Uma metodologia para modelagem e avaliação da dependabilidade de redes industriais sem fio

Ensuring the dependability requirements is essential for the industrial applications since faults may cause failures whose consequences result in economic losses, environmental damage or hurting people. Therefore, faced from the relevance of topic, this thesis proposes a methodology for the dependability evaluation of industrial wireless networks (WirelessHART, ISA100.11a, WIA-PA) on early design phase. However, the proposal can be easily adapted to maintenance and expansion stages of network. The proposal uses graph theory and fault tree formalism to create automatically an analytical model from a given wireless industrial network topology, where the dependability can be evaluated. The evaluation metrics supported are the reliability, availability, MTTF (mean time to failure), importance measures of devices, redundancy aspects and common cause failures. It must be emphasized that the proposal is independent of any tool to evaluate quantitatively the target metrics. However, due to validation issues it was used a tool widely accepted on academy for this purpose (SHARPE). In addition, an algorithm to generate the minimal cut sets, originally applied on graph theory, was adapted to fault tree formalism to guarantee the scalability of methodology in wireless industrial network environments (< 100 devices). Finally, the proposed methodology was validate from typical scenarios found in industrial environments, as star, line, cluster and mesh topologies. It was also evaluated scenarios with common cause failures and best practices to guide the design of an industrial wireless network. For guarantee scalability requirements, it was analyzed the performance of methodology in different scenarios where the results shown the applicability of proposal for networks typically found in industrial environments

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Garantir os requisitos de dependabilidade é fundamental para as aplicações industriais, onde falhas podem conduzir a defeitos cujas consequências impactam em prejuízos econômicos e principalmente danos ambientais e riscos aos operadores. Assim, diante da relevância do tema, esta tese propõem uma metodologia para análise da dependabilidade de redes industriais sem fio (WirelessHART, ISA100.11a, WIA-PA) ainda na fase de projeto. Entretanto, a proposta pode ser facilmente estendida para as fases de manutenção e expansão da rede. A proposta utiliza a teoria de grafos e o formalismo de Árvores de Falhas para criar automaticamente um modelo analítico a partir de uma dada topologia de rede industrial sem fio, onde a dependabilidade possa ser avaliada. As métricas de avaliação suportadas compreendem confiabilidade, disponibilidade e MTTF (tempo médio para falha) da rede, como também medidas de importância dos dispositivos, aspectos de redundância e defeitos em modo comum. Ressalta-se que a proposta independe de qualquer ferramenta para analisar quantitativamente as métricas visadas. Contudo, para propósito de validação da proposta utilizou-se uma ferramenta amplamente aceita na academia para esse fim (SHARPE). Adicionalmente, um algoritmo para geração dos cortes mínimos originalmente aplicado na teoria de grafos foi adaptado para o formalismo das Árvores de Falhas com o objetivo de garantir escalabilidade da metodologia às redes industriais sem fio (< 100 dispositivos). Finalmente, a metodologia proposta foi validada a partir de cenários típicos encontrados em ambientes industriais, como topologias estrela, linha, cluster e mesh. Foram também avaliados cenários com defeitos em modo comum e um conjunto de políticas a serem seguidas na criação de uma rede industrial sem fio. Para garantir aspectos de escalabilidade, uma análise de desempenho foi conduzida, onde pode-se observar a aplicabilidade da metodologia para as redes tipicamente encontradas em ambientes industriais