From simulation to statistical analysis: timeliness assessment of ethernet/IP-based distributed systems

A number of characteristics are boosting the eagerness of extending Ethernet to also cover factory-floor distributed real-time applications. Full-duplex links, non-blocking and priority-based switching, bandwidth availability, just to mention a few, are characteristics upon which that eagerness is building up. But, will Ethernet technologies really manage to replace traditional Fieldbus networks? Ethernet technology, by itself, does not include features above the lower layers of the OSI communication model. In the past few years, it is particularly significant the considerable amount of work that has been devoted to the timing analysis of Ethernet-based technologies. It happens, however, that the majority of those works are restricted to the analysis of sub-sets of the overall computing and communication system, thus without addressing timeliness at a holistic level. To this end, we are addressing a few inter-linked research topics with the purpose of setting a framework for the development of tools suitable to extract temporal properties of Commercial-Off-The-Shelf (COTS) Ethernet-based factory-floor distributed systems. This framework is being applied to a specific COTS technology, Ethernet/IP. In this paper, we reason about the modelling and simulation of Ethernet/IP-based systems, and on the use of statistical analysis techniques to provide usable results. Discrete event simulation models of a distributed system can be a powerful tool for the timeliness evaluation of the overall system, but particular care must be taken with the results provided by traditional statistical analysis techniques.

QoS of IP services in a fieldbus network: on the limitations and possible improvements

This paper focuses on the problem of providing efficient scheduling mechanisms for IP packets encapsulated in the frames of a real-time fieldbus network - the PROFIBUS. The approach described consists on a dual-stack approach encompassing both the controlrelated traffic ("native" fieldbus traffic) and the IPrelated traffic. The overall goal is to maintain the hard real-time guarantees of the control-related traffic, while at the same time providing the desired quality of service (QoS) to the coexistent IP applications. We start to describe the work which have been up to now carried out in the framework of the European project RFieldbus (High Performance Wireless Fieldbus in Industrial Multimedia-Related Environments - IST-1999-11316). Then we identify its limitations and point out solutions that are now being addressed out of the framework of the above-mentioned European project.

Integration of TCP/IP and PROFIBUS protocols

Recent technological developments are pulling fieldbus networks to support a new wide class of applications, such as industrial multimedia applications. These applications are usually supported by the widely used TCP/IP stack. It is thus essential to provide support to TCP/IP based applications, in fieldbus networks. This paper presents an effort that is being carried out to integrate the TCP/IP and PROFIBUS stacks, in order to support industrial multimedia applications, whilst guarantying the timing requirements of control-related traffic.

INDEPTH: timeliness assessment of ethernet/IP-based systems

The continuous improvement of Ethernet technologies is boosting the eagerness of extending their use to cover factory-floor distributed real time applications. Indeed, it is remarkable the considerable amount of research work that has been devoted to the timing analysis of Ethernet-based technologies in the past few years. It happens, however, that the majority of those works are restricted to the analysis of sub-sets of the overall computing and communication system, thus without addressing timeliness in a holistic fashion. To this end, we address an approach, based on simulation, aiming at extracting temporal properties of commercial-off-the-shelf (COTS) Ethernet-based factory-floor distributed systems. This framework is applied to a specific COTS technology, Ethernet/IP. We reason about the modeling and simulation of Ethernet/IP-based systems, and on the use of statistical analysis techniques to provide useful results on timeliness. The approach is part of a wider framework related to the research project INDEPTH NDustrial-Ethernet ProTocols under Holistic analysis.

Scheduling IP traffic in multimedia-enabled PROFIBUS networks

Technological developments are pulling fieldbus networks to support a new wide class of applications, such as industrial multimedia applications. To enable its use in this kind of applications the TCP/IP suite of protocols can be integrated within a fieldbus stack, leading to a dual-stack approach that is briefly outlined in the paper. One important requirement that must be fulfilled by this approach is that the hard real-time guarantees provided to the control-related traffic ("native" fieldbus traffic) are kept. At the same time it must also provide the desired quality of service (QoS) to IP applications. The focus of the paper is on how, in such a dual-stack approach, QoS can be efficiently provided to IP applications requiring quasi-constant bandwidth.

Power Over Ethernet – a solução de vanguarda nas comunicações baseadas em IP

Mal sabia o Italiano Antonio Santi Giuseppe Meucci na segunda metade do século XIX (1870-1876), que a sua invenção iria alcançar um êxito sem precedente e que mudaria por completo o estilo de vida das gerações vindouras: o “Telettrofono” (telégrafo falante). Porém, e por necessidade, acabou por vender o protótipo e seus respetivos direitos, a Alexander Graham Bell, o qual ficou historicamente conhecido como o inventor do telefone. Com efeito, o telefone quase que dispensa apresentação. É um dispositivo de telecomunicações que entrou paulatinamente nas vidas das pessoas, seja no lazer, no exercícios das suas profissões, em situações de emergência, em teatro de guerra, num infindável número de situações, e que foi simplesmente planeado para transmitir sons por meio de sinais elétricos em condutores próprios para o efeito (vias telefónicas). Por definição, é um aparelho eletroacústico que permite a transformação, no ponto emissor, de energia acústica em energia elétrica e, no ponto recetor, a transformação da energia elétrica em acústica, permitindo assim a troca de informações (falada e ouvida) entre dois ou mais assinantes. Ora, a ideia de Power over Ethernet (PoE) teve, forçosamente, seu marco nos finais do século XIX, quando Alexander Bell (“Bell Telephone Company”) teve de refletir/decidir se o telefone a instalar em cada residência, seria alimentado localmente por uma bateria (fonte de energia local), ou se deveria alimentar cada dispositivo telefónico remotamente através de fios condutores. Esta é a noção de Power over Ethernet na sua vanguarda de aplicação no início do século XXI, e objeto de uma breve apresentação, à qual o convido à leitura das restantes secções.

Interface IP-KNX para um sistema de controlo domótico

São vários os factores sociais e económicos que valorizam a aplicação de tecnologias de domótica em edifícios. No caso particular dos edifícios residenciais, a tendência dos seus utilizadores é a instalação de sistemas de controlo da segurança, do ambiente, de mecanismos de rega e de alarmes. Assim, seguindo a premissa do marketing, que identifica como uma boa prática a projecção de produtos / serviços que satisfaçam as necessidades inventariadas pelos seus utilizadores, este trabalho assenta na criação de um sistema domótico, controlado remotamente através de uma aplicação Android, que pretende, numa primeira instância, o controlo das lâmpadas de uma habitação. Neste trabalho é utilizado o protocolo KNX.TP para a comunicação dos dispositivos de domótica existentes no ISEP, que constituem o ambiente domótico deste trabalho. De forma a implementar o controlo remoto destes dispositivos via internet, este trabalho foca-se no desenvolvimento de uma interface IP-KNX, usando como hardware de controlo, um Arduino Mega 2560, uma placa de interface Ethernet para Arduino, a placa de integração KNX, e um servidor web com a linguagem PHP instalada. Para efeitos de demonstração, foi criada uma aplicação para o SO Android que controla as lâmpadas da rede KNX. Neste trabalho foram utilizadas várias linguagens de programação: C++ no firmware do Arduino, PHP no servidor web e JAVA + XML na aplicação Android.

Manual de boas práticas para cadastro de IP

Nos últimos meses o CPI (Centro Português de Iluminação),tem realizado uma série de seminários, por todo o País, para divulgar o seu último documento, recentemente impresso, ”Manual de Boas práticas para Cadastro de IP”. É pertinente perguntar porque é que havendo iluminação pública há mais de 100 anos em Portugal, se lembra agora o CPI da criação de um ” Manual de Boas práticas para Cadastro de IP”. As razões para a criação de um documento sobre um tema aparentemente fácil e óbvio são muitas, como veremos mais adiante. A crise económica que abraçou o país a partir de 2010 demonstrou que as opções políticas energéticas em Iluminação Pública (IP) não são sustentáveis face aos custos operacionais inerentes.