso de propaga o do sinal de rel gio ao longo do circuito integrado Integrated Circuit IC pode se traduzir num grande obst culo Mousavi et al 04 Devido a redu o do tamanho das tecnologias de implementa o e ao aumento da dimens o dos desenhos cada vez mais dif cil distribuir um sinal global de rel gio Os sistemas assincronos n o t m esta depend ncia Assim sendo de prever uma mudan a de paradigma de sincrono para assincrono por parte da ind stria dos processadores num futuro pr ximo neste contexto que o estudo de sistemas GALS se torna relevante lyer Marculescu 02 Inicialmente o esquema proposto por M D Chapiro Chapiro 84 baseava se em alguns princ pios impratic veis em desenhos modernos mas foi o seu trabalho que foi a base de v rios trabalhos recentes Muttersbach et al 00 Em 1996 foi criado um sinal de rel gio capaz de se pausar Pausable Clock Control PCC Yun Donohue 96 o que permitia a transfer ncia de dados entre m dulos com diferentes sinais de rel gio Assim conseguiu se estender o sinal de rel gio e fazer uso de handshake entre m dulos O uso do PCC estava limitado a sistemas reduzidos
46. vida da bateria Para resolver este obst culo necess ria uma abordagem radical ao consumo de energia dos n s das WSNs devido a estas dificuldades e restri es t o exigentes que estes sistemas s o levados metodologia de desenho de arquitecturas GALS Fern ndez et al 07 80 4 6 Enquadramento Embora os sistemas GALS n o estejam directamente envolvidos no trabalho elaborado nesta disserta o est o relacionados com os conceitos aqui aplicados Em Brauer Reisig 06 explica se que os trabalhos iniciais de C A Petri basearam se muito no dominio do assincronismo S o referidos trabalhos de Petri em que o conceito era constitu do por m dulos comunicando entre si num ambiente assincrono Petri sempre se empenhou em demonstrar as vantagens duma modela o assincrona e destes sistemas em vez de sistemas s ncronos referido que Petri defende que num ambiente ass ncrono n o faz sentido a modela o atrav s de modelos sequenciais E neste contexto que as RdP como as conhecemos hoje surgiram assim que de forma n o explicita as RdP est o relacionadas com a filosofia dos sistemas GALS Parece ainda que o C A Petri foi um dos pioneiros de uma arquitectura assincrona com m dulos funcionais 1962 enquanto que o conceito GALS surge em 1984 A modela o por RdP parece a mais natural e indicada para sistemas com uma arquitectura GALS A utiliza o das RdP extremamente util e apropriada para a sincroniz
47. 0 09 EuroX10 09 1 3 3 INSTEON A tecnologia INSTEON utiliza dois meios de comunica o a rede el ctrica e a RF Os engenheiros da SmartLabs Inc analisaram os protocolos j existentes e criaram uma solu o mais robusta Como o X10 um protocolo amplamente utilizado decidiram suport lo pela rede el ctrica e conferir robustez e comodidade aos utilizadores atrav s da comunica o RF Os dispositivos INSTEON transmitem os comandos pela linha el ctrica e ainda por RF formando assim uma rede Ao contr rio de outras solu es como Zigbee ou Z Wave devido sua complexidade nos algoritmos de encaminhamento a rede INSTEON implementa uma rede em malha dupla Nesta rede todos os n s repetem as mensagens que recebem de modo a obter longos alcances sem ter que distinguir n s que reencaminham de outros de fun es reduzidas Esta tecnologia criada em 2001 das mais robustas e fi veis suportando X10 e com todas as vantagens de uma rede em malha por RF INSTEON 09 30 1 3 4 ZigBee ZigBee um protocolo desenvolvido pela ZigBee Alliance composta por cerca de 300 companhias de muito baixo custo com baixos consumos para comunica es sem fios Esta norma tem como objectivo ser utilizada nas reas da automa o de lares e edif cios controlo industrial perif ricos para PC aplica es sensoriais m dicas brinquedos entre outras O ZigBee baseado na norma IEEE 802 15 4 que define as especifica es da camada
48. 08 Meincke et al 98 Thomas Meincke Ahmed Hemani Shashi Kumar Peeter Ellervee Johnny berg Dan Lindqvist Hannu Tenhunen Adam Postula Evaluating benefits of Globally Asynchronous Locally Synchronous VLSI architecture Proceedings of the 16th Norchip 1998 139 Mousavi et al 04 MohammadReza Mousavi Paul Le Guernic Jean Pierre Talpin Sandeep Kumar Shukla Twan Basten Modeling and Validating Globally Asynchronous Design in Synchronous Frameworks Design Automation and Test Vol 1 P gs 10384 IEEE ISBN 0 7695 2085 5 1 2004 Murata 89 Murata Tadao Petri Nets Properties Analysis and Applications Proceedings of IEEE Vol 77 4 1989 Muttersbach et al 00 J Muttersbach T Villiger W Fichtner Practical Design of Globally Asynchronous Locally Synchronous Systems ASYNC 2000 Proceedings Sixth International Symposium Pags 52 59 IEEE 2000 Najibi et al 05 Mehrdad Najibi Kamran Saleh Mohsen Naderi Hossein Pedram Mehdi Sedighi Prototyping Globally Asynchronous Locally Synchronous Circuits on Commercial Synchronous FPGAs Rapid System Prototyping RSP 2005 The 16th IEEE International Workshop P gs 63 69 ISBN 0 7695 2361 7 2005 Nielsen et al 01 Moegens Nielson Vladimiro Sassone Jiri Srba Towards a Notion of Distributed Time for Petri Nets Applications and Theory of Petri Nests 22nd International Conference ICATPN Proceedings Springer 2001
49. 13 Linha Sim Processo Predefinido Representa a defini o de um grupo de opera es estabelecidas como uma sub rotina de processamento anexa ao diagrama de blocos Opera o Manual Representa a execu o de qualquer opera o que possa ser realizada pelos utilizadores do sistema Conector Representa a entrada ou sa da em partes do diagrama de blocos Pode ser usado na defini o de quebras de linha e na continua o da execu o de decis es Linha Representa a ac o das rela es existente entre os v rios s mbolos do diagrama Normalmente possui a ponta de uma seta indicando a direc o do fluxo de ac o Manzano 04 Na Figura 3 14 mostra se o exemplo de um fluxograma para o c lculo da fun o factorial F NI Assim o programa ap s ter iniciado vai receber do utilizador o n mero N Em seguida verifica se N igual a zero e se for afecta F com o valor um e mostra ao utilizador Se n o vai se calcular o factorial do n mero N inicializando M a um N vai ser multiplicado por M N vezes at que M seja igual a N Quando N igual a M o valor do factorial de N F Em seguida mostra se ao utilizador o valor de Fe o programa termina Notar que o simbolo em Recebe N e Mostra F podia ser trocado pelo simbolo Dados que representa a entrada e saida de dados de forma gen rica Figura 3 14 Exemplo de Fluxograma 52 3 2 Redes de Petri 3 2 1 Enquadramento
50. 2 768 KHz fornece uma refer ncia temporal precisa a todo o sistema O RTCC dispon vel no PI24F disponibiliza uma refer ncia a n vel de horas mas tamb m dia da semana dia do m s m s e ano como apresentado na Tabela 6 1 Tempo BCD DIA DA SEMANA ANO M S DLA os e g e E es HORAS MINUTOS SEGUNDOS 1 2 SEGUNDO Tabela 6 1 Formato do tempo no RTCC adaptado de PIC24F 07 102 Este RTCC permite ainda activar alarmes que ocorrer o no momento exacto em que for configurado gerando uma interrup o interrupt no microcontrolador Este mecanismo de alarme extremamente vers til pois permite atrav s de m scaras masks configurar alarmes desde todos os meios segundos a todos os anos Este mecanismo apresentado na Tabela 6 2 Assim o m dulo RTCC implementado tem a fun o de configurar e controlar o perif rico fornecendo a todo o momento a refer ncia temporal ao sistema Este m dulo gere ainda a configura o e utiliza o dos alarmes pois s poss vel activar um de cada vez e quando este dispara atende a sua interrup o importante referir ainda que para tempos mais reduzidos que o segundo foi implementado um outro m dulo que faz uso de um temporizador timer do microcontrolador de modo a controlar o tempo na ordem dos milissegundos ms Esta funcionalidade foi importante por exemplo na implementa o do protocolo para o caso dos reenvios Para unidades de tempo na ordem dos seg
51. EST ID 1 Frame 1 45 bytes on wire 45 bytes captured EPT Saa Ethernet II Src Compalco 57 b9 bb 00 16 d4 57 b9 bb Dst Broadcast ff ff ff ff ff ff amp Internet Protocol Src 192 168 0 33 192 168 0 33 Dst 192 168 0 255 192 168 0 255 Node A Node B User Datagram Protocol src Port 4609 4609 Dst Port discard 9 Data 3 bytes Register Temperature 27 C Light me 70 Lumens RCV ACKN ID 2 RCV REQUEST ID 2 RCV REQUEST ID 2 RCV REQUEST ID 2 RCV REQUEST ID 2 0000 00 16 d4 57 b9 08 00 45 00 0010 OO 1f ei 75 00 00 80 11 d6 e7 cO a8 00 21 cO a8 saus peue li 0020 OO ff 12 01 00 09 00 Ob ca 5c 2a 0077 in ee eee NAM Figura 6 19 22 Teste unit rio 124 Muitos outros cen rios foram testados de modo a avaliar as funcionalidades implementadas de forma a garantir o bom funcionamento do sistema Claro que neste processo foram detectados alguns problemas que foram sendo corrigidos a medida que surgiam 6 4 2 Testes de Sistema Nestes testes todo o sistema foi avaliado com o coordenador e os v rios n s em simult neo Uma vez validado o desempenho do coordenador com os testes unit rios a avalia o do desempenho do sistema foi facilitada pois o comportamento dos n s deveras simples Estes testes v m ainda fornecer as garantias que o sistema funciona utilizando a RF como meio de comunica o Neste
52. Enviar confirma o Mi a Wem int i confirma o cheia l 4 Confirma o Confirma o recebida E i enviada Figura 3 18 Exemplo de uma Rede de Petri adaptado de Murata 89 Quanto estrutura de uma RdP h autores que consideram que esta composta por quatro elementos Peterson 77 enquanto outros consideram cinco Murata 89 contando com a marca o inicial Est relacionado com o facto de ser uma RdP marcada ou n o marcada Assim segundo a defini o em Reisig 85 uma RdP representada por PN P T O Mo em que PN designa Petri Net RdP P de Place lugar T de Transition transi o de input entrada O de output sa da M de Marking marca o Reis 08 e P ps p gt Pn conjunto dos lugares n 2 0 e T ti to tn conjunto dos transi es m 0 e PxT conjunto de arcos de entrada nas transi es e O T x P conjunto de arcos de sa da nas transi es e Mo m Mo Mn marca o inicial Deste modo n m N em que n representa o n mero de lugares e m representa o n mero de transi es da RdP n o confundir com m que diz respeito marca o 57 Figura 3 19 Rede de Petri marcada extra do de Reis 08 Vejamos um exemplo de como se pode definir uma RdP Na Figura 3 19 mostra se uma RdP marcada que pode ser representada da seguinte maneira e P Po Pa P2 P3 Pa e T To ly T2 e Po To P
53. Niyogi Marculescu 05 K Niyogi D Marculescu System Level Power and Performance Modeling of GALS Point to point Communication Interfaces Proceedings of the 2005 international symposium on Low power electronics and design ACM 2005 Nunes 03 Renato Nunes DomoBus A New Approach to Home Automation 8CLEEE 8th International Congress on Electrical Engineering Portugal Pags 2 19 2 24 2003 Nunes 04b Renato Nunes A Communication Infrastructure for Home Automation International Conference on Computer Communications and Control Technologies Pags 56 61 2004 Nunes 05 Renato Nunes Implementing Tiny Embedded Systems with Networking Capabilities IADIS International Conference on Applied Computing 2005 Nunes 06 Renato Nunes Decentralized Supervision for Home Automation MELECON 2006 The 13th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference Benalmadena Spain May 2006 Nunes et al 07 Ricardo Nunes Luis Gomes Jo o Barros A Graphical Editor for the Input Output Place Transition Petri Net Class 12th IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation ETFA Pags 25 28 2007 140 Pais 04 Pais Rui Manuel Carvalho Gera o de Executores e Analisadores de Redes de Petri Disserta o de Mestrado no Departamento de Engenharia Inform tica na Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa 2004 Peeters 96 A M Peeters Single Rail Handsh
54. QuiiQ que apresenta solu es de software capazes de gerir toda a dom tica de uma casa com uma forte componente 36 Multim dia baseado no Windows Media Center Para isso estas solu es suportam alguns protocolos conhecidos referidos anteriormente SIC 08 EXAME 08 Quanto a empresas a instalar sistemas domoticos ou a revender componentes actualmente j existem bastantes Por exemplo EuroX10 DOMUS CONNECT JG Dom tica CentralCasa DreamDomus LogicHome Domatica Hidomus entre muitas outras Outro exemplo a Legrand que disponibiliza dispositivos de f cil montagem para uma casa inteligente A PT Comunica es tem ainda dispon veis pequenos kits PowerMax e HomeGuard com funcionalidades tipicamente dom ticas como Teleseguran a ou Televigil ncia 37 2 Sistemas Embutidos em Rede Embora n o directamente relacionadas com a rea espec fica da Dom tica as WPAN Wireless Personal Area Network e as WSNs s o temas que merecem constar nesta disserta o As metodologias o hardware o software os protocolos e muitas outras quest es s o partilhadas entre a dom tica usando as RF as WPAN e as WSN Estas tr s tem ticas fazem parte da rea de investiga o ligada as redes de sistemas embutidos Networked Embedded Systems NES sem fios A grande diferen a entre estes tr s dom nios fundamentalmente a rea de aplica o Como se sabe a domotica utiliza as redes sem fios por RF em fun o de
55. UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Dep de Engenharia Electrot cnica Rede Sem Fios de Microcontroladores com Acesso Remoto Aplicada Dom tica Por Gustavo Jos Henriques Patr cio Disserta o apresentada na Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obten o do Grau de Mestre em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Orientador Prof Doutor Luis Filipe dos Santos Gomes Lisboa 2009 Agradecimentos Ao Prof Doutor Lu s Gomes por todo o apoio e orienta o que tornaram esta disserta o possivel contribuindo tamb m para a minha forma o Ao Eng Rog rio Piteira por desde sempre me apoiar motivar e cativar tanto para este trabalho como para toda esta rea A todo o pessoal da Dynasys que me acolheu nomeadamente ao Eng Armando Nunes Eng Carlos Dias e D Z lia Quero agradecer em especial ao Eng Jo o Prud ncio cujos ensinamentos apoio e orienta o foram fundamentais para esta disserta o assim como para toda a minha forma o A todos os meus colegas e amigos que directa ou indirectamente me ajudaram e apoiaram Aos meus Pais irm os e familiares que sempre me apoiaram e ainda Rita por tudo Sum rio Nesta disserta o apresenta se o desenvolvimento de um sistema formado por uma rede sem fios de microcontroladores A rede capaz de desempenhar fun es de monitoriza o e actua o sensores actuadores
56. W Asynchronous Wrapper BOM Bill Of Materials CCIPN Coloured Control Interpreted Petri Nets CPU Central Processing Unit CSMA Carrier Sense Multiple Access DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DNS Domain Name System EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory EHS European Home Systems Protocol El Edificio Inteligente EIB European Installation Bus ETSI European Telecommunications Standards Institute EUA Estados Unidos da Am rica FCC Federal Communication Commission FFD Full Function Device GALS Globally Asynchronous Locally Synchronous GPS Global Positioning System HDL Hardware Description Language HTML HyperText Markup Language HTTP Hypertext Transfer Protocol IC Integrated Circuit ICD In Circuit Debug ICMP Internet Control Message Protocol IDE Integrated Development Environment IOPT Input Output Place Transition IP Internet Protocol IrDA Infrared Data Association ISM Industrial Scientific and Medical radio bands LAN Local Area Network LCD Liquid Crystal Display LED Light Emitting Diode LS Localmente Sincrono MAC Medium Acess Control MCU Microcontroller Unit MdC Modelos de Computa o MEMS Microelectromechanical Systems MOF Meta Object Facility MPFS Microchip File System NES Networked Embedded Systems NEST Networked Embedded System Technology OS Operating System OSI Open Sy
57. a o de processos Estas permitem um sincronismo perfeito em sistemas distribu dos e ainda para desenhos de hardware como os sistemas GALS Nielsen et al 01 Bystrov Shang 06 Em Yakovlev 02 s o apresentados alguns motivos pelos quais as RdP s o apropriadas para a modela o destes sistemas como a tradu o entre as RdP e as linguagens HDL Hardware Description Language ou ainda as t cnicas de composi o e decomposi o poss veis com as RdP As RdP s o ainda apontadas como o formalismo a usar para a modela o de sistemas GALS em trabalhos futuros Singh Theobald 03 Desta forma surgiram alguns trabalhos que tiram partido das RdP em sistemas GALS Em Dasgupta Yakovlev 06 s o apresentados tr s esquemas de sinais de rel gio para sistemas GALS atrav s da modela o por RdP 81 J em Stahl et al 05 s o usadas as RdP como t cnica de modela o para os AWs das GALS e ainda na detec o de poss veis falhas S o ainda explicadas as vantagens na modela o por RdP Outro trabalho que utiliza as RdP como formalismo de modela o e teste o apresentado em Krsti et al 05 importante referir que grande parte destes trabalhos utiliza a ferramenta Petrify que a partir de um modelo chamado sistema de transi o Transition System sintetiza uma RdP segura e fiel ao modelo inicial Cortadella et al 96 Deste modo verifica se que as RdP come aram a ser utilizadas na investiga o que est
58. a o sobre a temperatura e humidade de uma divis o e Actuadores n s que t m a capacidade de actuar sobre algo Um exemplo ser um n num interruptor de uma l mpada que a acende ou apaga e Sensores actuadores n s que tanto t m a capacidade de obter informa o do mundo exterior como de actuar sobre algum dispositivo Considerando os dois exemplos anteriores em vez de ter dois n s na mesma divis o ter se ia apenas um com a capacidade de ligar e desligar a l mpada mas ainda estaria equipado com os sensores de temperatura e de humidade 23 Em termos de intelig ncia do sistema este pode ter as seguintes arquitecturas e Centralizada quando h um n que costuma ser designado como coordenador recebe toda a informa o dos sensores e de qualquer outro interface com o utilizador processa essa informa o e reage enviando ordens aos actuadores conforme os comportamentos pr definidos No trabalho desenvolvido nesta disserta o foi esta a arquitectura utilizada Esta topologia pode ser vantajosa na economia de recursos pois os n s da rede excepto o coordenador podem ser extremamente simples do ponto de vista de software e hardware devido ao facto de n o necessitarem de elaborar grandes processamentos No caso dos sensores devem apenas saber recolher informa o e transmiti la J nos actuadores apenas aguardam uma ordem e actuam nos dispositivos a que est o associados Outra vantagem do facto de ter t
59. a assim como a sua viabilidade a especifica o do sistema pode ser fisicamente imposs vel e ainda fornece uma no o de dificuldade e custos do desenvolvimento do mesmo A constru o do modelo de um sistema fornece diversas vantagens e garante uma compreens o mais completa de todo o sistema tornando assim mais f cil a identifica o 48 das propriedades do sistema tanto as pretendidas como as n o pretendidas conforme os requisitos Embora haja trabalhos que defendam o contr rio como o apresentado em Dijkstra 92 a grande parte dos formalismos de modela o para sistemas embutidos s o baseados numa linguagem gr fica sendo extremamente teis e populares no desenvolvimento de software Um dos mais utilizados o Unified Modeling Language UML que ser abordado mais a frente na sec o 3 3 desta disserta o As representa es gr ficas de m quinas de estado finitas quer de Moore quer de Mealy s o bons exemplos destes formalismos gr ficos Outro exemplo s o as Redes de Petri RdP que j permitem controlo de tempo comunica o e ainda concorr ncia Havendo uma grande variedade de formalismos de modela o existem diversas possibilidades mas a escolha de um formalismo espec fico pode ser uma tarefa rdua Diferentes sistemas embutidos podem focar diferentes aspectos como por exemplo restri es de tempo real a capacidade de reagir a um evento ou mesmo a necessidade de interagir com outros sistemas ci
60. a 5 2 Arquitectura do c digo gerado extra do de Pais 04 ainda de referir que data da realiza o desta disserta o esta ferramenta encontra se ainda em vers es preliminares beta apresentando ainda alguns problemas e falhas Este trabalho foi iniciado em Pais 04 Gomes et al 04 e desde ent o tem sido modificado no mbito do projecto FORDESIGN sendo uma parte integrante do mesmo como apresentado na Figura 3 31 84 5 2 Ferramentas de desenvolvimento 5 2 1 MPLAB e Compilador O MPLAB IDE um ambiente integrado para desenvolvimento de software Integrated Development Environment IDE disponibilizado pela Microchip para o desenvolvimento de aplica es para todas as fam lias de microcontroladores PIC Este possibilita e auxilia a edi o de c digo assim como fornece uma variedade de ferramentas de depura o debug dos programas desenvolvidos A simula o poss vel para a maioria dos dispositivos am MPI l B IDE A X File Edt Mies Project Debugger Programmer Toos Configure Widow Mep D gH he SMT cae ai bio H P PE INtEEDATA mep HOYI Ox fed j ECF Dxfa eT HCE yfad J 3 ECE Oxf 2 SF Nan Hex INDFL unsigned char Timecut MOVIA DEBE Wold mar Timeout INTCOM Ox20 tais Lig e globa end enal INTCOM Onda PTMEO high priorit RC OMB tts PE Menih e priority levels TMBOH O i ichear firmes THEOL int Total Simulated 21511834
61. a Ta P2 T2 P3 T3 Pa Ts O To P1 To P2 Ta P3 To Pa Ta Po e Mo 0 1 0 0 1 3 2 4 Disparo das transi es Sao as transi es que permitem que o modelo evolua Como referido anteriormente estas t m a capacidade de criar ou destruir marcas consoante o peso dos arcos associados Este mecanismo de disparo acontece quando estas est o habilitadas As transi es ficam habilitadas quando todos os lugares de entrada cont m uma ou mais marcas ou ent o o n mero de marcas igual ou superior ao peso do arco que liga esse lugar a transi o Barros 96 Vejamos uns exemplos do disparo de algumas transi es 58 a b Figura 3 20 Transi o desabilitada Figura 3 21 Disparo de uma transi o a situa o inicial b situa o ap s o disparo Na Figura 3 20 surge uma transi o que est desabilitada pois nem todos os lugares de entrada t m marcas J na Figura 3 21 surge uma transi o habilitada em a e que ap s o disparo criou adicionou tr s marcas nos lugares de sa da J na Figura 3 22 apresentado um exemplo que os arcos j t m pesos diferentes Podemos ver que quando a transi o dispara nos lugares de entrada s o destru das as marcas correspondentes ao peso de cada arco e nos lugares de saida s o criadas novamente conforme os pesos dos arcos Figura 3 22 Disparo de uma transi o arcos com pesos a situa o inicial b situa o ap s o disparo
62. a das grandes aplica es dos sistemas GALS nas arquitecturas VLSI Very large scale integration ou mesmo Structured VLSI que se baseiam na modulariza o de todo o sistema Dado o aumento do tamanho e velocidades de sinal de rel gio mais elevadas os futuros desenhos VLSI requerem uma mudan a de paradigma do estilo habitual globalmente s ncrono Mesmo a integra o de varios IP Intellectual Property em sistemas complexos on chip t m a necessidade de m ltiplas frequ ncias de sinais de rel gio O paradigma GALS permite tal integra o pois permite m dulos s ncronos operarem assincronamente uns com os outros Com sistemas GALS n o s a frequ ncia do sinal de rel gio pode ser diferente mas a alimenta o de cada bloco pode ser afinada para encaixar nos requisitos do sistema Este paradigma tamb m atractivo para desenhos SoC System on Chip onde v rios blocos s o integrados num nico chip Niyogi Marculescu 05 Outras aplica es dos sistemas GALS s o os sistemas de baixo consumo low power que actualmente t m tido um grande interesse Uma das aplica es de baixo consumo mais usual as WSN Como visto anteriormente na sec o 2 desta disserta o as WSN apenas t m como alimenta o pequenas baterias pilhas e t m que executar tarefas como receber informa o dos seus sensores processar essa informa o e comunicar de modo wireless Um grande obst culo conseguir aumentar o ciclo de
63. a para a realiza o de Redes de rea pessoal sem fios Wireless Personal Area Netwoks WPAN de baixo ritmo Essa elipse cont m ainda alguns protocolos mais espec ficos que ser o abordados mais a frente 25 10 000 _ 1 000 6 4 u E a he 100 q lt I 10 1 10 100 1 000 10 000 100 000 Taxa de tranfer ncia kbps Figura 1 2 Protocolos sem fios adaptado de Masters 08 Estas redes RF podem ter as seguintes topologias e em estrela e em rvore e em malha do Re Q Figura 1 3 Rede em Estrela Masters 08 Na Figura 1 3 apresenta se a topologia de rede do tipo estrela Nesta topologia todos os n s comunicam com o coordenador de rede directamente A grande desvantagem que todos os n s da rede t m que estar ao alcance do coordenador o que em certas solu es n o pratic vel devido a barreiras arquitect nicas ou mesmo dist ncias longas 26 O Figura 1 4 Rede em rvore Masters 08 A rede em rvore cluster tree apresentada na Figura 1 4 Nesta topologia existem n s com a capacidade de reencaminhar as mensagens de modo a que a mensagem salte de n em n at ao seu destino Esta topologia j requer um maior processamento por parte dos n s que reencaminham porque necessitam executar o encaminhamento Nesta topologia j poss vel obter qualquer dist ncia desde que sejam colocados n s capazes de reencaminhar dentro do alcance dos
64. ada atrav s de par metros que ao serem alterados fazem com que o funcionamento normal mude para outro previamente implementado o que pode acontecer quando se anteciparam certas necessidades Outros m todos baseiam se na altera o total ou parcial do programa que o n tem Em rela o seguran a nas WSN esta ainda n o muito forte S o alvos f ceis de ataques de nega o de servi o denial of service Existem mecanismos de encripta o e autentica o que s o utilizados para a confidencialidade das mensagens Esta encripta o pode exigir mais processamento o que resultar num maior consumo energ tico Conforme as aplica es a seguran a pode ser ou n o necess ria Heidemann Govindan 05 Gupta et al 06 Dulman et al 06 2 4 Aplica es Como j vem sido referenciado ao longo desta disserta o as WSNs t m bastantes aplica es Em seguida apresentam se algumas delas Aplica es Militares As aplica es militares t m sido um dos catalisadores das WSN Muito do desenvolvimento WSNs deve se a esta area de aplica o onde podem ser utilizadas 45 para diversas funcionalidades A monitoriza o de reas ou estradas de modo a detectar intrusos ou ve culos um exemplo Outro exemplo para obter informa o sobre um campo de batalha ou uma rea inimiga um avi o passa largando v rios motes que v o recolhendo informa es do terreno e da actividade do inimigo Espalhando motes num camp
65. ador a meio do projecto migrando do PIC24FJ64GA004 com 64 KBytes para o PIC24FJ128GA010 com 128 KBytes Esta necessidade surgiu quando a Stack TCP IP foi adicionada ao projecto que 101 mesmo com apenas as funcionalidades m nimas e necess rias ocupa uma boa parte da mem ria de programa Embora n o utilizada a plataforma do TinyGALS esta serviu um pouco de exemplo arquitectura do sistema desenvolvido na medida em que foi implementada uma arquitectura por m dulos de software cada um com as suas funcionalidades a correr e em certas alturas trocam informa o entre m dulos Claro que na arquitectura desenvolvida todas estruturas e mecanismos n o foram formalmente definidos como nas plataformas mencionadas Em termos dos m dulos de software apresenta se em seguida uma descri o das suas fun es importante referir ainda que existem outros m dulos que tiveram que ser implementados mas como s o de baixo n vel controlo de hardware camada interm dia ou apenas por efeitos de teste n o s o mencionados na arquitectura Estes s o por exemplo o controlo temporal por timers o controlo do LCD o controlo das comunica es s rie por RS232 o controlo SPI dos perif ricos externos a gest o do controlador Ethernet ou ainda do transceptor para a RF RTCC O m dulo RTCC faz uso do rel gio de tempo real e calend rio Real Time Clock Calendar RTCC existente no PIC24F Este RTCC que alimentado por um cristal a 3
66. ais meios de comunica o suporta Estes s o e Pares entrancados twisted pair a 4800 bits s e Pares entrancados twisted pair a 9600 bits s e Rede el ctrica a 110 kHz e Rede el ctrica a 132 kHz e RF a 868 MHz e Ethernet Alguns destes modos de comunica o s o herdados das especifica es anteriores e continua se a dar lhes suporte para uma maior compatibilidade entre sistemas Weinzierl 09 KNX 09 28 1 3 2 X10 a norma mais comum nos EUA para resid ncias Esta uma norma internacional aberta para a ind stria que especifica a comunica o entre dispositivos na casa O meio de comunica o principal a rede el ctrica PLC Power Line Communication mas pode ainda comunicar por RF a 310 MHz nos EUA ou a 433 MHZ na Europa para poder suportar dispositivos sem fios Os pacotes transmitido tanto por RF como por rede el ctrica s o muito semelhantes seguindo o formato X10 Embora muito utilizada esta norma tem algumas limita es As comunica es atrav s da rede el ctrica apresentam falhas quando alguns dispositivos dom sticos est o a operar como fornos ou motores Estes problemas podem ser minimizados com recurso a instala o de repetidores e outros componentes el ctricos Outro problema conhecido do X10 as interfer ncias que dois sistemas vizinhos causam um no outro um protocolo lento que apenas suporta 256 endere os para os dispositivos e n o seguro Apesar de continuar a ser mu
67. ake Circuits Tese de Doutoramento Eindhoven University of Technology ISBN 0 8186 7098 3 1996 Pender 03 Tom Pender UML Bible Wiley ISBN 978 0764526046 2003 Peterson 77 Peterson James Petri Nets ACM Computing Surveys Vol 9 3 P gs 223 252 1977 Petri 62 Carl Adam Petri Disserta o de doutoramento Kommunikation mit Automaten Communication with Automata 1962 Petri 63 Fundamentals of a Theory of Asynchronous Information Flow 1 IFIP World Computer Congress Munich 1962 North Holland pp 386 390 1963 Petri 67 Grundsatzliches zur Beschreibung diskreter Prozesse Fundamentals on the description of discrete processes 3rd Colloquium on Automata Theory in Hannover Birkhauser Verlag pp121 140 1967 PIC24F 07 PIC24F Family Reference Manual 2007 Reis 08 Reis Tiago Miguel Correia Parti o de modelos de Redes de Petri Disserta o de Mestrado em Engenharia de Electrot cnica e de Computadores na Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa 2004 Reisig 85 Petri nets an introduction Springer Verlag ISBN 0 387 13723 8 1985 Royal Cheung 03 Andrew Royal Peter K Cheung Globally Asynchronous Locally Synchronous FPGA Architectures Field Programmable Logic and Applications Lecture Notes in Computer Science LNCS P gs 355 364 Springer Verlag 2003 Rumbaugh et al 99 James Rumbaugh Ivar Jacobson Grady Booch
68. ao modelo inicial Isto deve se ao facto de a ferramenta implementar uma arquitectura baseada nas caracter sticas das RdP IOPT Esta arquitectura encontra se apresentada na Figura 5 2 e sempre implementada quer a RdP tenha oito ou oitenta 128 lugares Deste modo existe sempre um acr scimo fixo no uso da ferramenta mas a partir da o acr scimo gradual e est directamente relacionado com o tamanho da rede em si Em termos de esfor o para quem desenvolve o sistema a ferramenta apresenta se como uma vantagem De certo modo for a a especifica o do sistema atrav s de um modelo o que sempre vantajoso quando comparando com implementa es que n o s o devidamente especificadas e modeladas Por outro lado ao for ar a modela o esta garante que a partir desse ponto o esfor o de concretiza o ser minimizado Garante ainda que a transi o do modelo para sua implementa o feita de uma forma fiel e precisa Do ponto de vista desta disserta o a ferramenta PNML2C forneceu grande dinamismo ao desenvolvimento dos n s Foi poss vel colocar a interagir dois sistemas o coordenador e os n s desenvolvidos atrav s de metodologias diferentes O c digo gerado foi capaz de implementar o sistema pretendido sem que fossem necess rias grandes modifica es ao c digo 6 4 4 Modelo de Aplica o De modo a simular e demonstrar a aplicabilidade do sistema foi desenhado uma modelo de aplica o Este modelo aplica a re
69. ao n atribuindo lhe um ID de rede ap s recep o de uma mensagem do tipo HELLO Ao receber esta mensagem o n sabe que a partir daquele momento j faz parte de uma rede e conhece o seu ID REQ esta mensagem REQ Request enviada pelo coordenador ao n de modo a pedir informa o actualizada dos seus sensores 112 ACKN mensagem ACKN Acknowledge Node enviada pelos n s ap s a recep o de uma mensagem REQ ou ACT Esta mensagem serve para confirma o de recep o da mensagem enviada pelo coordenador mas ao mesmo tempo transporta a informa o do estado dos sensores ACT esta mensagem ACT Action enviada pelo coordenador a um n ordenando que um dos seus actuadores seja accionado Para compor as mensagens s o utilizados os seguintes campos MT Message Type gt Tipo de Mensagem NT Node Type gt Tipo de N TID Transaction ID gt Identifica o da Transac o ID Identifier Numero de Identifica o DT Device Type gt Tipo de Dispositivo VL Value gt Valor Em seguida apresenta se o formato das mensagens especificadas neste protocolo assim como o seu sentido Coordenador N 8 bits Figura 6 9 Mensagem HELLO Coordenador N Figura 6 10 Mensagem ACKC Coordenador N Figura 6 11 Mensagem REQ 113 Coordenador N Figura 6 12 Mensagem ACT Coordenador Figura 6 13 Mensagem ACKN De re
70. automatismos dom sticos J as WPAN s o usadas para interligar dispositivos pessoais tais como telem veis assistentes pessoais digitais Personal Digital Assistant PDA impressoras m quinas fotogr ficas sistemas de posicionamento global Global Positioning System GPS comandos de consolas brinquedos entre outras aplica es As WPAN surgiram principalmente com o Bluetooth Por sua vez as WSN t m finalidades bem diferentes como aplica es militares meteorol gicas ou cient ficas Assim sendo estas tr s reas partilham o mesmo dom nio cient fico e tecnol gico embora com fins diferentes Em seguida apresenta se uma caracteriza o sobre alguns temas inerentes rea das redes de sistemas embutidos NES sem fios e em particular as WSNs Esta caracteriza o muito importante uma vez que o trabalho desenvolvido nesta disserta o envolve muitas destas quest es e pode com muita facilidade migrar e ser aplicado rea das WSN Isto porque numa vis o muito simplista e excluindo os elementos multim dia a dom tica pode ser vista como um conjunto de sensores e actuadores que reagem a certos est mulos Nesta vis o a dom tica n o ser mais do que uma WSN com a capacidade de reagir e actuar h quem considere que as WSN tamb m podem ter actuadores e h ainda quem considere que os seus n s n o s actuam como podem ser actores na decis o sendo designadas de redes sem fios de sensores e actores Wirel
71. av s da pot ncia do sinal RF que chega ao receptor Claro que existe alguma incerteza nestes c lculos at porque a propaga o varia conforme os locais e condi es meteorol gicas Outras t cnicas em estudo aplicam a tecnologia RADAR ou atrav s da contagem do numero de saltos hops de uma mensagem Outra dificuldade surge quando necess ria a sincroniza o temporal entre os elementos da rede Esta funcionalidade pode ser importante quando se pretende fazer uma amostragem colectiva em que todos os n s devem recolher informa o dos seus sensores ao mesmo tempo M todos para sincroniza o baseiam se num carimbo temporal time stamp que colocado em cada mensagem de modo a que o receptor se sincronize Deste modo toda a rede se vai sincronizando medida que trocam 44 mensagens Mais uma vez surge o problema que o tempo de propaga o no ar n o constante mas tamb m o processamento das mensagens e o tempo de transmiss o e recep o podem introduzir atrasos A medida que os n s fazem as suas leituras v o gerando informa o Esta informa o quando partilhada com a dos outros n s permite prever algumas situa es A quest o ent o onde guardar tanta informa o gerada Existem solu es como o TinyDB ou o The Cougar Sensor Database que permitem armazenar informa o de uma forma reduzida Outro desafio a estes sistemas como fazer uma programa o remota Esta reprograma o pode ser efectu
72. bricantes Figura 5 13 PiCTail Plus 2 4GHz RF extra do de Microchip 09 5 5 6 Comando IrDA KBC56A Este comando da Noritake na Figura 5 14 permite o envio por IrDA de qualquer c digo da tabela ASCII American Standard Code for Information Interchange para o seu receptor apresentado na Figura 5 15 Por sua vez o receptor ligado fisicamente ao sistema permite diversos modos de comunica o como SPI RS232 ou RS485 cada um com configura es diferentes Este comando permite adicionar de um modo muito vers til e pr tico a entrada de comandos ao nosso sistema Torna se extremamente til na fase de desenvolvimento pois podemos introduzir centenas de comandos diferentes ao nosso sistema em vez de ter que montar diversos interruptores para simular entradas e comportamentos Sem ser na fase de desenvolvimento permite criar um interface a partir do qual o utilizador do sistema interage sendo mais c modo e vers til do que v rios interruptores com comportamentos diferentes conforme a zona do menu Noritake 09 92 Figura 5 15 Comando KBC56A Figura 5 14 Receptor KBC56A extra do extra do de Noritake 09 de Noritake 09 5 5 7 ICD2 O ICD2 um depurador no pr prio circuito In Circuit Debugger que permite tanto a programa o do microcontrolador como o seu debug Este permite a execu o do c digo linha a linha assim como breakpoints quando se corre o programa no pr prio circuito Atrav s
73. camada NCOM que em vez de chamar a LCOM por RF passaria a usar a LCOM por Ethernet Deste modo todo o sistema desenvolvido pode utilizar dois meios de comunica o tornando o muito vers til e do ponto de vista comercial se fosse um produto poderia ser uma grande vantagem A programa o por camadas m dulos permite uma abstrac o total do que existe nas outras sendo apenas necess rio definir as interac es entre as camadas trazendo grandes benef cios tanto ao sistema em si mas tamb m a quem o desenvolve e mant m ou actualiza A comunica o atrav s de Ethernet foi muito utilizada na fase de desenvolvimento para testes e valida o do correcto funcionamento do protocolo e do sistema na sua totalidade O protocolo utilizado foi o UDP por ser semelhante ao que acontece na RF uma vez as tramas RF s o mensagens datagrams transmitidas sem garantia de 108 recep o Para os testes por Ethernet como abordado mais a frente foi criada uma aplica o em JAVA que simula o comportamento dos n s e permitiu testar todo o funcionamento do coordenador que comporta esta arquitectura complexa ACOM O m dulo ACOM a camada aplica o onde o protocolo de comunica es foi implementado De modo a seja percept vel o seu funcionamento este ser explicado mais a frente quando se abordar o protocolo desenvolvido HTTP O m dulo HTTP como o COM representa uma abstrac o de alguns m dulos de software que implementam diver
74. cessos concorr ncia conflitos e partilha de recursos T m sido elaborados muitos trabalhos te ricos sobre as RdP resultando num desenvolvimento e enriquecimento das mesmas assim como novas t cnicas de an lise e ainda variantes do modelo inicial Algumas tentativas de aplica o a novas reas fizeram com que aparecessem extens es ao modelo inicialmente proposto surgindo assim muitas classes de RdP Actualmente podem se encontrar as RdP aplicadas em diversas reas como por exemplo Marranghello 05 e Automa o de escrit rios e Automa o de manufactura e Avalia o de desempenho de sistemas e Circuitos integrados ICs e Protocolos de comunica o e Sistemas distribu dos e Sistemas de Produ o 3 2 2 Conceito de Redes de Petri 54 Como j referido as RdP s o um formalismo de modela o especifica o de sistemas S o uma ferramenta matem tica e gr fica atrav s dum ambiente uniforme para a modela o an lise formal e simula o de sistemas a eventos discretos permitindo uma visualiza o simult nea da sua estrutura e comportamento Zurawski et al 94 Estas especificam dois aspectos dos sistemas eventos e condi es assim como as rela es entre eles Fornecendo ainda a capacidade de modela o com o sincronismo de processos concorr ncia conflitos e partilha de recursos Peterson 77 Atrav s das RdP consegue se capturar a din mica dos sistemas e eventos discretos tornando se ass
75. comendas e requisitar cr dito Por sua vez o resultado destes casos de usos pode estar dependente de outros actores como o caso de requisitar cr dito 68 3 3 2 Diagramas de Sequ ncia O diagrama de sequ ncia representa as interac es num gr fico a duas dimens es Na vertical o eixo do tempo e na horizontal est representado o papel dos v rios elementos como a sequ ncia de ac es Estas interac es s o representadas pela troca de mensagens entre os v rios elementos F elemento activa A Bilheteira Auto Inserir cart o Escolher data o _ Lugares disponiveis Escolher lugares Submeter pedido l ias sagem Cobrar custos Validar compra linha de opera o Figura 3 33 Exemplo de diagrama de sequ ncia adaptado de Rumbaugh et al 99 Na Figura 3 33 mostra se um exemplo de um diagrama de sequ ncia que representa o processo de compra de um bilhete numa bilheteira autom tica De in cio o cliente introduz o cart o em seguida escolhe a data que pretende Depois a bilheteira apresenta os lugares que se encontram dispon veis nessa data O cliente escolhe ent o os lugares formalizando o pedido Este pedido vai ser enviado a um servidor que por sua vez vai pedir ao banco que valide o pagamento No fim de autorizado o pagamento o banco envia a valida o ao servidor que indica a bilheteira que o pedido foi efectuado e esta imprime o pedido 69 4 Sistemas GALS Neste cap tulo aborda se a tem
76. damente em pens es ou resid ncias As funcionalidades descritas entre as muitas existentes s o meramente elucidativas podendo ainda ser criado qualquer tipo de funcionalidade conforme os requisitos pretendidos A grande vantagem deste tipo de solu es que toda a gest o da casa est centralizada numa unidade que gere todos estes utens lios dispositivos conforme os perfis comportamentos que o utilizador pretende Dos exemplos anteriormente mencionados foi sempre utilizado o automatismo programado No entanto existem outras possibilidades como por exemplo se a central do sistema estiver com acesso Internet o utilizador pode accionar qualquer mecanismo quando quiser ou consultar o 21 estado de todos os sensores espalhados pela casa Esta interac o remota em tempo real uma funcionalidade extremamente importante pois confere uma poderosa ferramenta aos seus utilizadores Por exemplo se as pessoas da casa est o ausentes no trabalho ou de f rias e se apercebem de que o mau tempo vai atingir a rea da resid ncia atrav s desta funcionalidade podem accionar remotamente os mecanismos que baixam os estores de modo a proteger melhor a casa da intemp rie Figura 1 1 Exemplo de um sistema dom tico reproduzido de HAI 09 Apresenta se na Figura 1 1 um exemplo de uma casa domotizada em que os v rios pontos marcados t m o seguinte significado 1 Consola de controlo de todo o sistema Permite a gest o
77. de de sensores actuadores desenvolvida a uma casa de modo a conferir lhe algumas funcionalidades de dom tica Comecou se ent o por projectar uma casa simples no qual seriam instalados dois n s em divis es diferentes mais especificamente no quarto e na sala Na Figura 6 22 mostra se a localiza o dos dois n s N1 e N2 e do coordenador C Esta rede tem apenas dois n s devido ao facto de ser este o n mero de placas dispon vel para este trabalho Com esta topologia foram ent o especificados dois tipos de n s diferentes O tipo B correspondente ao no2 equipado com sensores de temperatura e luminosidade como actuadores pode controlar os estores a ilumina o e o AC da divis o J os n s tipo A disp em do mesmo que os do tipo B mas acresce um sensor de presen a a possibilidade de enviar comandos infravermelhos para a TV e outros aparelho e ainda activa o de um alarme 129 Figura 6 22 Planta do modelo de aplica o Na Figura 6 23 apresenta se ainda o modelo 3D desta casa onde podemos observar os dois n s pendurados na parede do quarto e da sala enquanto que o coordenador colocado em cima de uma mesa de forma a estar conectado a Internet Uma vez bem definido este modelo de aplica o foram efectuados alguns ensaios que replicaram este esquema espec fico 130 Figura 6 23 Esquema 3D do modelo de aplica o De modo a testar ensaiar este modelo de aplica o foi montada um prot tipo real d
78. denominado actor Estes demarcam as funcionalidades do sistema em fun o das interac es com os actores Os mecanismos desencadeados s o chamados casos de uso e s o estes que 67 se encontram representados no diagrama Os casos de uso descrevem a sequ ncia de ac es entre o sistema e os respectivos actores O objectivo dos casos de uso fornecer uma vis o externa da rela o entre o sistema e o mundo real um diagrama plano n o hier rquico que confere a vis o encapsulada da caixa negra black box ao sistema Como actor entende se qualquer humano ou qualquer sistema processo que n o o do modelo em quest o e que possa tomar iniciativa desencadeando um conjunto de ac es no sistema a modelar Rumbaugh et al 99 Pender 03 Na Figura 3 32 apresenta se um exemplo de diagrama de casos de uso que representa o processo de compra de um produto atrav s de um cat logo Nome do Sistema Catalogo da O a donar oo estado EA Caso de Uso Interac o entre actor e caso de uso api eX aa N AAA vendedor Le ncomendar H Q O es a Avian cn Encomenda H Fa 7 Cliente E Funcion rio Nome do Mm Permitir ar Caso de Uso Cr dito SJ Nie 7 ai i Limite do Sistema VN Supervisor Figura 3 32 Exemplo de diagrama de casos de uso adaptado de Rumbaugh et al 99 Neste exemplo o cliente tem ao seu dispor a possibilidade casos de uso de efectuar encomendas ver o estado das en
79. destas funcionalidades temos acesso a todas as zonas do microcontrolador sejam registos mem ria do programa ou vari veis RAM Para isto o pr prio ICD2 tem que ter alguns recursos f sicos de modo a pausar o programa e transferir os dados que s o requeridos pelo programador Este depurador programador apresentado na Figura 5 16 Com a grande evolu o recente dos microcontrolador da Microchip os PIC24 de 16 bit os PIC32 de 32 bits e o crescente aumento da mem ria de programa este ICD torna se um pouco lento e dai o aparecimento do novo ICD3 Este j tem ritmos bastante mais elevados e oferece muitos mais recursos disponibilizando por exemplo um maior n mero de breakpoints MICROCHIP MPLAB ICD 2 sit A T U Um a Figura 5 16 Microchip ICD2 extra do de Microchip 09 93 6 Contribui es 6 1 Descri o do Sistema Como referido anteriormente esta disserta o tem como objectivo o desenvolvimento de uma rede de sensores actuadores capazes de desempenhar fun es quer no mbito da dom tica quer no mbito das WSN Este sistema servir ainda como plataforma de valida o do gerador de c digo C a partir do PNML Esta rede por efeitos de simplicidade ir ter a topologia em estrela mencionada anteriormente na sec o 1 2 desta disserta o Deste modo todos os n s estar o ao alcance r dio do coordenador n o havendo assim a necessidade de reencaminhar mensagens Nesta rede haver um
80. do 5 5 1 PIC24FJ128GA010 5 5 2 Placa Explorer16 5 5 3 Kit PICDEM Z 5 5 4 Ethernet PiCtail Plus 5 5 5 PICtail Plus 2 4GHz RF 5 5 6 Comando IrDA KBC56A 60 63 64 66 67 69 70 70 71 72 73 75 75 78 80 81 83 83 83 83 85 85 86 87 87 87 87 88 89 89 89 90 91 92 92 5 5 7 ICD2 6 Contribui es 6 1 Descri o do Sistema 6 2 Casos de uso 6 3 Arquitectura do Sistema 6 3 1 Coordenador 6 3 2 Protocolo 6 3 3 N 6 4 Teste e Resultados 6 4 1 Testes Unit rios 6 4 2 Testes de Sistema 6 4 3 Resultados da ferramenta PNML2C 6 4 4 Modelo de Aplica o 7 Conclus es Refer ncias Anexo Manual de utiliza o 93 94 94 96 98 99 112 116 122 122 125 128 129 133 136 145 ndice de Figuras Figura 1 1 Exemplo de um sistema dom tico reproduzido de HAI 09 Figura 1 2 Protocolos sem fios adaptado de Masters 08 Figura 1 3 Rede em Estrela Masters 08 Figura 1 4 Rede em rvore Masters 08 Figura 1 5 Rede em Malha Masters 08 Figura 1 6 L mpada X10 extra do de EuroX10 09 Figura 1 7 M dulo X10 extra do de EuroX10 09 Figura 1 8 Conversor X10 extra do de EuroX10 09 Figura 1 9 Comando X10 extra do de EuroX10 09 Figura 1 10 Pilha de camadas ZigBee adaptado de Masters 08 Figura 2 1 Topologia t pica WSN Figura 2 2 Esquema de um mote Figura 3 1 Terminal Figura 3 2 Processamento Figura 3 3 Decis
81. do uma esp cie de base de dados para o sistema Todo o processamento decis o e evolu o do sistema despoletado na camada mais em cima sendo aqui que todas as decis es s o realizadas baseando se na camada interm dia e agindo na camada mais baixa Deste modo poss vel identificar quais os m dulos que conferem todo o controlo e decis o ao sistema permitindo a automa o do mesmo nos m dulos Schedule e 100 Rules que os mecanismos aut nomos s o implementados apenas nestes dois que s o geradas as ac es da rede quer por avalia o de situa es predefinidas quer por tarefas agendadas J no m dulo Acom est implementado o protocolo e neste que as evolu es e interac es de rede est o descritas Figura 6 7 Diagrama de blocos do coordenador Na implementa o do sistema considerou se a utiliza o de sistemas operativos que fornecessem um ambiente estruturado ao desenvolvimento como o TinyOS TinyOS 09 ou mesmo o TinyGALS Cheong et al 03 Essas plataformas n o foram utilizadas por alguns motivos Houve desde o in cio deste trabalho a vontade de modelar e implementar este complexo sistema de raiz permitindo o acesso e o controlo total do sistema Outro motivo o facto de estas plataformas introduzirem um acr scimo no tamanho do c digo recurso que limitado O tamanho do c digo foi um factor crucial no desenvolvimento obrigando a mudan a de microcontrol
82. dor montado numa placa m dulo que tem sempre o mesmo 89 esquema de pinos pinout independentemente do n mero de pinos do microcontrolador Na Figura 5 9 apresenta se um PIM do PIC32 Figura 5 9 PIC32 PIM extra do de Microchip 09 Outra vantagem desta placa a exist ncia de ranhuras slots para placas de expans o da Microchip chamadas PlCtail Estas placas permitem acrescentar diversas funcionalidades placa como zona de prototipagem QVGA Quarter Video Graphics Array controlador Ethernet controlador RF interface USB IrDA entre outras utilizando linhas de comunica o como SPI Serial Peripheral Interface A placa Explorer 16 apresentada na Figura 5 10 assim a placa de desenvolvimento mais vers til e expans vel que a Microchip disponibiliza A Ced y na E P o f F i oF we AAAA AASS MAALAA AALA se Eh E a ma we cha Oia Eca GOO ef i Z By E meias k A Ta 1C1047 a Figura 5 10 Explorer 16 extra do de Microchip 09 5 5 3 Kit PICDEM Z O Kit PICDEM Z um Kit de demonstra o e desenvolvimento para aplica es sem fios sobre a norma IEEE 802 15 4 Este kit apresentado na Figura 5 11 composto por duas placas com dois microcontroladores PIC18F4620 dois transceptores e ainda o 90 analisador de rede ZENA Este kit permite a implementa o de uma rede simples de dois n s fornecendo assim um esquema de valida o
83. dor deve especificar o tipo de dispositivo e o n a que a regra vai estar associado Depois necess rio definir o valor limite e qual a condi o a avaliar necess rio ainda definir o tipo de regra a usar importante referir que quando se pretende utilizar o tipo de regra condicional os campos NodelD e Value t m outro sentido utilidade Neste caso espec fico estes definem quais os itens regras que est o associadas a regra condicional 147 Para toda a regra existe uma ac o A ac o definida pelo dispositivo e n a actuar assim como o valor e prioridade As regras podem facultativamente ter uma proac o Esta uma ac o que acontece depois da ac o quando a regra deixa de estar activa Domotic System CE System Rules Nodes Schedule Action E Aia O Ef Type Device Condition Value State n a one ea LQuarto Single 2 Presence Not Active Light Normal Name AC Sala Type Single Condition Higher x NodeID 1 faa Sensor Temperature iy Value 30 C 30 C m Action Destination 1 oe Device AC Value 22 C im Priority Normal m ProAction Destination 2 v Device AC M Value Of se eeseeeeeeceseeeeeeseesseceeseeesseseos Copyright 2008 Gus FCT Technology Figura 1 0 4 Sec o das regras Para saber o estado dos sensores presentes na rede o utilizador deve ir sec o Status Aqui mostrada uma lista de informa o com tod
84. e i IRL P MEL Protocol zpet 192 168 2 a see sh z ant Det es o be az u mai ae a Source port 1270 LZ 70 Destination poti herp cao Sequence number 676 relative sequence rember acknowledgement number 7100 Crelacive ack musber header length 7 Eyres Flags Oui Cate inden size 10000 Checkium Dxr428 correct Fie TOE iG POCA Sm 1 Temp e O E DO 1A OS PO GAM Geog 0 Figura 5 5 Captura no Wireshark 5 4 2 ZENA Network Analyzer O ZENA Network Analyzer da Microchip tamb m um sniffer mas para comunica es sem fios wireless que sigam a norma IEEE 802 15 4 Este analisador de rede utiliza uma placa que captura os pacotes e os envia por USB para serem mostrados numa aplica o especifica particularmente til no desenvolvimento de redes sem fios tipo ZigBee ou MiWi Esta ferramenta permite n o s a disseca o dos pacotes presentes no ar mas fornece ainda um ambiente gr fico que permite ver as rela es entre os n s Na Figura 5 6 apresenta se a placa que efectua a captura e na Figura 5 7 um exemplo das rela es entre os n s sobre a planta de uma casa ZENA TM Network Configuration Display ZigBee TM Protocol Show Last Messages 5 r Clear Al Lines Geer All Message Lines Clear nco Bl j r n Figura 5 6 Placa Zena Network Analyzer extra do de Microchip 09 Figura 5 7 Analyzer extra do de Microchip 09 V co 04
85. e desenvolvimento de sistemas de comunica o sem fios contando com a ajuda do analisador de rede ZENA Figura 5 11 Kit PICDEM Z extra do de Microchip 09 5 5 4 Ethernet PiCtail Plus Esta placa de expans o mostrada na Figura 5 12 permite desenvolver aplica es com comunica o por Ethernet Vem incorporada com uma ficha para liga o do cabo rede Ethernet e com o controlador de rede ENC28J60 que implementa a camada MAC e PHY seguindo a norma IEEE 802 3 Ethernet O interface com o microcontrolador feito atrav s de SPI Utilizando esta placa em conjunto com a Stack TCP IP poss vel desenvolver diversos sistemas tirando partido da comunica o por Ethernet e criar aplica es desenhadas para a Web Figura 5 12 Ethernet PICtail Plus extra do de Microchip 09 91 5 5 5 PiCtail Plus 2 4GHz RF A placa de expansao RF permite adicionar ao nosso sistema a capacidade de comunica o RF baseada na norma IEEE 802 15 4 Esta placa incorpora um m dulo transceptor transceiver e uma antena como apresentado na Figura 5 13 Este m dulo o MRF24J40MA como no PICtail anterior implementa as camadas PHY e MAC sendo que o seu interface com o microcontrolador feito por SPI Atrav s desta placa o nosso sistema ganha a capacidade de comunica es RF sem o esfor o de desenvolvimento envolvido nesta rea que bastante elevado Esta placa j vem certificada sendo uma mais valia para muitos dos fa
86. e m todos de implementar tarefas concorrentes chamadas de actores No n vel da aplica o os actores comunicam uns com os outros assincronamente atrav s de mensagens Dentro de cada actor os componentes comunicam sincronamente atrav s da chamada de m todos Assim o modelo de programa o em termos de fluxo de controlo globalmente assincrono e localmente sincrono Este modelo tem por base o TinyOS mas ao contr rio do TinyGALS as tarefas concorrentes no TinyOS n o s o acess veis como parte do interface de um componente Falha na gest o explicita da concorr ncia e obriga os programadores de componentes a utilizarem sem foros na modela o da concorr ncia Cheong et al 03 Cheong Liu 04 Mais frente nesta disserta o vai se abordar o conceito GALS com maior detalhe Estes sistemas NES t m ainda outras dificuldades que continuam a ser estudadas Uma vez que os n s motes podem n o ser colocados nas suas posi es finais como largados de um avi o ou terem mobilidade de extrema import ncia saberem onde se situam Caso contr rio podemos estar a receber informa o do meio envolvente mas se n o sabemos qual esse meio a informa o in til Assim actualmente existem algumas abordagens para a resolu o desta quest o Uma delas com o conhecimento da localiza o de alguns n s espec ficos calculando a dist ncia entre esses n s poss vel fazer uma triangula o Essa dist ncia calculada atr
87. ec o 1 3 Estes protocolos especificam como a rede formada o formato das mensagens quando se efectuam transmiss es como reencaminhar mensagens para outros n s como sincronizar todos os n s entre muitas outras funcionalidades Heidemann Govindan 05 De modo a facilitar a interliga o das tarefas de rede de aquisi o de informa o do meio envolvente e ainda processar tudo isto com recursos t o limitados como os 42 dispon veis num microcontrolador foram criados Sistemas Operativos dedicados Operating System OS como por exemplo o eCos o LynxOS e TinyOS Estes OSs criam um n cleo que gere o encadeamento do processamento conferindo tempos de execu o as tarefas threads que o sistema tem a fazer O mais conhecido e implementado na rea das redes de sistemas embutidos o TinyOS que come ou como um projecto na Universidade da California Berkeley foi crescendo e actualmente formado por uma grande comunidade de investigadores e entusiastas da rea O TinyOS TinyOS 09 baseia se no princ pio de que a maior parte das redes de sensores s o baseadas em eventos event driven ou seja o sistema reage a eventos por exemplo captados nos seus sensores composto por uma estrutura com v rios componentes Cada componente um m dulo de software que fornece uma abstrac o dos processos internos de cada m dulo seja esse o controlo de um dispositivo de hardware ou alguma tarefa de como processar informa o
88. ec fico 109 qualquer palavra rodeada de por exemplo hello Esta p gina ao ser acedida atrav s da Stack ir executar a chamada duma fun o que reside no microcontrolador criada automaticamente com o nome HTTPPrint hello sendo poss vel escrever a qualquer mensagem no lugar do marcador Do lado do navegador de internet browser este nunca l o marcador apenas o valor que o microcontrolador imprime na altura assim que usando esta Stack poss vel criar p ginas com conte do din mico ao contr rio do usual m todo de aceder a uma base de dados Neste trabalho este mecanismo foi intensamente utilizado at mesmo imprimindo c digo JavaScript que o browser sabe interpretar de modo a preencher arrays entre outras t cnicas J para a gera o dos gr ficos din micos por SVG foi tamb m utilizada esta t cnica fazendo com que os gr ficos estejam actualizados O JavaScript foi muito utilizado porque c digo que o browser sabe interpretar aliviando assim o trabalho do microcontrolador pois este c digo executado pelo processador do visitante e n o no servidor da p gina que neste caso um microcontrolador limitado A utiliza o do JavaScript permitiu criar p ginas que s o modificadas a cada evento permitiu a cria o de listas e tabelas com tamanhos din micos entre outras funcionalidades A tecnologia AJAX utilizada para efectuar altera es na p gina sem que para isso seja necess r
89. ed delay line for embedded selftimed systems Proc International Symposium on Advanced Research in Asynchronous Circuits and Systems ISBN 0 7695 0586 4 2000 Varchola Drutarosky 07 Michal Varchola Milos Drutarosky ZigBee based Home Automation Wireless Sensor Network Acta Electrotehnica et Informatica Vol 7 4 WSEAS 2007 Weber Kindler 02 Michael Weber Ekkard Kindler The Petri Net Markup Language LNCS Petri Net Technology for Communication Based Systems ISBN 978 3 540 20538 8 2002 Wegrzyn et al 97 Marek Wegrzyn Pawel Wolanski Marian Adamski Joao L Monteiro Coloured Petri Net Model of Application Specific Logic Controller Programs Industrial Electronics ISIE 97 Proceedings of the IEEE International Symposium Vol 1 7 11 p 158 163 1997 Yakovlev 02 Alex Yakovlev Is the die cast for the token game Lecture Notes In Computer Science Proceedings of the 23rd International Conference on Applications and Theory of Petri Nets ICATPN Vol 2360 Pags 70 79 2002 Yun Donohue 96 Kenneth Y Yun Ryan P Donohue Pausible clocking A first step toward heterogeneous systems Proc International Conf Computer Design ICCD Pags 158 168 1996 Yun Dooply 99 Kenneth Y Yun Ayoob E Dooply Pausible clocking based heterogeneous systems IEEE Transactions on VLSI Systems Vol 7 4 P gs 482 488 1999 Zurawski et al 94 Zurawski R MengChu Zhou Petri nets and indu
90. endo este quase sempre a requerer uma resposta dos n s S no in cio aquando do registo dos n s que estes enviam uma mensagem sem que lhes tenha sido solicitada 95 N61 Coordenador N 2 HELLO q ACKC HELLO ACKC REQ ACKN REQ ACKN REQ gt ACKN a REQ ACT ACKN gt gt ACKN lt REQ Eu ACKN ACKN Figura 6 2 Diagrama de sequ ncia do Protocolo 6 2 Casos de uso De modo a fornecer uma melhor compreens o e especifica o do sistema apresenta se o diagrama de casos de uso e A isualizar Estado do Sistema Va 3 Gerir Tarefas ZA Agendadas uiizad is Accionar Actuador Q Registar na Rede Instalador Figura 6 3 Casos de uso do Sistema 96 Do ponto de vista do sistema na sua globalidade as interac es existentes com o mundo externo s o as apresentadas no diagrama de casos de uso da Figura 6 3 Assim vendo o coordenador e os diversos n s como um s sistema os casos de uso s o a gest o de regras adicionar remover e editar regras a gest o de tarefas agendadas a obten o de informa o sobre o estado do sistema e o accionamento de um actuador existente na rede Nos casos de uso referidos o actor o utilizador da rede Cada n tem ainda o papel de actor operado pelo instalador no momento em que se registam pois por iniciativa dos n s que uma s rie de acontecimentos desencadeada Est
91. enta Ethernet PICtail Plus Daughter Board 39 99 USD MRF24J40MA PICTail Plus 2 4GHz RF Card 18 95 USD Explorer 16 129 99 USD PIC24FJ128GA010 PIM PICDEM Z 2 4 GHz DEMO KIT Total USD Total EUR Tabela 7 1 Custo das ferramentas de desenvolvimento Por outro lado se analisarmos o preco destes componentes e nao das ferramentas de desenvolvimento verifica se uma enorme redu o dos custos cerca de 84 conforme a Tabela 7 2 claro que a este valor acrescem os custos de produ o do PCB para cada elemento assim como os custos de alguns componentes que s o necess rios importante referir ainda que neste balan o utiliza se a o transceptor montado num m dulo certificado Este pode ser adquirido isoladamente a um pre o muito reduzido mas o esfor o e o custo da sua integra o com a antena assim como os da posterior certifica o muitas vezes torna o processo desvantajoso 133 Componente Sub Total PIC24FJ128GA010 6 21USD 6 21 USD ENC28J60 3 03 USD 3 03 USD MRF24J40MA Radio Transceiver Module 18 95 USD 56 85 USD PIC18F4620 2 5 72USD 11 44USD Total USD 77 53 USD TotalEUR 61 49 EUR Tabela 7 2 Custo dos componentes N Tendo em conta o custo dos materiais deste sistema e as suas funcionalidades considerara se que esta solu o de muito baixo custo claro que este sistema em compara o com as solu es de domotica apresentadas nao tem qualquer componente multim dia mas p
92. ermite todo um automatismo e controlo remoto de uma casa Deste modo demonstrou se o potencial destes recentes componentes de baixo custo e como estes podem ser aplicadas a uma rea como a dom tica De modo a que esta solu o pudesse ser implementada num sistema real seria necess rio haver electrodom sticos e dispositivos compat veis com este sistema Como a produ o de tais equipamentos descartada de imediato o passo a dar seria colocar esta solu o a interagir com os dispositivos j existentes no mercado que comunicam por mecanismos parecidos Por exemplo seria bastante simples o coordenador da rede incluir um modem PLC por exemplo da Yitran de modo a introduzir os comandos na rede el ctrica num formato conhecido como o X10 Deste modo todos os dispositivos deste g nero receberiam os comandos Pode se ainda adicionar a Stack ZigBee de forma a saber como interagir com os v rios dispositivos existentes no mercado para esta tecnologia H que salientar ainda as vantagens que advieram da correcta modela o e especifica o do sistema Ao se ter criado uma arquitectura modular do sistema foi poss vel isolar certos problemas que ficam resolvidos e encapsulados dentro de um nico m dulo Desta forma existe uma abstrac o vantajosa tanto na fase de desenvolvimento como na posterior actualiza o do sistema A modela o dos n s atrav s de RdP apresentou se muito vantajosa na medida em que permitiu uma especifica
93. es conceitos de regras e tarefas agendadas ir o ser explicados mais frente Por outro lado os dois subsistemas podem ser vistos isoladamente de modo a identificar os casos de uso especificamente do coordenador e dos n s Coordenador Gerir Regras isualizar Estado do Sistema Va Gerir Tarefas a Agendadas tized Instalador eceber Informa o dos Sensores N Figura 6 4 Casos de uso do coordenador 97 Os casos de uso do coordenador apresentados na Figura 6 4 s o muito semelhantes aos do sistema pois neste que reside toda a intelig ncia e praticamente toda a interac o com o utilizador Neste diagrama de casos de uso surge ainda a recep o de informa o dos sensores proveniente dos n s que na vis o do sistema global n o era tido em conta Por sua vez os n s t m o diagrama de casos de uso apresentado na Figura 6 5 Neste caso a maioria de interac es por parte do coordenador uma vez que o instalador apenas indica quando o n se deve registar edir Informa o dos Sensores a Coordenador AccionarActuador Registar na Rede Instalador Figura 6 5 Casos de uso dos nos 6 3 Arquitectura do Sistema Antes de se abordar a arquitectura implementada neste trabalho baseado no diagrama de casos de uso e nos objectivos identifica se os requisitos do sistema e como os colmatar Como referido anteriormente o sistema dever ser capaz de agendar tarefas ou se
94. ess Sensor and Actor Network WSAN Akyildiz Kasimoglu 041 Claro que esta vis o da dom tica muito minimalista relata praticamente os 38 primeiros sistemas para os edif cios inteligentes e exclui todos os interfaces e mecanismos automatizados inteligentes que a Dom tica actual fornece 2 1 Introdu o As redes de sistemas embutidos surgiram na ltima d cada com os r pidos avan os da microelectr nica na rea dos microcontroladores que integrados com r dios ou atrav s de liga es por cabo na mesma placa formaram os elementos da rede Estas redes s o tipicamente constitu das por sistemas embutidos que t m que comunicar uns com os outros formando uma rede Cada sistema um elemento n da rede Cada elemento deve interagir com os outros elementos mas ainda com o meio envolvente atrav s de sensores e ou actuadores Gupta et al 06 WSN o nome gen rico no qual um amplo grupo de dispositivos se agrupa Qualquer dispositivo equipado com um processador com a capacidade de sentir atrav s de sensores comunicar sem fios e ainda com a habilidade de se associar e organizar com outros de modo a formar uma rede pode se classificar um elemento de uma WSN Dulman et al 06 Servidores Internet A Figura 2 1
95. esta casa de forma a observar a evolu o da rede Nesta montagem os sensores e actuadores n o s o reais apenas demonstram a ideia e o conceito atrav s de entradas e sa das vis veis do sistema Este prot tipo apresentado na Figura 6 24 Figura 6 24 Prot tipo do modelo de aplica o 131 Numa fase mais avan ada da demonstra o foi montado um outro prot tipo desta vez com actuadores reais Estes s o uma ventoinha duas luzes um alarme sonoro e um display de oito segmentos para mostrar a configura o actual do AC J os sensores continuaram a ser simulados e a varia o dos seus valores efectuada atrav s do comando infravermelhos que comunica com as placas Figura 6 25 Segundo Prot tipo 132 7 Conclus es Com a conclus o deste trabalho verifica se que poss vel a implementa o um sistema aplicado rea da dom tica totalmente implementado com tecnologias de baixo custo Todo este sistema com funcionalidades avan adas foi implementado com tecnologias extremamente baratas e com desempenhos bastante competitivos Em seguida na Tabela 7 1 apresentam se os custos dos materiais utilizados Bill Of Materials BOM para este trabalho O custo total apresentado na tabela algo significativo se for analisado como o pre o de um sistema deste g nero Mas necess rio ter em conta que foram utilizadas placas e ferramentas pr prias para o desenvolvimento e n o para a produ o Ferram
96. fazer uso dos m dulos existentes ligando os apenas atrav s de n s de importa o exporta o O PNML estrutural fornece uma forma simples de partir um modelo em v rios submodelos atrav s de refer ncias O PNML modular permite a cria o de v rias inst ncias independentes do modelo inicial sendo muito til uma vez que cada m dulo pode ser utilizado em v rios contextos distintos em simult neo Barros Gomes 04 Em Barros Gomes 04 apresentam se duas opera es gen ricas para a especifica o e modifica o do modelo chamadas adi o rede net addition e subtrac o rede net subtraction Estas opera es s o complementares defini o do modelo das RdP atrav s do PNML Deste modo proposto o PNML operacional Operational PNML que possibilita a defini o de modelos de RdP como sequ ncias complexas e arbitr rias de opera es a qualquer inst ncia da rede Essas opera es incluem a adi o rede que uma generaliza o de fus o acrescento de n s mas ainda a opera o inversa a subtrac o a rede 65 O PNML foi utilizado no trabalho desenvolvido nesta disserta o como elo de liga o entre o editor Snoopy IOPT Gomes et al 07 e o conversor de c digo para a linguagem C PNML2C Estas ferramentas foram e continuam a ser desenvolvidas pelo projecto FORDESIGN que tem como objectivo a cria o de diversas ferramentas de apoio modela o de sistemas por RdP fazendo uso do PNML como ling
97. ferir que cada quadricula na estrutura das mensagens apresentada representa oito bits um byte como se pode ver na Figura 6 9 Todas as mensagens t m no seu primeiro byte o tipo de mensagem de modo a facilitar a leitura Assim quando se recebe uma mensagem avaliando o primeiro byte sabe se logo de que mensagem se trata qual a quantidade de dados a ler e como interpretar cada campo da trama O protocolo especificado tem o seguinte comportamento Inicialmente o coordenador fica a aguardar a recep o de alguma mensagem HELLO Quando um n iniciado e vai enviar uma mensagem HELLO ele transmite o tipo de n NT e a identifica o da transac o TID como mostrado na Figura 6 9 O envio do NT vai permitir ao coordenador saber quais os sensores e actuadores que este elemento disp e O TID um n mero pseudo aleat rio gerado na altura do envio de modo a identificar aquela transac o Isto por que nesta fase os n s n o t m ID e se dois enviarem uma mensagem HELLO na mesma altura podem surgir problemas de n o se saber para quem a resposta do coordenador e ficarem com o mesmo ID ocorrendo assim conflito Quando o coordenador recebe um HELLO verifica a NT adiciona lista o novo n e ir come ar a monitorizar os sensores associados a esse no Ao adicionar o n o coordenador verifica qual o pr ximo ID livre e vai enviar uma mensagem de ACKC para atribuir este novo ID ao no No envio do ACKC apresentado na Figura 6 10 o TID
98. ga o tem se focado no consumo e gest o dos recursos energ ticos nos processos de aquisi o de informa o pelos sensores no modo de actua o e ainda como gerir estas redes com imensos elementos que entram e saem da rede a qualquer momento e fornecem servi os diferentes entre eles Heidemann Govindan 05 Existe ainda a aplica o das WSN mas em tamanhos microsc picos chamados de SmartDust Estas redes s o formadas por sistemas microelectromec nicos microelectromechanical systems MEMS de tamanhos escala nanom trica provenientes da nanotecnologia 2 2 Hardware Os elementos motes t m a necessidade de ter uma unidade central de processamento Central Processing Unit CPU de fun es gen ricas mem rias e de pinos de entrada e sa da para interagir com os sensores e perif ricos Deste modo 40 necess rio um microcontrolador Ent o os motes s o formados essencialmente por um microcontrolador sensores e um r dio transceptor como mostrado na Figura 2 2 Sensor duo S O O O L O R dio O gt db O O Sensor Figura 2 2 Esquema de um mote Qualquer microcontrolador que preencha os requisitos pode ser utilizado como por exemplo os da Microchip Silicon Labs Atmel Texas Instruments Freescale entre muitos outros Na escolha deste microcontrolador preciso ter como factor decisivo Os seus consumos Estes s o microcontroladores de muito baixo
99. gura 5 16 Microchip ICD2 extra do de Microchip 09 Figura 5 14 Receptor KBC56A extra do de Noritake 09 Figura 5 15 Comando KBC56A extra do de Noritake 09 Figura 6 1 Topologia da rede Figura 6 2 Diagrama de sequ ncia do Protocolo Figura 6 3 Casos de uso do Sistema Figura 6 4 Casos de uso do coordenador Figura 6 5 Casos de uso dos n s Figura 6 6 Hardware do Coordenador Figura 6 7 Diagrama de blocos do coordenador Figura 6 8 Fluxograma do coordenador Figura 6 9 Mensagem HELLO Figura 6 10 Mensagem ACKC Figura 6 11 Mensagem REQ Figura 6 12 Mensagem ACT Figura 6 13 Mensagem ACKN Figura 6 14 Hardware do n Figura 6 15 Diagrama de blocos do n Figura 6 16 Fluxograma do n Figura 6 17 RdP do n Figura 6 18 1 Teste unit rio Figura 6 19 2 Teste unit rio 83 84 85 86 88 88 88 89 90 90 91 91 92 93 93 93 95 96 96 97 98 100 101 111 113 113 113 114 114 117 117 119 120 123 124 11 Figura 6 20 1 Teste de sistema Figura 6 21 2 Teste de sistema Figura 6 22 Planta do modelo de aplica o Figura 6 23 Esquema 3D do modelo de aplica o Figura 6 24 Prot tipo do modelo de aplica o Figura 6 25 Segundo Prot tipo Figura 1 0 1 Acesso configura o Figura 1 0 2 Sec o dos n s Figura 1 0 3 Sec o das tarefas agendadas Figura 1 0 4 Sec o das
100. im particularmente teis para simula o Murata 89 CSD 09 3 2 3 Estrutura das Redes de Petri Quanto a representa o gr fica das RdP esta feita atrav s de um grafo bipartido com dois tipos de n s lugares e transi es Estes n s s o interligados atrav s de arcos havendo assim tr s elementos constituintes numa RdP embora haja autores que considerem quatro pois contam com as marcas Moen 03 Murata 89 Estes tr s elementos s o ent o Lugares est o associados a uma condi o ou a um estado do sistema podendo ainda estar associados a um subsistema atrav s destes que se modela a componente est tica podendo assim observar se o estado do sistema Cont m marcas tokens que determinam a din mica do Figura 3 15 Lugar sistema e s o representadas como pontos Estas podem representar os recursos do sistema A capacidade dos lugares pode ser fixa ou n o Entre lugares surgem sempre arcos e transi es for osamente Os lugares s o representados por circunfer ncias ou elipses como apresentado na Figura 3 15 Pais 04 Barros 96 55 Figura 3 16 Transi o r Figura 3 17 Arco Transi es s o respons veis pela mudan a evolu o de estado destruindo e ou criando marcas Como est o sempre entre lugares atrav s da ac o destas denominado disparo que um lugar altera a sua marca o S o componentes activos correspondendo a eventos que v o acontecendo dentro do
101. io a actualizar Depois de tabelas serem impressas pelo JavaScript cujos arrays foram preenchidos pelo m todo de subsitua o da Stack o AJAX vai alterar os valores num ricos como tipos de n s ou dispositivos por textos que residem num XML Deste modo a informa o que apresentada na p gina est centralizada no XML sendo por isso extremamente f cil a sua modifica o sem ser necess rio a edi o de todos os ficheiros HTML J o CSS foi utilizado para criar uma apresenta o apelativa da p gina e de forma a ser din mica na medida em que todos par metros gr ficos est o guardados neste ficheiro Foi ainda um esfor o constante conseguir criar este interface apelativo din mico e robusto com apenas 256 kbit dispon veis na EEPROM Todas estas funcionalidades de certo modo avan adas foram concretizadas sobre um microcontrolador limitado o PIC24F 110 Depois de explicados todos os m dulos do coordenador em separado expressa se o funcionamento gen rico do coordenador de rede atrav s do fluxograma da Figura 6 8 Inicializa es Aguarda o registo de n s Tem algum n Sim Envia ac o Envia pedido de Sim e actualiza o Figura 6 8 Fluxograma do coordenador 111 6 3 2 Protocolo De modo a que o sistema funcione com todos os seus elementos de uma forma ordenada foi criado um protocolo Inicialmente considerou se a possibilidade de utilizar um
102. is gosto e realiza o confere ao autor desta disserta o Desde sempre que houve um fasc nio pelos sistemas embutidos e a actual capacidade de lhes adicionar funcionalidades avan adas torna os ainda mais apelativos Este trabalho re ne v rias componentes interessantes Uma dessas componentes o desenvolvimento de um sistema embutido atrav s da programa o de microcontroladores Outra a possibilidade de conferir ao sistema um interface remoto atrav s de uma p gina Web J a comunica o por r dio frequ ncia sem d vida uma componente que confere aos sistemas uma versatilidade nica Este gosto pelos sistemas embutidos desde sempre existiu Produzir um pequeno programa que fa a acender um LED Light Emitting Diode sempre cativou muito mais o autor desta disserta o do que o tradicional HelloWorld da programa o para aplica es PC Personal Computer Actualmente poss vel em vez de acender um LED efectuar algo t o avan ado como modificar uma p gina Web enviar um e mail ou mesmo representar esse LED aceso num ecr sens vel ao toque touch screen Antigamente o interface era apenas formado por componentes como bot es LEDs e potenci metros sendo muito pouco apelativo para o utilizador Neste momento poss vel criar interfaces t o ricos como os criados em aplica es t picas para PC ou ainda interfaces desenhados para a Web que s o e continuar o a ser sem d vida os que os utilizadores mais
103. ito usado j antigo desenvolvido em 1975 Uma das grandes vantagens deste protocolo o facto de estar t o implementado que existem imensos dispositivos dispon veis no mercado com diversas funcionalidades Como um protocolo aberto qualquer fabricante pode produzir um dispositivo desde que seja compat vel Como exemplo dos dispositivos X10 apresentam as seguintes figuras 4 m i Figura 1 6 L mpada X10 extra do de Figura 1 7 M dulo X10 extra do de EuroX10 09 EuroX10 09 Na Figura 1 6 podemos observar uma l mpada com um m dulo X10 integrado no casquilho LM15ES Recebe assim os comandos atrav s da rede el ctrica cada um dos m dulos X10 sabe reagir a um certo n mero de comandos A Figura 1 7 apresenta um 29 modulo X10 que controla aparelhos el ctricos ligados a tomadas de parede AM12G Recebe comandos X10 para ligar ou desligar o aparelho que lhe est associado J a Figura 1 8 mostra um conversor de sinais X10 RF em comandos X10 para a rede el ctrica repetindo assim o comando recebido por RF na rede el ctrica S4022 Apesar desta fun o ele pr prio um actuador X10 Quanto Figura 1 9 esta apresenta um comando universal com ecr t ctil e luz de fundo azul principalmente vocacionado para o controlo de dispositivos X 10 via RF e infra vermelhos IrDA para os dispositivos normais Figura 1 8 Conversor X10 extra do de Figura 1 9 Comando X10 extra do de EuroX1
104. ja o utilizador poder accionar um actuador qualquer a uma hora e data espec fica Para este efeito ser necess rio implementar um m dulo que guarde essas tarefas e que monitorizando a refer ncia temporal do sistema fa a despoletar essas tarefas na altura devida Outro dos requisitos a capacidade do sistema reagir automaticamente O sistema dever ao monitorizar os sensores ser capaz de accionar mecanismos em situa es 98 espec ficas sem que para isso o utilizador tenha que intervir Deste modo o utilizador dever criar um conjunto de regras definindo que em situa es espec ficas por exemplo o sensor de temperatura acima de 30 algum actuador seja accionado por exemplo ligar o ar condicionado AC Assim dever haver um m dulo que aloje estas regras e que esteja constantemente a monitorizar os valores dos sensores de modo a que possa reagir nas situa es previstas Em seguida apresentam se os modelos e as arquitecturas desenvolvidas tanto para o coordenador como para os n s 6 3 1 Coordenador Em termos de hardware a plataforma utilizada no desenvolvimento do sistema foi a placa Explorer 16 com o PIM do PIC24FJ128GA010 e duas placas de expans o PICtail uma de Ethernet e outra de RF Foi ainda necess rio adicionar mais uma slot de expans o Explorer 16 pois esta apenas vem com uma de f brica Embora haja compatibilidade dos pinos para as duas PlICtail fisicamente imposs vel montar as d
105. m dulos o sistema reage em termos de rede Assim quando um sensor est desactualizado ou necess rio accionar um actuador s o enviadas mensagens aos n s Ao enviar estas mensagens o ACOM apenas sabe se a mensagem teve sucesso ou n o ou seja se foi confirmada a recep o da mensagem com ACKN Ao surgir uma mensagem n o confirmada este aguarda um tempo espec fico e reenvia de novo Este processo repetido outro n mero predefinido de vezes Se n o receber nenhuma confirma o o n ser removido da rede assim como os sensores e actuadores a este associados importante salientar que embora para o ACOM a mensagem reenviada um n mero espec fico de vezes esta enviada muitas mais vezes O ACOM ao encarregar o NCOM de enviar a mensagem n o sabe que por cada vez que para enviar uma trama esta enviada mais um n mero predefinido de vezes pelo NCOM aquando de n o confirma o Esta implementa o pretende garantir que a camada interm dia NCOM encarrega se de enviar mensagens e aguardar confirma o reportando o resultado A maneira como o sistema reage a falhas j com a camada acima este apenas tenta enviar reenvia se for necess rio e informa do resultado 6 3 3 N Para a implementa o dos n s em termos de hardware utilizaram se duas placas PICDEM Z com duas PlICtail RF O microcontrolador em que foi implementado o PIC18F4620 Na Figura 6 14 mostra se a placa utilizada Os PlCtails RF para os n s
106. m os testes 6 4 Teste e Resultados De modo a validar o comportamento e o funcionamento do sistema foram efectuados in meros testes Em seguida ir se o apresentar alguns deles De modo a configurar o sistema foi utilizado o interface desenvolvido atrav s da p gina Web Um manual de utiliza o do interface apresentado em anexo nesta disserta o O coordenador foi testado isoladamente na altura do seu desenvolvimento e s depois foi testado com os n s em conjunto Os testes isolados ao coordenador s o designados testes unit rios e ser o apresentados em seguida 6 4 1 Testes Unit rios Com o objectivo de validar o comportamento do coordenador este foi testado isoladamente Para isso como referido anteriormente foi criado uma aplica o em Java que simula os n s e foi ainda criado um LCOM para Ethernet Ao validar o comportamento do coordenador por Ethernet reduz se a probabilidade de erros no canal de comunica o garantia que n o existe nas RF Esta aplica o Java simula dois tipos de n s diferentes sendo estes seleccionados atrav s de um argumento que passado pelo ficheiro batch que lan a a aplica o Como estes testes s o por UDP sobre Ethernet a cada elemento foi atribu do um IP Assim ao n PC foi atribu do o IP 192 168 0 33 e ao coordenador o IP 192 168 0 43 Como n o foi poss vel ter duas aplica es escuta na mesma m quina e no mesmo porto em simult neo foi elaborado um mecanismo
107. m vez de se utilizar o mecanismo de interrup o podia se ter utilizado o mecanismo de pooling estando constantemente a ver se o tempo actual igual ou superior ao de alguma tarefa agendada Este m todo n o foi utilizado pois havendo um recurso do hardware que fornece essa fun o seria pouco expedito n o o utilizar 105 Rules neste m dulo Rules que est o implementados os automatismos de reac o a eventuais situa es predefinidas Mais uma vez existe uma lista que neste caso aloja um conjunto de regras A fun o deste m dulo estar constantemente a monitorizar o estado dos sensores e avaliar se existe alguma regra que contemple essa situa o despoletando a reac o associada adicionando a a lista de ac es De modo a tornar estes automatismos o mais variados poss vel e fornecer ao utilizador uma grande versatilidade na defini o de regras foram criados tr s tipos de regras Simples Estas s o regras que definem directamente um valor limite de um sensor espec fico num n A partir deste valor o processo de avalia o verifica se a regra deve disparar ou n o Um exemplo de aplicabilidade a defini o de uma regra que a associa o valor de uma temperatura numa divis o espec fica actua o do AC Por exemplo pode se definir que se a temperatura na sala estiver abaixo dos 17 o sistema deve ligar o AC nos 20 Outra regra pode ser definida para o caso de se a temperatura estar acima dos 27
108. maneira de explicar qualquer mecanismo funcionamento ou racioc nio que todo o Engenheiro Electrot cnico r pida e desenrascadamente utiliza Eng de Sistemas ou Eng Inform tico Quem nunca presenciou algo deste g nero desenhado rapidamente na toalha de mesa de um restaurante O autor desta disserta o conhece quem Eng Electrot cnico de modo a explicar o itiner rio at ao local do seu casamento o fez atrav s de fluxogramas Claro que este fluxograma foi a refer ncia para pessoas de todas as idades de diferentes reas e graus de escolaridade Os Fluxogramas surgiram por volta de 1947 num trabalho desenvolvido na Universidade de Princeton e muitos anos depois com as naturais evolu es viria a ser definida uma norma a especificar a sua utiliza o e representa o a ISO 5807 1985 Os fluxogramas permitem apresentar graficamente o comportamento de sistemas atrav s da representa o do fluxo de controlo do fluxo de dados e ainda das interac es que o sistema tem com entradas e sa das Esta representa o feita atrav s de uma nota o gr fica que se explica em seguida de uma forma resumida q gt Terminal Representa o in cio e o fim do fluxo l gico do programa Pode ainda ser usado na defini o de subrotinas Figura 3 1 Terminal 50 Figura 3 2 Processamento lt gt Figura 3 3 Decis o a Figura 3 4 Entrada Manual C Figura 3 5 Exibi o
109. mos de troca e partilha Gra as a esta uniformiza o a escolha de ferramentas a utilizar reside inteiramente nas pessoas que desenvolvem o modelo e o concretizam Os modelos UML podem ser t o precisos que permitem a gera o de c digo Existem ainda solu es que verificam a precis o do modelo Assim quando se utiliza o UML com ferramentas deste g nero poss vel testar o modelo ainda antes da produ o de c digo manualmente Um modelo UML pode ser implementado em m ltiplas plataformas que tiram partido de diferentes linguagens Deste modo o UML apresenta se com um grande grau de independ ncia entre o modelo e a plataforma na qual implementado Pender 03 Como referido o UML fornece diversas nota es e t cnicas de modela o como por exemplo diagrama de casos de uso diagrama de classes diagrama de componentes diagrama de pacotes diagrama de actividade diagrama de estado diagrama de sequ ncia diagrama de interac es entre outros Em seguida abordam se as t cnicas de modela o nota es que foram utilizadas neste trabalho nomeadamente os diagramas de casos de uso na identifica o dos usos do sistema na Optica do utilizador e os diagramas de sequ ncia na representa o da interac o e troca de mensagens entre os elementos da rede 3 3 1 Diagrama de Casos de Uso Os diagramas de casos de uso capturam o comportamento de um sistema subsistema ou classe do ponto de vista de um utilizador externo
110. mpiladores C18 para a fam lia PIC18 C30 para os PIC24 e dsPIC e ainda o C32 para os PIC32 Microchip 09 Neste trabalho a vers o utilizada do MPLAB foi a 8 14 do compilador C30 foi a vers o 3 01 e do C18 foi a 3 11 5 2 2 Stack TCP IP A Microchip disponibiliza uma pilha stack de protocolos optimizados para as suas familias de microcontroladores Esta stack TCP IP permite aos programadores de sistemas usufruir dos diversos protocolos implementados sem ter que perder tempo no seu desenvolvimento DHCP SNMP Ethernet Figura 5 4 Stack TCP IP da Microchip extra do de Microchip 09 Na Figura 5 4 surgem os protocolos suportados por esta stack mas existem mais funcionalidades que n o constam como DNS NetBIOS Name Service SSL ou ainda DHOP No trabalho desenvolvido nesta disserta o o HTTP Hypertext Transfer Protocol foi a funcionalidade mais utilizada desta stack permitindo alojar uma p gina de internet com a informa o do sistema 86 5 3 Ferramentas de documenta o 5 3 1 Doxygen O Doxygen uma ferramenta para gera o de documenta o de c digo Esta pode ser usada em diversas linguagens como C C Java Objective C Python Corba Fortran VHDL PHP CH entre outras Esta ferramenta tem um funcionamento muito semelhante ao Javadoc que consiste na utiliza o de etiquetas tags espec ficas para diferentes campos Atrav s destas tags inseridas em coment rios no c digo vai se
111. multidisciplinar implicando diferentes dom nios do conhecimento a interagir no sentido ben fico n o s dos ocupantes ou utilizadores destes edif cios mas tamb m dos propriet rios dos mesmos Estes benef cios s o dif ceis de quantificar quer em termos econ micos quer em termos ecol gicos mas podem ser associados poupan a de energia Dos dom nios do conhecimento envolvidos com contribui es relevantes nesta rea destacam se a arquitectura as engenharias civil electr nica e de computadores nomeadamente de sistemas controlo e telecomunica es Gomes 97 A Dom tica em ingl s mais conhecida como home automation smart home ou mesmo domotics surge como um ramo dos Edif cios Inteligentes mas com aplica o nas habita es A palavra Dom tica o resultado da jun o da palavra latina Domus que significa Casa com a palavra Rob tica Ao contr rio do contexto habitual dos Els industria e militar a dom tica procura fornecer conforto e conveni ncia aos lares dom sticos A ideia base automatizar tarefas e rotinas de uma casa e ainda possibilitar a capacidade de interagir com a casa remotamente Dos dom nios do conhecimento envolvidos com contribui es relevantes nesta rea destacam se a arquitectura as engenharias civil electr nica e de computadores nomeadamente de sistemas controlo e telecomunica es Gomes 97 De entre os objectivos idealizados para uma casa inteligente referem se os seguintes
112. n s podem ser agrupados em duas classes os dispositivos com todas as fun es Full Function Device FFD e os dispositivos de fun es reduzidas Reduced Function Devices RFD Os FFDs s o dotados de todas as funcionalidades est o sempre activos para receber mensagens e est o habitualmente ligados a uma fonte de energia J os RFD passam a maior parte do tempo adormecidos para poupar a energia das baterias Existe a possibilidade de o seu n parente FFD armazenar mensagens destinadas ao RFD e quando este acorda requisita as suas mensagens Deste modo o Coordenador ZigBee um FFD mas que actua como coordenador e executa fun es muito espec ficas Podem ainda existir mais dois tipos de FFD os simplesmente FFD e os FFD encaminhadores A diferen a reside nas topologias de rede apresentadas anteriormente Na rede em rvore cluster tree os FFDs simples n o reenviam mensagens enquanto que nas redes em malha mesh todos os FFDs reenviam J os dispositivos terminais ZigBee s o sempre os RFD N par grafo seguinte faz se uma distin o do significado usado at ent o da palavra dispositivo Assim dispositivo tradu o de device representa algo quer seja 32 um sensor ou um actuador que um n da rede ZigBee possa ter Por exemplo um n que tenha um sensor de temperatura e actue sobre uma l mpada Este n cont m dois dispositivos embora do ponto de vista do hardware seja um objecto nico Para cada di
113. n FPGA Performance Design Automation Conference 2005 Proceedings of the ASP DAC 2005 Vol 2 Pags 1260 1263 IEEE ISBN 0 7803 8737 6 2005 JUngel et al 00 Matthias Jungel Ekkart Kindler Michael Weber The Petri Net Markup Language Workshop on Algorithms and Tools for Petri Nets 2000 K rber et al 05 Hans J rg K rber Housam Wattar Gerd Scholl Wolfgang Heller Embedding a Microchip PIC18F452 based commercial platform into TinyOS 2005 Krsti et al 05 Milo Krsti Eckhard Grass Christian Stahl Request driven GALS Technique for Wireless Communication System Asynchronous Circuits and Systems ASYNC Proceedings 11th IEEE International Symposium Pags 76 85 ISBN 0 7695 2305 6 2005 Krstic et al 06 M Krstic C Grass e M Piz System integration by request driven GALS design Computers and Digital Techniques IEEE Proceedings Vol 153 5 Pags 362 372 2006 Lino 03 Lino Rui Manuel Gon alves Detec o de Falhas em Sistemas de Automa o utilizando Redes de Petri Disserta o de Mestrado no Departamento de Departamento de Ci ncias dos Materiais na Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa 2003 Maldonado 06 Eduardo Maldonado Directiva Europeia 2002 91 CE sobre o Desempenho Energ tico dos edif cios INETI Semin rio GREEN IT Universidade do Porto 2006 Masters 08 Microchip 2008 MASTERs Conference Documentation Phoenix Arizona 20
114. nal deste cap tulo ir o ser apresentados alguns dos testes e resultados conseguidos de forma a sustentar o cap tulo seguinte No s timo cap tulo ser feito todo o balan o deste trabalho Ser o interpretados os resultados e apresentadas as conclus es finais deste trabalho assim como perspectivas futuras 18 1 Dom tica Neste cap tulo vai se descrever sumariamente o que Dom tica em que enquadramento surge e ainda que tecnologias d o suporte a este conceito 1 1 Introdu o O natural instinto de protec o obrigou desde sempre o homem a procurar abrigo Come ou por habitar em cavernas depois em cabanas e posteriormente com os avan os da civiliza o em edif cios medida que estes foram evoluindo surgiu a necessidade de controlar os seus espa os de modo a adapt los a diversas condicionantes nomeadamente as altera es meteorol gicas Assim para controlar os fluxos de ar surgiram as portas e as janelas para controlar a luminosidade no interior bem como por quest es de privacidade surgiram as portadas e os estores Mais recentemente com o aparecimento da electricidade surgiram os interruptores para controlar o funcionamento dos dispositivos el ctricos Todos estes controlos t m uma particularidade em comum a necessidade de ac o humana directa Com a evolu o tecnol gica foi poss vel adicionar alguns automatismos atrav s do uso de elementos b sicos como rel s ou term statos Es
115. nal estiver activa e uma terceira regra simples tamb m Deste modo poss vel associar v rias regras para uma nica ac o Mesmo com esta versatilidade na defini o de regras foi ainda adicionada uma funcionalidade de modo a conferir mais possibilidades ao sistema Definiu se que cada regra pode mas n o obrigat rio ter uma proacc o Esta uma ac o que desencadeada a seguir a ac o inicial Funciona da seguinte maneira No caso de uma regra disparar uma ac o executada Supondo que essa ac o ir em oposi o grandeza que o sensor mediu e activou a regra de esperar que a regra passe do seu estado activo para inactivo Ent o quando uma regra que tenha associada uma proac o activada e depois inactiva esta desencadeia uma nova ac o a proac o Por exemplo definindo uma regra com proac o poss vel fazer com que quando um sensor de temperatura estiver com o valor abaixo dos 15 uma ac o ir activar um aquecedor para aumentar a temperatura Quando a temperatura voltar a passar dos 15 uma outra ac o ir desligar o aquecedor neste exemplo o aquecedor n o tem term stato Na avalia o do disparo das regras existem algumas compara es poss veis No caso de ser um valor pode se comparar se est acima abaixo ou igual ao valor limite No caso de ser uma vari vel booleana pode se verificar se est activo ou n o Para as regras condicionais poss
116. nsi es Barros 96 Na modela o com RdP s o t picas as seguintes situa es Paralelismo Concorr ncia mais que um processo s o t1 t2 executados em simult neo Figura 3 23 Figura 3 23 Paralelismo 60 Conflito tanto a transi o t como t da Figura 3 24 est o habilitadas ocorrendo assim um conflito sobre qual dispara primeiro Ao disparar uma a outra deixa de estar habilitada Figura 3 24 Conflito H Confus o a mistura de concorr ncia e conflito Na Figura 3 25 se a transi o t disparar primeiro que a t3 resulta numa situa o de conflito Figura 3 25 Confus o Sincroniza o na Figura 3 26 a transi o t so fica habilitada quando os dois lugares est o marcados Deste modo j sincroniza se dois processos que tenham tempos de execu o diferentes mas que a partir de t tenham que for osamente ter terminado Figura 3 26 Sincroniza o Gest o de recursos na Figura 3 27 surge uma RdP que permite e a gest o de um recurso cr tico Tanto t como t est o habilitadas mas ambas necessitam do mesmo recurso logo apenas uma pode disparar Quando uma dispara utiliza o E recurso e no fim as transi es tz e ty voltam a repor o recurso dispon vel Figura 3 27 Gest o de recursos 61 t1 Figura 3 28 Lugares complementares Px Px t3 Figura 3 29 Mem ria Figura 3 30 Arco de teste Lugares complementares
117. nto fulcral no Projecto FORDESIGN pois atrav s dela que se gera o PNML que ser depois utilizado nas v rias ferramentas deste projecto FORDESIGN 07 como se pode ver na Figura 3 31 A Figura 5 1 mostra o interface gr fico do Snoopy lOPT T SnoopylOPT v2 2 BETA PetriNet iopt RAX Bi File Edit View Elements Hierarchy Search Visualisation Window Help EX Aa EH ES Ea EF IOPT Top Level Elements B Place Transition Coarse Place Coarse Transition Comment InputEvent Output Event Input Signal Output Signal EE Edges Edge TestEdge Operations Add Subtract Split Figura 5 1 Snoopy IOPT 5 1 2 Conversor PNML2C O conversor PNML2C faz a tradu o do modelo de uma RdP descrita atrav s do PNML para a linguagem C podendo ser assim implementado em diversas plataformas nomeadamente microcontroladores Esta ferramenta tirando partido das propriedades e caracter sticas das RdP IOPT implementa uma arquitectura de modo a que a integra o num sistema real seja facilitado Esta arquitectura composta por 83 tr s partes fundamentais Uma parte de entradas outra parte em que o modelo evolui e ainda a parte das sa das Esta arquitectura apresentada na Figura 5 2 Executor Espec fico para uma plataforma Interface de entrada Modelo de Interface de saida Execu o Entradas Saidas fisteas fisicas externas Marca o exlernas corrente C digo de execu o da Figur
118. o completa do modelo comportamental O uso das RdP em 134 modelos n o muito extensos como este permite uma compreens o comportamental do sistema bastante intuitiva assim portanto um formalismo de modela o simples mas ao mesmo tempo conciso que para um sistema deste g nero parece indicado Por outro lado a gera o autom tica de c digo traduz se numa grande vantagem pois garante uma correcta interpreta o e tradu o do modelo facilitando ainda poss veis altera es que o sistema possa vir a sofrer Ficou assim validada a ferramenta PNML2C que embora ainda n o totalmente finalizada apresentou resultados positivos deixando a indica o que no futuro poder vir a ser extremamente util para a passagem da fase do modelo a fase de implementa o garantindo uma fiel interpreta o do modelo 135 Refer ncias Akyildiz Kasimoglu 04 I F Akyildiz I H Kasimoglu Wireless sensor and actor networks research challenges AdHoc Networks Journal 2 4 pp 351 367 2004 Anderson Najm 03 Jason Anderson Farid Najm Switching Activity Analysis and Pre Layout Activity Prediction for FPGAs International Workshop on System Level Interconnect Prediction Proceedings of the 2003 international workshop on System level Interconnect Prediction ACM ISBN 1 58113 627 7 2003 Barros 96 Barros Jodo Paulo M P Ramos CpPNeTS Uma Classe de Redes de Petri de Alto n vel Implementa o de um sis
119. o de batalha pode se na altura do combate inibir as comunica es do inimigo desorientando o Podem ainda ser usadas para a detec o ou marca o de alvos a abater pela avia o detec o de armas nucleares ou biol gicas entre outras aplica es Aplica es Ambientais Um exemplo a monitoriza o de habitats Colocando n s nas tocas ou ref gios dos animais relativamente f cil monitorizar par metros como temperatura humidade luz sons e os hor rios do quotidiano dos animais Esta monitoriza o feita de um modo n o invasivo e durante longos per odos de tempo Outra aplica o que pode ser feita a monitoriza o da presen a e movimenta o de certas esp cies numa rea Na biologia marinha prev se a utiliza o das WSN para a monitoriza o de certas zonas Com os n s colocados a uma pequena profundidade estes captariam dados relativamente temperatura da gua luz e salinidade factores que s o importantes a forma o de grandes col nias de algas Outra aplica o que se prev a monitoriza o de solos ou guas de modo a evitar contamina es em zonas industriais aplic vel tamb m na detec o de fogos florestais entre outras Aplica es Civis Utilizando as WSN possivel monitorizar pessoas idosas ou com alguma doen a cr nica tanto em casa como no Hospital Em casa podem monitorizar os movimentos do paciente alertar para a toma de medicamentos detectar alguma queda ou
120. o est constantemente a percorrer a lista verificando se existem sensores que n o s o actualizados h mais que um tempo predefinido comparando o timestamp com o tempo actual Ao detectar itens desactualizados marca os de modo a que o sistema possa depois detectar que necess rio interrogar esse n por informa es Nodes Tanto o m dulo Nodes como o Action s o apenas reposit rios de informa o n o havendo nenhum processo a efectuar O m dulo Nodes guarda a lista dos n s presentes na rede e outros dados associados a estes como o seu ID tipo de n e nome este m dulo que ao entrar um novo n lhe atribui um ID procurando o pr ximo ID dispon vel Action Como referido anteriormente este m dulo apenas aloja informa o Mais especificamente este aloja uma lista de ac es medida que o sistema evolui ele tem a necessidade de reagir actuar Quando esta necessidade ocorre o sistema adiciona um item a esta lista representando a necessidade de actuar Como essa necessidade 104 de actuar pode despoletar v rias ac es em simult neo esta lista guarda as at que o sistema as possa desencadear Assim a necessidade de actuar ao surgir representada nesta lista temporariamente at que o sistema possa reagir enviando a ac o ao n Este mecanismo necess rio pois o protocolo pode estar espera de uma confirma o acknowledge ou noutra situa o que n o possa sobrepor o canal de comunica o
121. o propriet rio sem custos para os sistemas que n o necessitem de tamanha complexidade e robustez como a do ZigBee Para a utiliza o destes protocolos propriet rios apenas necess rio utilizar o hardware por ele fornecido o caso do MiWi da Microchip do EZMac da Integration que recentemente foi comprada pela Silicon Labs ou do BeeKit da Freescale 33 1 3 5 Outras Tecnologias Existem outras solu es para criar sistemas dom ticos Alguns s o protocolos abertos outros s o solu es propriet rias A t tulo de refer ncia apresentam se algumas solu es que n o ser o aprofundadas nesta disserta o e LonWorks da Echelon e Z Wave da Z Wave Alliance e C Bus ou SquareD Clipsal da Clipsal Integrated Systems e HomePlug da Powerline Alliance e EnOcean e HAI da Home Automation Inc e ModBus da Modicon e ONE NET e Domintell e Cardio e Dom 1 4 Dom tica em Portugal Hoje a Dom tica n o uma novidade em Portugal E a prov lo est a exist ncia de v rias empresas a operar no ramo com a representa o e distribui o de diversas marcas internacionais especificamente dedicadas Dom tica Chamusca 06 Caminha se cada vez mais ao encontro dos conceitos fundamentais da dom tica Associado ao conceito do comando e controlo dos diversos n veis de conforto em casa a palavra Dom tica passou a fazer parte do vocabul rio do portugu s moderno Chamusca 06 Alguns construtores p
122. oda a intelig ncia estar num nico n que apenas necess rio programar configurar um n quando queremos alterar o comportamento do sistema a uma situa o J no caso de actualiza o em termos de firmware do sistema apenas necess rio actualizar o coordenador pois os sensores e actuadores continuaram a desempenhar o mesmo papel b sico Como bvio esta arquitectura tem a sua grande desvantagem no caso de o coordenador ficar fora de servi o o que representa uma falha total no sistema e Distribu da quando todos os n s presentes na rede t m a capacidade de processar a informa o e reagir Esta abordagem tem a vantagem de quando algum n deixa de funcionar a rede apenas perde as funcionalidades associadas a esse n e tudo o resto decorre sem problemas e Mista quando existem n s capazes de adquirir informa o dos sensores process la reagir e depois ainda a enviam para os outros n s 24 1 3 Tecnologias Actualmente existem in meras solu es para implementar um sistema domotico Algumas solu es s o espec ficas de certos fabricantes enquanto outras s o normas que entidades definiram de modo a que todos os fabricantes que queiram desenvolver produtos o possam fazer desde que cumpram os requisitos e muitas vezes paguem algumas taxas e licenciamento Existem diversos meios de comunica o que podem ser utilizados nas variadas solu es Enquanto umas utilizam um s meio outras utilizam v
123. omparative analysis of GALS clocking schemes in Computers amp Digital Techniques IET Vol 1 2 P gs 59 69 2007 Dijkstra 92 Edsger W Dijktra On the Economy of Doing Mathematics Lecture Notes In Computer Science Proceedings of the Second International Conference on Mathematics of Program Construction Vol 669 Springer Verlag 1992 Dulman et al 06 S Dulman S Chatterjea P Havinga Introduction to Wireless Sensor Networks The Industrial Information Technology Handbook Richard Zurawski Section V Networked Embedded Systems Cap 31 CRC ISBN 0849328241 9780849328244 2006 Fernandez et al 07 C Fernandez Rajkumar Raval C Bleakley GALS SoC Interconnect Bus for Wireless Sensor Network Processor Platforms in Great Lakes Symposium on VLSI Proceedings of the 17th ACM Great Lakes symposium on VLSI Pags 132 137 ACM ISBN 978 1 59593 605 9 2007 Gomes et al 97 Luis Gomes Anik Costa Carlos Soares Jodo Paulo Barros A Steiger Garcao Campus Guard a domot targeted for integrated building monitoring and control 2nd Int Conference on Intelligent Buildings New Methods and Technologies in Planning and Construction of Intelligent Buildings Il P gs 53 64 1997 137 Gomes et al 98 Lu s Gomes Jo o Paulo Barros Anik Costa Towards Integrated Modelling of Intelligent Building Systems Second European Conference on Product and Process Modelling in the Building Industr
124. or Chip Level Debug and Test IEEE Transactions on Computers Vol 54 12 P gs 1532 1546 2005 Heidemann Govindan 05 John Heidmann Ramesh Govidan Embedded Sensor Netwoks Handbook of Networked and Embedded Control Systems Dimitrios Hristu Varsakelis Willian Vevine Section V Networking Birkhauser ISBN 0817632395 9780817632397 2005 Hemani et al 99 A Hemani T Meincke S Kumar A Postula T Olsson P Nilsson J Oberg P Ellervee D Lundqvist Lowering power consumption in clock by using globally asynchronous Annual ACM IEEE Design Automation Conference Proceedings of the 36th ACM IEEE conference on Design automation ACM ISBN 1 58133 109 7 1999 138 Heuser 91 Heuser Modela o Conceitual de Sistemas 1a Edi o EBAI 1988 2a Edi o Campinas UNICAMP IV Escola Brasileiro Argentina de Inform tica 1991 lyer Marculescu 02 Anoop lyer Diana Marculescu Power and Performance Evaluation of GALS International Symposium on Computer Architecture Proceedings 29th Annual International Symposium Pags 158 168 IEEE ISBN 1063 6897 2002 Jensen 97 Jensen Kurt A brief introduction to Coloured Petri Nets Lecture Notes in Computer Science Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems Pags 203 208 Springer Verlag ISBN 3 540 62790 1 1997 Jia Vermuri 05 X Jia R Vermuri Using GALS Architecture to Reduce the Impact of Long Wire Delay o
125. ortugueses come am j a preparar as habita es para os requisitos das instala es dos sistemas dom ticos Na actual conjectura do ramo da constru o a Dom tica surge como o maior e melhor valor acrescentado das 34 promo es imobili rias sendo as solu es dimensionadas e custeadas mediante o alvo pretendido Chamusca 06 Alguns empreendimentos novos ou em fase de constru o j est o dotados de sistemas dom ticos As empresas de Dom tica indicam uma subida da procura na ordem dos 40 apesar de estas habita es continuarem a ser uma minoria devido aos pre os envolvidos A constru o preparada para a dom tica um factor de diferencia o no pre o final Os pre os variam muito conforme as funcionalidades que se querem conferir casa e as suas dimens es Em 2007 a rede de pesquisa de Rob tica previa para os pr ximos anos uma Europa com cerca de 15 milh es de casas inteligentes Actualmente a massifica o da intelig ncia dom stica e a consequente baixa de pre os ainda uma miragem mas h especialistas que afirmam que estas ser o a casa comum dentro de uma d cada Por enquanto estes sistemas s o mais impulsionados pela seguran a e pela poupan a energ tica uma vez que o conforto muitas vezes visto como sup rfluo na nossa sociedade Um factor que vai contribuir bastante para a dissemina o destes sistemas em toda a Europa a Directiva Europeia 2002 91 CE sobre o Desempenho Energ
126. os de controladores de portas portas demand e portas pull Muttersbach et al 00 Bormann Cheung 97 Sparso Furber 02 73 Den Rp Ri Porta Tipo D Ap Ai Figura 4 3 Esquema de uma Porta tipo D Muttersbach et al 00 Nas portas do tipo demand tipo D assumido que os dados a ser transmitidos s o requeridos imediatamente ap s comunica o ent o neste tipo de portas o sinal de rel gio do m dulo LS dever ser parado imediatamente e reactivado quando a comunica o terminar Najibi et al 05 O esquema destas portas apresenta se na Figura 4 3 Imediatamente ap s activa o do evento Den feito um pedido para estender o sinal de rel gio Ri que confirmado por um Ai Quando o sinal de rel gio garantido que permanece pausado o ciclo processado e no fim o sinal de rel gio continua de novo Este tipo de porta pode ser conseguido por exemplo atrav s da implementa o apresentada na Figura 4 4 Figura 4 4 Esquem tico de um controlador D type Muttersbach et al 00 As portas do tipo poll tipo P n o suspendem o clock imediatamente e assim o circuito LS tem a oportunidade de continuar as suas opera es e tarefas Este tipo de porta foi desenhado para melhorar os desempenhos mas a sua efic cia est altamente dependente da natureza das tarefas e do circuito do LS Por isso este tipo n o amplamente utilizado Najibi et al 05 As portas tipo P t m necessidade de um sinal ext
127. os os sensores e ainda apresentado um gr fico com os ltimos cinco valores recebidos para cada n como se pode ver na Figura 1 5 Esta p gina actualiza se automaticamente e tem como finalidade permitir ao utilizador acompanhar a evolu o do sistema A gera o destes gr ficos faz uso da tecnologia SVG 148 Domotic System Home System Status Nodes Schedule Rules ra 1 33 0 Temperature Status 1 Presence 1 0 Copyright 2008 Gus FCT Technology Figura 1 0 5 Sec o do estado dos sensores 149
128. owser e indica o endere o do sistema Este endere o pode ser o IP do coordenador que apresentado no LCD da placa ou se for dentro de uma rede local apenas apontar para http domsys que por NetBIOS Name Service o endere o descoberto resolved Na primeira p gina surge uma descri o do sistema mas sem a possibilidade de visionar ou alterar qualquer configura o Depois ao seleccionar alguma das outras sec es da p gina aparecer uma janela para validar o acesso login como mostrado na Figura 1 1 DoMoTIC SySTeM Wielcame Gn this web sit you Can manage your domobo system and alsa aneia tica o 1 E q E 9 mtodura o nome de utilizador e a senha pera Protected em hitoc domsys ome de vidio C vee p Gerster de CES pare guardar esta senha o cores Figura 1 0 1 Acesso configura o Efectuando o login e acedendo parte Nodes poss vel ver os n s existentes nesta rede e ou remov los aqui que o instalador ap s carregar no bot o do n para o registar dever atribuir o nome do n de modo a saber no futuro que ID corresponde a cada n Este processo apresentado na Figura 1 2 145 Domotic System Nodes There are 2 nodes registered O LO a EL _ 1 Sala Tipo A 2 Tipo B 2 v Name Copyright amp 2008 Gus FCT Technology Figura 1 0 2 Sec o dos n s Para criar uma tarefa agendada o utilizador deve aceder a sec
129. pletamente irrelevante e por este motivo que foi implementado deste modo pois se fosse um factor cr tico seria baseado em interrup es by File Edit View Go Capture Analyze Statistics Help e PC oa e oS gog E a e 2 ES gt x amp E a gt D T Node A Node B Filter udp v Expression Clea ID 1 Temperature ay 27 C ACKN Presence E V ACKN ID 1 CV REQUEST ID 4 C DF CV REQUEST ID 17 6 009099 192 168 0 43 255 255 255 255 CV REQUEST ID J z D CV REQUEST ID CV REQUEST ID Source Destination Protocol Frame 17 60 bytes on wire 60 bytes captured Ethernet II Src Microchi 00 00 00 00 04 a3 00 00 00 Dst Broadcast E A Internet Protocol Src 192 168 0 43 192 168 0 43 Dst 255 255 255 255 255 255 255 di User Datagram Protocol Src Port 12 12 Dst Port discard 9 Data 2 bytes i Ue OF Ss FE 35 35 FE OS Re Se as UU UU UU US UU 45 UU 0010 00 le 00 06 00 00 64 11 95 f6 cO a8 00 2b ff ff reat oa 0020 ff ff 00 Oc 00 09 00 Oa 94 fO DO GOOD Shakanas 4a 0030 00 00 00 00 00 00 00 00 00000000 aaa sees Figura 6 18 1 Teste unit rio 123 na detec o destes pequenos detalhes que o teste unit rio tem a sua import ncia pois permite analisar os resultados de sistemas isolados minimizando as incertezas e factores vari veis Outro teste apresentado o seguinte Foram registados dois n s de tipos diferentes
130. protocolo j existente como o ZigBee ou o MiWi Esta possibilidade foi descartada uma vez que o ZigBee um protocolo que exige bastantes recursos e introduz muita complexidade ao sistema J o MiWi seria uma possibilidade mais apropriada mas acabou por n o ser utilizado pois a topologia de rede escolhida foi a de estrela n o sendo necess rio introduzir a complexidade dos algoritmos de encaminhamento nem a defini o de n s terminais ou encaminhadores Ao utilizar um protocolo pr prio garante se um controlo total sobre as interac es dos v rios elementos do sistema os formatos e os tamanhos das mensagens tramas Por sua vez as camadas mais baixas a MAC e PHY seguem a norma IEEE 802 15 4 garantindo assim a compatibilidade com todos os sistemas que tamb m a sigam Estas camadas s o garantidas atrav s do transceptor fornecido com a PICtail RF que esta certificado para esta norma Este protocolo atribui ao coordenador o papel principal master de quase toda a ac o Para este protocolo foram definidas cinco tipos de mensagem HELLO mensagem enviada pelos n s quando estes procuram um coordenador de modo a registarem se na rede Esta mensagem enviada no in cio do funcionamento de cada n de modo a ganharem um ID de rede Este processo algo semelhante ao do DHCP em que um elemento ao entrar numa rede pede a atribui o de um IP ACKC esta mensagem ACKC Acknowledge Coordinator enviada pelo coordenador
131. qu ncia RF O sistema ter que ser aut nomo na medida em que dever saber como reagir a situa es previamente definidas sem que para isso o utilizador tenha que interferir Dever ainda desempenhar tarefas que o utilizador agende para um momento espec fico De modo a configurar e visualizar o estado do sistema haver um interface com o utilizador Este ser implementado no coordenador e ser composto por uma p gina Web Assim ser poss vel ao utilizador do sistema a interac o com o mesmo remotamente Com a concretiza o deste primeiro objectivo o sistema desenvolvido servir como plataforma para a realiza o do segundo objectivo Neste a modela o dos n s da rede dever ser efectuada atrav s de Redes de Petri RdP Partindo desta RdP ser gerado c digo automaticamente que ser implementado e testado Assim este segundo objectivo centra se na valida o da ferramenta acad mica que permite a gera o de c digo C partindo de um modelo expresso por RdP Esta plataforma ir por a interagir 14 um sistema composto por v rios elementos cujo desenvolvimento segue diferentes metodologias Motiva o A realiza o deste trabalho foi motivada por diversos factores Em primeiro lugar pelo gosto pessoal em desenvolver pequenos equipamentos controlados por microcontroladores Microcontroller Unit MCU com funcionalidades inovadoras O desenvolvimento deste tipo de sistemas sem d vida por agora o que ma
132. que descreve o comportamento desejado 118 Inicializa es informa o dos Sim Sim Sim Envia ACKN Sim Acciona actuador Nao recede gt mensagens a Sim A 1 9 Figura 6 16 Fluxograma do n 119 Com o modelo expresso por fluxogramas passou se a modela o atrav s das RdP A RdP associada apresentada na Figura 6 17 OutputSignal id init o inite 1 OutputSignal id update Outputsignal id hello Outputsignal idupdate update C 1 Outputsignal id action OutputSignal idiackn bin C hello C 1 ackc G InputSignal id btn InputSignal id acke ackc C 1 InputSignal id act InputSignal id req update C 1 InputSignal id tout tout C 1 act C 0 reg c 0 ackn 0 1 Figura 6 17 RdP do n Uma vez com o modelo expresso por RdP poss vel com as ferramentas descritas anteriormente a gera o do c digo Em rela o arquitectura apresentada na Figura 6 15 este modelo comportamental gerado automaticamente corresponder ao m dulo Application Deste modo todo o controlo deste sistema ser efectuado atrav s do c digo gerado automaticamente associado ao modelo RdP apresentado Sendo esta uma RdP IOPT necess rio definir os sinais de entrada e sa da Existem sinais de entrada associados s transi es e sinais de sa da as
133. quer aplicadas area da domotica quer area das redes de sensores sem fios Wireless Sensor Networks WSN A rede em si formada por dois tipos de elementos um coordenador e v rios n s O sistema permite o seu controlo por acesso remoto atrav s de uma p gina Web A concretiza o deste sistema serve ainda como plataforma para a valida o da ferramenta de gera o autom tica de c digo PNML2C Esta ferramenta parte de um modelo comportamental expresso em Redes de Petri RdP IOPT Input Output Place Transition e da sua representa o em PNML Petri Net Markup Language de forma a gerar c digo C que o implementa Os n s s o implementados recorrendo a esta ferramenta e os seus resultados analisados Neste trabalho foi realizada uma rede de sensores actuadores capaz de desempenhar fun es de monitoriza o e actua o t picas recorrendo a componentes de baixo custo tendo a sua aplica o em tarefas de domotica sido validada atrav s de um prot tipo laboratorial J a ferramenta PNML2C embora n o conclu da apresentou resultados bastante positivos deixando bons ind cios A ferramenta foi integrada no ambiente de desenvolvimento e revelou se capaz de efectuar a tradu o fiel de um modelo para a sua implementa o Abstract This dissertation presents the development of a wireless networked microcontroller system The network can be used for general purpose monitoring and controlling activities as well applied to
134. r dios adjacentes e o n mero de saltos hops n o seja superior ao limite do protocolo Figura 1 5 Rede em Malha Masters 08 A rede em malha mesh apresentada na Figura 1 5 Nesta topologia todos os n s t m a capacidade de reencaminhar mensagens excepto os de fun es reduzidas No entanto existem outras concretiza es de rede em malha em que todos os n s repetem 27 as mensagens Essas redes s o designadas de malha dupla dual mesh e um exemplo destas a INSTEON Assim quando existe uma mensagem a enviar na rede esta pode seguir por v rios caminhos at chegar ao destino Esta topologia a que apresenta uma maior fiabilidade mas tamb m a que exige mais recursos de hardware e software Isto porque todos os n s s o capazes de reencaminhar logo est o constantemente a retransmitir o que em termos de gest o de baterias pode ser muito prejudicial Em seguida apresentam se algumas das solu es para sistemas dom ticos 1 3 1 Protocolo KNX uma norma aberta para o controlo de lares e edif cios Foi criado em 1999 e o resultado da fus o entre tr s normas anteriores o European Home Systems Protocol EHS o BatiBUS e o European Installation Bus EIB Actualmente a entidade que representa a norma a Konnex Association Esta norma baseada na tecnologia bem sucedida do EIB e alargada com os mecanismos de configura o e os meios f sicos do BatiBUS e EHS O KNX dos protocolos que m
135. ra Ti que indica quando a transfer ncia ocorreu Muttersbach et al 00 74 4 2 3 Gerador do sinal de rel gio A ideia do gerador de sinal de rel gio adiar o flanco ascendente at se concluir as comunica es de entrada sa da Yun Dooply 99 Se um controlador enviar um pedido Ri para um esticamento do sinal de rel gio o in cio do pr ximo pulso do sinal de rel gio fica adiado at que o pedido persistir A dura o do pulso do sinal de rel gio n o deve ser influenciada significando que s na fase low do sinal de rel gio que este poder ser estendido Muttersbach et al 00 A frequ ncia do gerador do sinal de rel gio deve ser ajustada precisamente usando uma cadeia de atraso Taylor et al 00 O uso de uma cadeia de buffers pode limitar a frequ ncia m xima do sinal de rel gio Najibi et al 05 O sinal de rel gio pausado na fonte e atrasado na sua distribui o ao longo do dominio sincrono Como referido anteriormente a implementa o apresentada pela refer ncia Muttersbach et al 00 faz uso do flanco descendente do clock para gerar Den e o flanco ascendente para outras partes do circuito Isto limitativo quando a l gica que gera Den composta por circuitos que implementam grandes e complexas m quinas de estados Najibi et al 05 Este m todo usado porque causa pequenas modifica es maquina de estados inicial A aplica o deste m todo resulta na redu o da velocidade do ci
136. rcuito pois o tempo dividido ao meio entre as fases sincronas e assincronas Na refer ncia Najibi et al 05 nos sugerido o uso do flanco ascendente do sinal de rel gio para gerar Den Trabalhos mais recentes prop em outras t cnicas e metodologias para sinais de rel gio aplicados a sistemas GALS como o caso da refer ncia Dasgupta Yakovlev 07 4 3 Resultados dos sistemas GALS Existem in meros trabalhos que testam estes sistemas de modo a aferir os seus desempenhos Najibi et al 05 Meincke et al 98 lyer Marculescu 02 H ainda metodologias de teste para aplica es espec ficas Meincke et al 98 Mousavi et al 04 De seguida apresentam se os resultados de alguns destes trabalhos 75 Em Najibi et al 05 implementada uma arquitectura de modo a testar os sistemas GALS usando uma FPGA Xilinx Este trabalho apresenta um aumento de 11 no desempenho do circuito face a um circuito normal sincrono Nesta implementa o tira se partido da possibilidade de ter diferentes m dulos com frequ ncias distintas Por outro lado a implementa o atrav s de sistemas GALS apresenta um acr scimo de 51 do tamanho e complexidade do circuito Deste aumento de 51 aferiu se que 22 s o devido aos AWS e os 29 restantes est o associados a replica o dos controladores das portas Relativamente ao consumo energ tico verificou se que os circuitos GALS t m menores taxas de consumo Neste teste o consumo foi inferior
137. rcundantes Deste modo a escolha do formalismo espec fico deve ter em conta a capacidade de cada um para modelar certos aspectos comportamentais Existem v rios MdC para sistemas embutidos com diferentes topologias por exemplo existem MdC que s o focados no controlo control dominated sendo assim salientado o aspecto reactivo do sistema J outros sistemas focam se no processamento de dados Gomes et al 06 Por vezes a heterogeneidade do sistema pode fazer com que um nico formalismo n o seja suficiente para modelar todo o sistema Neste caso o processo indicado decompor o modelo do sistema em v rios submodelos e aplicar o formalismo indicado a cada um Neste processo ainda necess rio integrar todos os submodelos de um modo coerente para que estes consigam interagir entre si Buck et al 94 O tema dos formalismos de modela o tem sido amplamente estudado e existe bastante literatura sobre este assunto Nas sec es seguintes ser o descritas alguns desses formalismos 49 3 1 Fluxogramas Os fluxogramas s o talvez o formalismo de modela o mais antigo e mais utilizado desde sempre S o amplamente utilizados pelos programadores desenhadores de sistemas no seu dia a dia como m todo de explicar e esquematizar graficamente modelos de sistemas A sua simplicidade uma das grandes vantagens mas ao mesmo tempo em certos sistemas este formalismo pode ser insuficiente Em tom informal os fluxogramas s o a
138. re eles a maior capacidade dos dispositivos permitindo um aumento dos sistemas a necessidade de desempenhos exigentes a fiabilidade dos sistemas as restri es relativamente a consumos energ ticos os custos e o tempo de desenvolvimento at chegar ao mercado time to market No sentido de simplificar e melhorar a fase de especifica o t m sido utilizados diversos formalismos de modela o Tipicamente estes formalismos especificam o comportamento do sistema de uma forma precisa e baseiam se em modelos matem ticos Os formalismos de modela o s o ainda designados por Modelos de Computa o MdC Estes s o constitu dos por uma nota o e pelas regras de computa o do comportamento Gomes et al 06 A utiliza o destes modelos em sistemas embutidos permite pelo menos um dos seguintes aspectos e Percep o dos requisitos comportamentais do sistema sem qualquer ambiguidade e Verifica o e valida o das especifica es funcionais consoante as funcionalidades pretendidas e Suporte a sintese de uma arquitectura espec fica e as suas interac es e Possibilidade de utiliza o de v rias ferramentas baseadas no mesmo modelo permitindo a produ o do sistema por ferramentas e pessoas diferentes Sgroi 00 Assim a verifica o das propriedades de um sistema atrav s de modelos muito importante no projecto de sistemas embutidos e mesmo na generalidade dos sistemas Esta permite a valida o do sistem
139. recto Por vezes pode ainda oscilar uma s rie de vezes antes de se estabilizar podendo levar o sistema a um estado de bloqueio deadlock ou mesmo a avarias no hardware Stein 03 Quando as altera es das entradas influenciam o comportamento dum sistema a ordem em que os eventos ocorrem determina o resultado Quanto menor for o intervalo de tempo entre os eventos mais tempo levar a determinar o resultado Quando dois eventos ocorrem muito pr ximos o processo de decis o leva muito mais tempo do que o normal e ocorre um problema de sincroniza o Cummings 01 4 2 1 Encapsulamento Assincrono Para que se consiga comunicar entre dominios diferentes s o utilizados os AW Ss Rodeando os m dulos sincronos com AWs consegue se ter externamente uma interface completamente assincrona Para atingir este fim s o utilizados sinais de handshake cada vez que s o trocados dados quer de entrada quer de sa da O handshake feito por um par de Request Acknowledge que executado por um protocolo de quatro fases Inicialmente utilizou se apenas push channel que significa que a linha de Request iniciada por quem transmite Facilmente se estendeu o conceito para pull channels Peeters 96 Muttersbach et al 00 Para que os AWs possam encapsular um m dulo sincrono t m que ser capazes de fornecer um sinal de rel gio aos LS Verifica se assim que este facto uma grande 72 vantagem pois permite nos escolher diferentes frequ
140. resentada a motiva o para o uso de formalismos deste g nero e em seguida ser o abordados tr s formalismos de modela o Os fluxogramas s o descritos e exemplificados As RdP ser o descritas em detalhe apresentado uma caracteriza o e defini o das mesmas J o UML ser brevemente abordado sendo apenas descritas duas das muitas t cnicas de modela o que este disponibiliza O quarto cap tulo apresenta uma caracteriza o de um conceito para concep o de sistemas complexos os sistemas GALS Globally Asynchronous Locally Synchronous Nesta caracteriza o explica se o conceito assim como as suas implementa es Em seguida s o enumeradas as suas vantagens e desvantagens e s o ainda apresentados os resultados de v rios testes de desempenho No final feito um enquadramento destes sistemas nos temas desta disserta o O quinto cap tulo apresenta todas as ferramentas que foram utilizadas neste trabalho S o referidas as ferramentas quer de hardware quer de software que contribuiram e constitu ram o trabalho desenvolvido 17 no sexto cap tulo que ser apresentado todo o trabalho elaborado Nesta apresenta o muitos aspectos ser o abordados desde a identifica o dos objectivos requisitos concretiza o do sistema passando pelas arquitecturas e modelos implementados Neste cap tulo discute se as op es tomadas ao longo do trabalho assim como as especificidades inerentes do sistema Na parte fi
141. s da metaestabilidade Muttersbach et al OO A vantagem mais saliente de facto possibilitar a interac o de sistemas com filosofias diferentes sincronos e ass ncronos Mas n o apenas para esta situa o que os sistemas GALS t m interesse pois pode ser aplicado este conceito entre m dulos s ncronos mas que possam estar a utilizar sinais de rel gio a diferentes frequ ncias 78 Deste modo poss vel ter num sistema v rias frequ ncias em m dulos diferentes consoante as necessidades de cada um Outra grande vantagem introduzida por este conceito o facto de n o ser necess rio disponibilizar um sinal de rel gio geral a todo o circuito o que torna todo o desenho e desenvolvimento do hardware bastante mais simples e menos dispendioso Verifica se ainda que existe uma redu o nos atrasos devido utiliza o de longos fios pistas Jia Vermuri 05 Nas FPGA verificou se que o uso de longos fios em caminhos cr ticos reduz o desempenho Resultados experimentais demonstram que 60 a 80 dos atrasos relacionados com caminhos cr ticos s o consumidos por interliga es Anderson Najm 03 Esta situa o tende a piorar consoante o crescimento natural dos chips em particular das FPGA Jia Vermuri 05 Utilizando o conceito GALS t m se v rios m dulos independentes entre si cada um com as suas topologias a interagirem Esta vis o de todo o sistema permite um grande n vel de modulariza o Ao ter o sistema constitu
142. s n o foram utilizados sensores reais os valores dos sensores eram apenas variados manualmente de modo a verificar a reac o do sistema Nos testes anteriores essa varia o era feita atrav s da aplica o desenvolvida Agora para variar os valores dos sensores foi utilizada a porta s rie com comunica es RS232 recebendo assim os valores de cada sensor De modo a tornar este processo o mais vers til poss vel foi utilizado o comando por IrDA mencionado anteriormente O receptor IrDA ao receber os caracteres ASCII bytes reenvia por RS232 de modo a dar entrada das vari veis no sistema Nos testes apresentados em seguida h que salientar que o analisador de rede sniffer utilizado est optimizado para o protocolo MiWi ou ZigBee pelo que existem mensagens que s o interpretadas como mensagens destes protocolos enquanto outras apenas como dados inv lidos No teste apresentado na Figura 6 20 foi simulada a situa o do teste anterior mas apenas com um n poss vel ver a sequ ncia de mensagens desde o registo at proac o passando pela ac o Destacam se os valores do sensor presentes nos ACKN que fazem desencadear as ac es Inicialmente a temperatura encontra se a 25 estando abaixo do limite trama 4 Quando o coordenador recebe um ACKN informando que a temperatura se encontra a 66 trama 6 este reage enviando uma ac o pois a temperatura est acima do limite dos 30 Quando ao fim de um tempo a temperatura vol
143. sas funcionalidades O HTTP engloba funcionalidades como o TCP UDP ARP ICMP IP DHCP HTTP entre outras Estas funcionalidades foram conferidas ao sistema atrav s da Stack TCP IP que a Microchip fornece Deu se o nome de HTTP ao m dulo pois gra as a este que poss vel alojar uma p gina Web dentro deste sistema de modo a fornecer um interface com utilizador extremamente apelativo e de forma remota Foi para adicionar estas funcionalidades ao sistema que toda a Stack TCP IP foi utilizada neste trabalho A concretiza o do interface com o utilizador atrav s da p gina Web foi tamb m parte significativa do desenvolvimento do trabalho pois foi utilizado HTML para a p gina AJAX Asynchronous Javascript And XML e JavaScript para mecanismos de processamento e dinamismo da p gina XML para alojar informa es do sistema SVG Scalable Vectorial Graphics na apresenta o de gr ficos din micos na p gina e ainda CSS Cascading Style Sheets para o grafismo da p gina A Microchip criou um sistema de ficheiros cnamado MPFS Microchip File System e neste formato que os dados s o guardados na EEPROM Para programar a EEPROM com estes ficheiros utiliza se a ferramenta MPFS que vem com a Stack A grande versatilidade desta Stack reside no mecanismo de substitui o Atrav s deste mecanismo poss vel adicionar dinamismo ao HTML e a outros formatos est ticos Por exemplo num ficheiro HTML est tico coloca se um marcador esp
144. sistema S o representadas por segmentos de recta rect ngulos ou barras como na Figura 3 16 Barros 96 Arcos fazem a liga o entre os lugares e as transi es indicando os lugares sobre os quais a transi o actua A sua fun o transportar marcas A estes est o associados pesos que indicam o n mero de marcas que transportam Podemos considerar dois tipos de arcos arcos de sa da e arcos de entrada O peso de um arco de entrada representa a quantidade de marcas necess ria no lugar de origem de modo a que a transi o a que est ligada possa disparar O peso do arco de sa da indica o n mero de marcas que ser o criadas quando ocorrer o disparo no lugar destino Nunca podem interligar dois elementos do mesmo tipo Representam se atrav s de setas como mostrado na Figura 3 17 Concei o 04 Barros 96 Assim com estes elementos podemos criar uma rede como a que mostrada na Figura 3 18 Esta RdP um exemplo simples de um modelo de um protocolo de comunica o Quanto ao seu funcionamento ser explicado mais frente quando for abordado o disparo das transi es A RdP apresentada designada como uma RdP marcada isto porque cont m marcas nos lugares 56 Pronto a Pronto a enviar receber Receber 1 Maf mensagem Enviar amp mensagem Mem int Aguardar cheia i p 3 es oe o FrOCeSSO Processo 1 confirma o Mensagem A recebida Receber o w n o i _
145. sociados a lugares Neste 120 sistema a maioria dos sinais de entrada e sa da ser o relativos ao m dulo RF Estes sinais de entrada ackc act reg surgem por interrup o aquando da chegada de novas mensagens O sinal de entrada btn uma entrada da rede que tem origem no bot o para o registo enquanto que o tout tamb m gerado por interrup o ao fim de um tempo especifico sem receber nenhuma mensagem da rede J os sinais de sa da permitem sinalizar o estado do sistema assim como determinar a execu o de tarefas Os sinais ackn e hello quando activos ir o indicar ao m dulo RF que deve enviar as respectivas mensagens J o sinal init mostra aos m dulos RF e SenAct que o sistema est a arrancar e que devem efectuar as suas inicializa es J os sinais de sa da update update e act indicam ao m dulo SenAct quando deve recolher informa o dos sensores e quando deve accionar um actuador O modelo apresentado representa o seguinte comportamento De in cio o modelo vai para o lugar que representa a execu o das inicializa es Em seguida vai ler os seus sensores e actualizar a informa o associada a estes Depois se o bot o de registo for activado o modelo evolui para o lugar onde a mensagem HELLO ser enviada sen o volta ao mesmo lugar Depois conforme a recep o ou n o do ACKC segue para o lugar anterior ou avan a para outro lugar onde vai ser actualizada de novo a informa o dos sensores A partir deste
146. spositivo ZigBee tem de haver um perfil associado isto se um n da rede tem a capacidade de actuar sobre uma l mpada este n tem um dispositivo e h for osamente um perfil para este Para os outros n s poderem interagir com o dispositivo daquele n estes sabem que o n de um tipo espec fico conhecendo assim quais os servi os que esse dispositivo oferece e como o controlar Este mecanismo semelhante ao do USB Universal Serial Bus Quando introduzimos um dispositivo USB de agora em diante a palavra dispositivo tem o significado normal num PC este tem que ter um perfil de utiliza o driver para o saber controlar e que servi os disponibiliza ZigBee 06 IEEE 06 MASTERS 08 Uma das controv rsias desta tecnologia sobre a interfer ncia que causada quando trabalha junto de dispositivos Bluetooth e redes WLANs devido ao facto de todas estas tecnologias operarem na mesma banda dos 2 4GHz Existem trabalhos que estudam estes efeitos como por exemplo Shin et al 07 Um dos entraves da propaga o do ZigBee os custos que lhe est o associados Para utiliza o comercial do ZigBee necess rio ser membro da ZigBee Alliance Para ser membro preciso pagar USS 9 500 ou USS 3 500 conforme o estatuto do membro O licenciamento de cada produto que uma empresa venha a desenvolver tem um custo muito elevado Deste modo alguns dos fabricantes de hardware decidiram simplificar o ZigBee e criar um protocol
147. stems Interconnection PC Personal Computer PCB Printed Circuit Board PCC Pausable Clock Control PDA Personal Digital Assistant PDF Portable Document Format PHY Physical Layer PLC Power Line Communication PNML Petri Net Markup Language PPS Peripheral Pin Select PSV Program Space Visibility QVGA Quarter Video Graphics Array RADAR Radio Detection And Ranging RAM Random Access Memory RdP Rede de Petri RdP R Redes de Petri Reactivas RdP RH Redes de Petri Reactivas e Hierarquicas REQ Request RF R dio Frequ ncia RFD Reduced Function Device RFID Radio Frequency Identification RTCC Real Time Clock Calendar SoC System on Chip SPI Serial Peripheral Interface SSL Secure Sockets Layer SVG Scalable Vectorial Graphics TCP Transmission Control Protocol TDMA Time Division Multiple Access UDP User Datagram Protocol UML Unified Modeling Language USB Universal Serial Bus VHDL VHSIC Hardware Description Language VHSIC Very High Speed Integrated Circuits VLSI Very Large Scale Integration WLAN Wireless Local Area Network WSN Wireless Sensor Network WPAN Wireless Personal Area Network XMI XML Metadata Interchange XML Extensible Markup Language ndice de Mat rias Agradecimentos Sum rio Abstract Simbologia e nota es ndice de Mat rias ndice de Figuras ndice de Quadros Introdu o Objectivos Motiva o E
148. strial applications A tutorial Industrial Electronics IEEE Transactions Vol 41 Pags 567 583 1994 142 Refer ncias Electr nicas Brauer Reisig 06 W Brauer e W Reisig Carl Adam Petri and Petri Nets 2006 http www informatik uni hamburg de TGI PetriNets history Acedido em Janeiro 2009 Bystrov Shang 06 Alex Bystrov Delong Shang Predictive Synchronisation in the new Generation of GALS School of Electrical Electronic and Computer Engineering University of Newcastle upon Tyne 2006 www ukdesignforum org UKDF Events UKDF 2006 documents AlexBystrov pdf Acedido em Janeiro 2009 CSD 09 Gomes Luis Filipe dos Santos Acetatos te ricos da disciplina Concep o de Sistemas Digitais do Departamento de Engenharia Electrot cnica na Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa http moodle fct unl pt Acedido em Janeiro 2009 Cummings 01 Clifford E Cummings Synthesis and Scripting Techniques for Designing Multi Asynchronous Clock Designs Synopsys Users Group SNUG Proceedings 2001 http www sunburst design com papers CummingsSNUG2001SJ AsyncClk pdf Acedido em Janeiro 2009 EuroX10 09 EuroX10 http www eurox10 com Acedido em Janeiro 2009 EXAME 08 Isabel Infante Reportagem Revista Exame Inform tica Portugal faz bem software Ambientes Inteligentes Agosto 2008 FORDESIGN 07 FORDESIGN Formal Methods for Embedded Systems Co
149. strutura da Disserta o 1 Dom tica 1 1 Introdu o 1 2 Conceitos e Arquitecturas 1 3 Tecnologias 1 3 1 Protocolo KNX 1 3 2 X10 1 3 3 INSTEON 1 3 4 ZigBee 1 3 5 Outras Tecnologias 1 4 Domotica em Portugal 2 Sistemas Embutidos em Rede 2 1 Introdu o 2 2 Hardware 2 3 Software 2 4 Aplica es 3 Formalismos de Modela o 3 1 Fluxogramas 3 2 Redes de Petri 3 2 1 Enquadramento Hist rico das Redes de Petri 3 2 2 Conceito de Redes de Petri 3 2 3 Estrutura das Redes de Petri 3 2 4 Disparo das transi es N A WW N 10 13 14 14 15 17 19 19 23 25 28 29 30 31 34 34 38 39 40 42 45 48 50 53 53 54 55 58 3 2 5 Modela o com Rede de Petri 3 2 6 Classes de Redes de Petri 3 2 7 PNML 3 3 UML 3 3 1 Diagrama de Casos de Uso 3 3 2 Diagramas de Sequ ncia 4 Sistemas GALS 4 1 Introdu o 4 2 Conceitos dos Sistemas GALS 4 2 1 Encapsulamento Assincrono 4 2 2 Controlador de Portas 4 2 3 Gerador do sinal de rel gio 4 3 Resultados dos sistemas GALS 4 4 Vantagens e desvantagens 4 5 Utiliza es de Sistemas GALS 4 6 Enquadramento 5 Ferramentas Utilizadas 5 1 Ferramentas para as Redes de Petri 5 1 1 Snoopy IOPT 5 1 2 Conversor PNML2C 5 2 Ferramentas de desenvolvimento 5 2 1 MPLAB e Compilador 5 2 2 Stack TCP IP 5 3 Ferramentas de documenta o 5 3 1 Doxygen 5 4 Ferramentas de Debug 5 4 1 Wireshark 5 4 2 ZENA Network Analyzer 5 5 Hardware Utiliza
150. ta novamente abaixo do limite trama 12 enviada nova ac o a proac o ao n 125 agg e ae since rr o or MIW TM Protoco fueuo ACKC REQ ACKN REQ ACKN ACT ACKN REQ ACKN REQ ACKN ACT ACKN MI Figura 6 20 1 Teste de sistema A Figura 6 21 mostra outro teste Neste s o registados dois n s e em seguida desligou se o n com ID 1 Assim poss vel verificar que o coordenador vai tentar por um certo n mero de vezes obter resposta do n em falha tramas 9 12 13 14 17 18 19 at que este responda ou ent o ser removido da rede Neste processo o coordenador mant m o outro n actualizado tramas 7 10 15 e 20 demonstrando que n o h qualquer interfer ncia para os outros n s da rede 126 MAC Frame Seg Control Num Oz0024 Ox65 MAC Frame Seg Control Num Osx0024 xi Figura 6 21 2 Teste de sistema 127 Outro teste efectuado que n o se pode apresentar foi o de longa dura o Neste registaram se os dois n s na rede e depois deixou se o sistema ligado durante dois dias Ao fim deste tempo verificou se que ambos os n s continuavam na rede e a informa o destes n s continuava actualizada Outros testes foram efectuados com o decorrer do desenvolvimento e na fase final de forma a garantir que todo o sistema funcione de acordo com as especifica es e requisitos 6 4 3 Resultados da ferramenta PNML2C Em rela
151. tema de suporte a sua aplica o e an lise disserta o apresentada na Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa como parte dos requisitos necess rios obten o do grau de Mestre em Engenharia Inform tica Lisboa 1996 Barros Gomes 04 Jo o Paulo Barros Lu s Gomes Operational PNML Towards a PNML Support for Model Construction and Modification Workshop on the Definition Implementation and Application of a Standard Interchange Format for Petri Nets Satellite event at the International Conference on Application and Theory of Petri Nets 2004 2004 Benveniste et al 02 A Benveniste P Caspi P Le Guernic H Marchand J P Talpin and S Tripakis A protocol for loosely time triggered architectures Proceedings of EMSOFT 02 A Sangiovanni Vincentelli and J Sifakis P gs 252 266 Springer 2002 Bormann Cheung 97 D S Bormann P Y Cheung Asynchronous wrapper for heterogeneous systems Computer Design VLSI in Computers and Processors IEEE International Conference ICCD Proceedings ISBN 0 8186 8206 X 1997 Buck et al 94 J Buck S Ha E A Lee e D G Messerschmitt Ptolemy A Framework for Simulating and Prototyping Heterogeneous Systems International Journal of Computer Simulation Special Issue on Simulation Software Development Vol 4 Pags 155 182 1994 Chamusca 06 Alexandre Chamusca A intelig ncia que se instala DOMOTICA amp
152. tes automatismos que surgiram nos anos 60 eram designados de automatiza o local uma vez estes apenas reagiam a certos est mulos locais e n o passam a informa o J nos anos 70 com a evolu o electr nica e dos sistemas baseados em microprocessadores a automa o dos edif cios converge para sistemas centralizados em que a informa o era concentrada numa central ent o nos anos 80 motivados pelos novos requisitos de conforto e seguran a que surgiram sistemas para detec o de inc ndios controlo de ilumina o climatiza o entre outros Nunes 04a Foi com o intuito de automatizar e controlar estes processos que surgiram os Edif cios Inteligentes Els Inicialmente os Els foram criados principalmente com o objectivo de redu o dos custos energ ticos assim como dos de utiliza o e manuten o dos edif cios 19 Este conceito tem sido interpretado de diversas formas distorcido e redefinido V rias defini es s o referidas em Gomes 97 das quais se apresenta a seguinte Um Edif cio Inteligente deve fornecer um ambiente confort vel e adapt vel para o utilizador flex vel e com custos eficazes para a organiza o e atractivo e capaz para o propriet rio cada sistema ir interagir de alguma forma com todos os outros e todos os sistemas devem trabalhar em harmonia se pretender alcan ar benef cios plenos para o utilizador Shemie 97 A concep o de um El uma rea de aplica o
153. the home automation Domotics area and to Wireless Sensor Networks WSN area The network is composed by two elements a coordinator and the nodes This system can be controlled remotely through a Web page The system development framework was also used as a platform to validate the PNML2C tool that is able to generate code automatically This tool generates C code that implements a model expressed by an IOPT Input Output Place Transition Petri Net model represented using the PNML Petri Net Markup Language format The network nodes are implemented using this tool and its results are analyzed On this dissertation a fully functional sensor actuator network was implemented amenable for monitoring and actuating activities relying only on low cost components A laboratory prototype was developed allowing validation of the results The PNML2C tool although not finished presented positive results This tool was successfully integrated in the development framework and revealed able to produce an executable translation from the IOPT model amenable for supporting its implementation Simbologia e nota es N Conjunto dos n meros naturais E Pertence ao conjunto o Sequ ncia de disparos de uma Rede de Petri AC Ar Condicionado ACKC Acknowledge Coordinator ACKN Acknowledge Node ACT Action AJAX Asynchronous Javascript And XML ARP Address Resolution Protocol ASCII American Standard Code for Information Interchange A
154. tica relativa aos sistemas Globally Asynchronous Locally Synchronous GALS Nesta caracteriza o apresenta se o conceito destes sistemas as suas implementa es as suas vantagens e desvantagens e s o ainda apresentados os resultados de v rios testes de desempenho Os sistemas GALS fornecem um m todo seguro de interligar dois sistemas em dom nios temporais diferentes sincrono e assincrono Verifica se que a aplica o destes sistemas aumenta a complexidade dos desenhos e pode levar a uma perda de desempenho performance mas demonstra uma redu o do consumo energ tico e uma grande flexibilidade para sistemas at antes imposs veis A metodologia GALS um tema que tem vindo a ser amplamente estudado e testado pois oferece caracter sticas e oportunidades nicas 4 1 Introdu o A primeira abordagem a sistemas GALS foi feita em 1984 Chapiro 84 e pretende descrever como fazer a liga o entre m dulos com funcionamentos distintos s ncronos e ass ncronos Na Figura 4 1 mostra se o esquema de comunica o entre m dulos Unidade Unidade Sincrona Sincrona Unidade Assincrona Canal de dados ha A assincrono Figura 4 1 Comunica o assincrona entre m dulos adaptado de Muttersbach et al 00 As linguagens s ncronas t m sido amplamente utilizadas para o desenvolvimento quer de software quer de hardware Benveniste et al 02 Todos estes sistemas baseiam se no facto de serem s ncronos a
155. tico dos edif cios Esta directiva exige que os edif cios sejam energeticamente eficientes Todos os edif cios novos v o ter obrigatoriamente um certificado que atesta o n vel de poupan a de energia Embora esta directiva seja de 2002 em 2006 apenas quatro pa ses da Uni o Europeia UE a seguiam Prev se que ela esteja em fase de implementa o na maioria da UE em 2009 Para que um edif cio seja energeticamente eficiente a qualidade da constru o fundamental mas a dom tica pode ajudar e por isso prev se um aumento significativo da instala o dos sistemas dom ticos SIC 07 RTP 08 Maldonado 06 Em Portugal no Museu das Comunica es est desde Maio de 2003 em exposi o a Casa do Futuro Inclusiva onde apresentada uma solu o complexa de automa o dom stica que utiliza um elevado conjunto de tecnologias de ponta num ambiente seguro l dico confort vel e moderno 35 Actualmente o sistema KNX o mais utilizado na Europa e consequentemente em Portugal Este implementado por mais de uma centena de fabricantes na Europa e na sia Existem alguns trabalhos de investiga o portugueses nesta rea Por exemplo no trabalho em Gomes et al 97 e Gomes et al 98 apresentada uma metodologia para a modela o de sistemas aplicados em edif cios inteligentes J em Concei o 04 proposta uma metodologia e arquitectura para a monitoriza o e vigil ncia de edif cios inteligentes
156. tivo DT e valor VL Estes pares de DT e VL representam cada sensor que o n tem e o seu valor Deste modo se um n cont m dois sensores por exemplo um de temperatura e outro de luminosidade ele enviar uma trama composta por MT ID e dois pares de DT e VL sendo chamada de ACKN2 claro que o MT diferente para cada varia o do ACKN de modo a que o coordenador saiba quantos dados deve ler O protocolo contempla n s com at nove sensores sendo assim no m ximo um ACKN9Y Quando por algum motivo o coordenador pretende accionar um actuador ele envia um ACT que composto mais uma vez com um par de DT e VL como apresentado na Figura 6 12 Neste caso o DT define qual o dispositivo do n que o coordenador quer accionar e o VL qual a ac o como por exemplo ligar o AC DT na temperatura 25 VL do n 2 ID Ap s o n receber o ACT dever executar a ordem recebida e enviar de novo um ACKN O comportamento descrito pode ser mais facilmente compreendido atrav s da Figura 6 2 apresentada anteriormente Uma vez explicado o protocolo implementado descreve se agora o m dulo ACOM Este implementa a camada aplica o deste protocolo Como toda a gest o da rede 115 feita no coordenador daqui que todas as interac es na rede s o iniciadas excep o da mensagem HELLO O ACOM a camada mais acima sendo suportada pelo NCOM e LCOM nesta camada que atrav s da informa o disponibilizada pelos outros
157. uagem neutra interm dia mostrada a rela o entre estas ferramentas na Figura 3 31 FORDESIGN Modelador Conflicts PNML estateSpace Time Simulator Codigo de aplica o para Configurator Compilador plataformas NET C embutidas a f Executor i Synoptic Figura 3 31 Ferramentas Fordesign adaptado de Fordesign 07 O UML fornece nota es e t cnicas de modela o que t m vindo evoluindo nas ltimas d cadas Tem sido formalmente desenvolvido desde 1994 Actualmente sem d vida a norma para a modela o de software orientado ao objecto mais utilizada Esta tem sido adoptada por v rias companhias e existem dispon veis diversas ferramentas quer profissionais quer acad micas que lhe d o suporte O UML fornece ao desenvolvimento de um sistema a especifica o e documenta o de modo a garantir escalabilidade seguran a e robustez As t cnicas de modela o UML 66 facilitam a cria o de desenhos modelares traduzindo se em m dulos isolados que v o formando uma biblioteca de m dulos auxiliando na reutiliza o de c digo trabalho previamente desenvolvido A arquitectura escrita no UML baseada no Meta Object Facility MOF O MOF define formatos normalizados para que os elementos principais de um modelo possam ser guardados num reposit rio e partilhados entre ferramentas de modela o e linguagens atrav s do XMI XML Metadata Interchange que s o garantidos os mecanis
158. uas na mesma slot isto porque os pinos atribu dos ao SPI est o seguidos na slot e a placa de circuito impressa Printed Circuit Board PCB de cada PlICtail sobrep e os pinos da outra Na Figura 6 6 apresenta se a placa ligada ao programador depurador ICD2 e ainda com o cabo cruzado crossover ligado ao PlICtail Ethernet 99 Figura 6 6 Hardware do Coordenador As quest es de modela o e arquitectura desenvolvida para a concretiza o do coordenador da rede ser o abordadas em seguida Na Figura 6 7 apresenta se o diagrama de blocos m dulos do coordenador de rede O UML n o foi utilizado para esta representa o pois grande parte das suas representa es s o direccionadas ao objecto Na implementa o deste sistema foi utilizada a linguagem C que n o orientada ao objecto sendo mais virada para os processos Embora na maioria dos m dulos implementados sejam definidos tipos espec ficos de vari veis como numa classe utilizando typedef estes n o s o na verdade objectos como nas linguagens orientadas ao objecto Deste modo a arquitectura foi expressa atrav s de um diagrama de blocos m dulos que mostra as rela es entre estes Pode se observar na Figura 6 7 tr s agrupamentos camadas diferentes O agrupamento mais em baixo re ne os m dulos de baixo n vel que interagem directamente com o hardware O conjunto do meio onde est o alojadas as informa es do sistema que ir o fazer o sistema evoluir forman
159. undos este RTCC j apresenta resultados bastante aceit veis Dia da Semana etree OO O0 00 00 00 A cada 10 Segundos n a LIE deh JE Ols cata Mint 00 500 00 00 01 A cada 10 Minutos mi JL deh fm s s s M s D Horas Minutos Segundos A cada Hora ENAA CL To el EI A cada Dia EME Lebo bebe s Le IL A cada Semana OCO Lile mli s Ls IL A cada M s OUl Lli mJlmj Lsi A cada Ano m La La nlia mlm sielie Tabela 6 2 M scaras de Alarme do RTCC adaptado de PIC24F 07 103 Status O m dulo Status onde est o alojadas todas as informa es dos sensores espalhados na rede Neste reside uma lista que cont m a informa o actualizada de cada sensor que consultada pelos outros m dulos de modo a que o sistema possa reagir a situa es predefinidas implementado no m dulo Regras S o adicionados itens lista aquando do registo de um novo n na rede De modo a saber a quantidade e o tipo de sensores desse n a adicionar lista verificado o seu tipo necess rio ainda que a informa o associada a cada tipo de n exista previamente no coordenador Este processo permite o desenvolvimento de novos tipos de n s sendo apenas necess rio a actualiza o do firmware do coordenador e completamente transparente para o resto dos elementos da rede Cada item desta lista tem associada uma refer ncia temporal timestamp que marca a ultima actualiza o desse sensor Este m dul
160. ured Control Interpreted Petri Nets entre outras Barros 96 Wegrzyn et al 97 Gomes 97 Jensen 97 Para a classifica o das RdP existem dois crit rios Um crit rio tem em conta as depend ncias em rela o a caracter sticas f sicas e outras alterando as regras de disparo das transi es e conduzindo a uma classifica o em dois grandes grupos RdP aut nomas e RdP n o aut nomas Outro crit rio classifica o tipo de marcas Se estas s o indistintas entre si classifica se como RdP de Baixo N vel enquanto que as de Alto N vel t m uma estrutura de dados associada Barros 96 Das RdPs Baixo N vel as mais utilizadas s o as RdP Lugar Transi o e das de Alto N vel s o as RdP Coloridas Na Tabela 3 1 s o apresentadas algumas classes e as suas classifica es Nao Autonomas Autonomas est o directamente ligadas s o aquelas a que n o se a modela o de sistemas associa nenhuma fisicos interpreta o Baixo N vel au s o caracterizadas por interpretadas Condi o evento lugares marcados em que Sincronizadas Elementares as marcas s o Indistintas Temporizadas Lugar transi o entre si Alto N vel s o caracterizadas por lugares que podem conter Reactivas Coloridas marcas com uma estrutura de dados associada Tabela 3 1 Classes das RdP Lino 03 63 Classe IOTP As redes IOPT Input Output Place Transition s o baseadas nas redes Lugar Transi o de baixo n vel como apresentado na
161. vel comparar o estado de duas regras aplicando algumas opera es da lgebra de Boole como AND OR NOR e NAND 107 COM Este modulo pretende ser uma abstraccao de todas as camadas inferiores a camada de aplica o implementada no modulo ACOM Estas camadas s o baseadas no modelo OSI simplificado Elas s o a camada mais baixa LCOM que por SPI interage com o controlador Ethernet e RF e a mais alta NCOM camada mais acima que prepara os dados para serem enviados no LCOM e implementa uma m quina de estados para o envio das mensagens aguardando pelos respectivos acknowledges e reportando o sucesso ou falha do envio camada acima a ACOM A camada NCOM quando envia uma mensagem fica a aguardar o respectivo acknowledge Se ao fim de um certo tempo n o o receber faz o reenvio e aguarda novamente Este processo repetido um certo n mero de vezes at que por fim se o acknowledge n o chegar reporta a camada ACOM a falha Do ponto de vista da camada ACOM esta apenas sabe se o envio teve sucesso ou n o e considera que houve apenas um envio embora a mensagem tenha sido reenviada um n mero predefinido de vezes Na concretiza o do sistema foram elaborados dois LCOM diferentes um por Ethernet utilizando o User Datagram Protocol UDP e outro por RF A solu o actual do sistema trabalha por RF mas se for desejado migrar a solu o para uma rede agora ligada por Ethernet ser apenas necess rio uma pequena altera o na
162. y P gs 19 21 CRC 1998 Gomes 97 Gomes Lu s Filipe dos Santos Redes de Petri Reactivas e Hier rquicas Integra o de Formalismos no Projecto de Sistema Reactivos de Tempo Real Tese de Doutoramento em Engenharia Electrot cnica na Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa 1997 Gomes et al 04 Lu s Gomes Jo o Paulo Barros Rui Pais From Non Autonomous Petri Net Models to Code in Embedded Systems Design DESDes 04 2nd International Workshop on Discrete Event System Design 15 17 2004 Gomes et al 06 Lu s Gomes Jo o Paulo Barros e Anik Costa Modeling Formalisms for Embedded Systems The Industrial Information Technology Handbook Richard Zurawski Section Cap 5 CRC ISBN 0849328241 9 80849328244 2006 Gomes et al 07 Lu s Gomes Jo o Paulo Barros Anik Costa Ricardo Nunes The Input Output Place Transition Petri Net Class and Associated Tools Industrial Informatics 2007 5th IEEE International Conference Vol 1 P gs 509 514 2007 Gupta et al 06 Sumit Gupta Hiren Patel Sandeep Schkla Rajesh Gupta Design Issues for Networked Embedded Systems The Industrial Information Technology Handbook Richard Zurawski Section IV Networked Embedded Systems Cap 29 CRC ISBN 0849328241 9780849328244 2006 Heath et al 05 Matthew W Heath Wayne P Burleson lan G Harris Member Synchro Tokens A Deterministic GALS Methodology f
163. za nota es formais para sistemas distribu dos ass ncronos compostas por representa es gr ficas e f rmulas alg bricas com o operador paralelo que seria o que veio depois a resultar na lgebra de processamento process albebra Com a evolu o desta representa o gr fica acabou por resultar nas RdP com os lugares e transi es Brauer Reisig 06 As RdP como s o conhecidas nos dias de hoje apareceram por volta de 1966 quando Petri as apresentou num Col quio em Hannover Petri 67 Foi assim criado um novo formalismo de modela o em que a caracter stica principal era a possibilidade de representar concorr ncia 53 De in cio foram pouco utilizadas recebendo a partir do final da d cada de 60 impulsos significativos vindos de v rias reas de aplica o como os sistemas de manufactura e os protocolos de comunica o CSD 09 Petri Nets World 2009 Embora as RdP fossem apresentadas apenas em 1966 j em 1964 eram utilizadas por um membro da Bells Telephone Laboratories Brauer Reisig 06 Em 1968 surge outra aplica o das RdP no projecto norte americano Information System Theory da A D R Applied Data Research Inc evidenciando assim a aplicabilidade das RdP na an lise e na modela o de sistemas com componentes concorrentes Heuser 91 Desde ent o as RdP t m sido amplamente estudadas e desenvolvidas devido s suas numerosas potencialidades de modela o tais como sincroniza o de pro

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