Aula 06

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SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Aula 6: Padrões de Acesso em Radio 
 Digital Industrial
Tema da Apresentação
Padrões de Acesso em Rádio Digital Industrial – AULA 6
SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Conteúdo Programático desta aula
Aula 6: Padrões de Acesso em Radio Digital Industrial Nesta aula você irá: 1.Aprender conceitos básicos e avançados
 de Redes Wi-Fi e da tecnologia Bluetooth.
2.Conhecer o que é o Controle de Acesso
 ao Meio (MAC) e a Camada Física (PHY) das tecnologias ZigBee, Wireless HART e ISA100.11a, (do protocolo IEEE 802.15.4).
3. Conhecer o Controle de Acesso ao Meio (MAC) e a Camada Física (PHY) do padrão IEEE 802.11 ( conhecido como Wi-Fi). 
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As Redes Locais Sem Fio(WLAN) surgiram no fim dos anos 90 e passaram a ser utilizadas em diversos ambientes: industriais, caseiros, governamentais, entre outros. Como a tradução do próprio nome se evidencia, WIRELESS significa sem fio em português 
 A TECNOLOGIA WIRELESS 
Tema da Apresentação
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 A TECNOLOGIA WIRELESS 
 Capacidade e usos:
Dependendo da aplicação a que é submetida uma rede wireless, esta pode realizar a comunicação entre os seus equipamentos através de diferentes tipos de transmissão de sinais. Os sinais podem ser transmitidos por infravermelho,laser,micro-ondas, radiofrequência,cada meio com suas 
vantagens e limitações.
Escolha dos itens é importante 
pois infere no CUSTO das interfaces 
da Rede.
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 A TECNOLOGIA WIRELESS 
 Capacidade e usos da rede:
Realizar conexão com uma rede cabeada e assim estender seus limites geográficos;
 Ser usada em áreas movimentadas com grande circulação de pessoas, entre áreas e prédios isolados, e nos locais onde o cabeamento físico, se mostre inadequado;
Muito usado pela Internet e telefonia no momento. 
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 A TECNOLOGIA WIRELESS 
 Principais Características :
Evitar realizar obras ou tubulações de porte nos locais;
Necessita de maior investimento inicial em relação as redes cabeadas;
Funciona como Ponto a Ponto ou Multiponto;
Permite conexão com a rede cabeada ou ser independente;
Facil configuração e media confiabilidade, atendendo ao uso doméstico ou firmas pequenas.
Os pacotes são transmitidas pelo AR (Vácuo);
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 A TECNOLOGIA WIRELESS 
 Principais Vantagens:
Mobilidade: Permite fácil acesso a Rede Corporativa e constantes deslocamentos do usuário.
Modularidade: Livre para rápidas expansões da Rede;
Fácil Acesso: Uso de imóveis tombados;
Instalação rápida: Não necessita tubulações nem infraestrutura complexa.
Flexibilidade: mudança de Layout; fácil configuração e media confiabilidade, atender uso doméstico ou firmas pequenas.
 Redes Wireless podem combinar-se com as redes cabeadas;
Suportam os principais protocolos: TCP/IP/IPX, NetBEUI
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Dentro das tecnologias Wireless Lan:
 
 Rede Sem Fio Pessoal - WPAN : neste grupo estão as tecnologias Wireless de pequeno alcance (metros). 
A mais conhecida é o Bluetooth cujo padrão é o IEEE 802.15.1 muito usado em dispositivos portáveis e móveis de forma simples e segura, com baixo consumo e baixo custo, substituindo assim o uso de cabos. 
O Zigbee cujo padrão é IEEE 805.15.4 para automação de residências e escritórios e o UWB (UltraWideBand) de padrão IEEE 802.15.3.
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Em 1964, a ERICSSON iniciou projeto de comunicação entre celulares e dispositivos usando sinais de radio de baixo custo.
Em 1998,as empresas(Ericsson,IBM,Intel,Nokia,Toshiba), criaram o consorcio de Bluetooth SIG (Special Interest Group).
O protocolo Bluetooth, usa uma frequência de radio aberta, operando na faixa ISM, com sistema FH-CDMA.
È possível usar até 79 frequências, dentro da faixa ISM, espaçadas 1 MHz uma da outra.
Os dispositivos podem transmitir e receber sinais de Dados e voz – Full Duplex.
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Os cinco profiles mais usados são:
 o HSP (Headset Profile), que é utilizado por headsets Bluetooth;
o HID (Human Interface Device Profile),usado por teclados, mouses, joysticks e outrosdispositivos de entrada
o FTP (File TransferProfile), que permite transferir arquivos; 
O OPP (Object Push Profile), um protocolo de transferência de dados de uso geral, que pode ser usado para transferir contatos, fotos e outras informações; 
 o DUN (Dial-up Networking Profile), que é usado por celulares para permitir o acesso à web através do PC.
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Cada profile faz com que o transmissor Bluetooth e o dispositivo do outro lado, sejam vistos de forma diferente pelo sistema. No HSP, o headset é visto como uma placa de som remota, que permite o envio de streams de áudio. 
No HID, o teclado ou mouse Bluetooth é visto pelo sistema como se fosse um dispositivo de entrada conectado a uma das portas USB do micro;
Enquanto no DUN o celular é visto pelo sistema como um modem ligado a uma porta serial, que é usado para "discar" para o provedor e, assim,estabelecer a conexão.
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REDE BLUETOOTH.
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Dentro das tecnologias Wireless Lan: 
O protocolo Zigbee cujo padrão é IEEE 805.15.4 para automação de residências e escritórios.
Permite comunicações seguras e usa as frequências ISM (Industrial, Cientifica e Médica) 868 MHz (1canal), 915 MHz (10 canais) e 2,4 GHz ( 16 canais).
 Oferece BOA IMUNIDADE contra interferências e pode acolher mais de 65.000 dispositivos numa rede com taxas de transferência de 20 Kbps até 250 Kbps.
Tendo baixo consumo de energia, os dispositivos com sensores remoto tem suas pilhas durando por meses até ano. 
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Dentro das tecnologias Wireless Lan: 
A IEEE definiu que a rede ZIGBee pode ser constituída operada por 2 tipos de dispositivos:
O primeiro é o FFD ( Dispositivo de Função Completa) que pode ser um roteador de rede ou similar.
O segundo é o RFD ( Dispositivo de função Reduzida) não opera como roteador, é chamado de escravo.
Os RFD´s são mais baratos que os FDD´s, pois não usam memória de roteamento. Um FFD pode falar com RFDs ou FFDs, mas um RFD só pode falar com um FFD.
As redes ZigBee são classificadas quanto a topologia em : ESTRELA, ÁRVORE e MALHAS.
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REDE ZigBee
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Rede Sem Fio Local - WLAN: neste grupo a tecnologia mais famosa é o Wi-Fi (Wireless Fidelity) que tem os seguintes padrões:
IEEE 802.11b:opera em 2.4 GHz com taxa de transmissão de 11 Mbps, modulação DSSS ( Espectro espalhado em Sequencia) e alcance de 100 a 300 mts;
IEEE 802.11a: opera em 5 GHz com taxa de transmissão de 54 Mbps, modulação OFDM (Multiplexação por Divisão Ortogal de Frequência).
IEEE 802.11g: opera em 2.4 GHz com taxa de transmissão de 54 Mbps, modulação OFDM. 
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Wi-Fi - Wireless Fidelity
 
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Wi-Fi - Wireless Fidelity
 
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Wi-Fi - Wireless Fidelity
É baseado na especificação IEEE 802.11, que define as camadas físicas e de enlace do modelo OSI.
É um sistema de transmissão de dados para acesso a rede de computadores sem o uso de cabos, através de ondas de rádio.
A grande vantagem das redes Wi-Fi é a mobilidade e o baixo custo através da economia de cabeamento além da
flexibilidade em mudanças na rede. 
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Wi-Fi - Wireless Fidelity
Os pontos de acesso para conexão dos dispositivos 802.11 com a rede WLAN Wi-Fi recebem o nome de Hotspots ou WAP (Wireless Access Points), e atuam como hubs sem fio.
Operando nas faixas de 2,4 e 5,4 Gz, podem transmitir dados a uma velocidade igual ou acima de 11Mbps dentro de intervalos de 30ms.
Essa velocidade é limitada pela largura da banda, mas isso a torna atrativa para o uso no ambiente industrial. 
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Wi-Fi - Wireless Fidelity
No ambiente industrial ela não substituem a redes cabeadas, mas trabalham associadas.
Apresenta grande MOBILIDADE, pois o usuário pode se mover e também ao dispositivo dando flexibilidade a aplicação.
As redes sem fios são mais lentas que as cabeadas.
No Brasil, sua utilização comercial, requer licença da ANATEL .
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Wi-Fi - Wireless Fidelity
 De forma a atender os mais variados tipos de dispositivos, o alcance foi divido em 3 classes, com potência de 1/2,5/100 mW e alcance de 1/10/100 mts, respectivamente.
O sistema inicial oferecia uma velocidade total de 1 mbps com um payload de apenas 720kbps em modo assíncrono ou 432 Kbps em modo sincrono. Na prática, as taxas eram menores devido às perdas na transmissão. Atualmente, na versão 2x, podemos obter 3 Mbps de taxa total, conseguido devido ao uso de um melhor esquema de modulação (PSK – Phase Shift Keying ).
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Wi-Fi - Wireless Fidelity
 Um dos requisitos básicos das redes Wi-Fi é interoperar com as redes cabeadas existentes, através de portais , que são a integração lógica entre as
LANs e as redes 802.11.
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Camadas PHY/MAC e esquemas de modulação IEEE 802.11
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Wi-Fi - Wireless Fidelity
 
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! Qualquer aplicação de LAN, sistemas operacionais de rede incluindo TCP/IP
irá funcionar em uma rede em conformidade com a IEEE 802.11, pois são baseadas no protocolo ethernet.
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Wi-Fi - Wireless Fidelity
 
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Aplicações Empresariais com Wi-Fi e Backbone com fio
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Camadas PHY/MAC e esquemas de modulação IEEE 802.11
A norma IEEE 802.15.4 define um padrão para as camadas física (PHY) e de acesso ao meio (MAC) para redes sem fio, de curto alcance e taxas baixas de transmissão de dados, embora possam ser constantes (CBR – constant bit rate). Baseado no Modelo OSI, a norma define de modo claro a camada de comunicação de nível 2 ( Enlace de Dados) e especifica parâmetros da camada física de nível 1, e seu principal objetivo o de promover a comunicação entre dois dispositivos IEEE 802.15.4.
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Conforme podemos verificar na figura abaixo, o protocolo IEEE 802.15.4 encontra-se no nível de camada 2 do Modelo OSI.Existem vários protocolos de camada de rede e superiores que usam o IEEE 802.15.4 como sua camada MAC.
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No entanto, os dispositivos IEEE 802.15.4 não terão interoperabilidade com dispositivos que usam esses protocolos mais avançados, que oferecem serviços adicionais (topologiasde rede em estrela, roteamento,
criptografia, sincronização centralizada, serviços da camada de aplicação, etc.). Os mais conhecidos são:
A- W-HART (Wireless HART); 
B- ISA – SP 100.11a;
C- ZigBee: a ZigBee Alliance foi formada para promover o padrão IEEE 802.15.4, padronizando dispositivos e promovendo interoperabilidade entre dispositivos de
fabricantes diferentes.
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a) W-HART (Wireless HART): é a versão wireless do protocolo HART, o protocolo de comunicação mais utilizado para processos inteligentes de instrumentação de campo e de tempo real para automação industrial e monitoramento.
Para isso, faz uso do protocolo TSMP (Time Synchronized Mesh Protocol), que demanda um "coordenador de tempo" centralizado, para a sincronização de todos os seus nós.
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Rede W-HART (Wireless HART)
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b) ISA - SP100.11a: atende não somente a processos, mas também é o suporte a aplicações de monitoramento e automação industrial. Desenvolvido pela Systems and Automation Society (ISA), tenta ser um padrão para este tipo de projetos, uma vez que é - multiprotocolos, ou seja, é compatível com diversos outros protocolos de processos mais antigos, como HART, FF, Profi e Mod, sendo capaz de transportá-los via tunelamento.
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Rede ISA - SP100.11a
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Pudemos ver nesta aula :
 1.Aprender conceitos básicos e avançados de Redes Wi-Fi e da tecnologia Bluetooth.
2.Conhecer o que é o Controle de Acesso ao Meio (MAC) e a Camada Física (PHY) das tecnologias ZigBee, Wireless HART e ISA100.11a, (do protocolo IEEE 802.15.4 ).
3. Conhecer o Controle de Acesso ao Meio (MAC) e a Camada Física (PHY) do padrão IEEE 802.11 (comercialmente conhecido como Wi-Fi).
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