No post anterior abordamos a Internet da coisas, e os desafios da conexão sem fio na Indústria 4.0, agora abordaremos a comunicação M2M, e os desafios do gerenciamento de rede na Indústria 4.0

 

M2M (Machine-to-Machine)

Redes M2M são compostas de um grande número de nós, uma vez que o componente principal integrante da comunicação M2M é uma máquina ou objeto, ou na verdade, pode ser tudo ao nosso redor. Para um número tão grande de objetos (milhões ou bilhões) com a capacidade de comunicar, o custo deve ser baixo. Porque a maioria das máquinas são operados por bateria, e a eficiência energética é um aspecto importante.

À medida que a própria máquina detecta o ambiente físico em volta, o tráfego por máquina é muito pequena. No entanto, os dados são gerados a partir de uma grande número de objetos, e o período de geração de dados, quantidade e formato são todos diferentes. Enquanto a comunicação M2M pode ocorrer sem intervenção humana, com estabilidade operacional e sustentabilidade.

Os principais objetivos das plataformas M2M são (i) facilitar o desenvolvimento de aplicações novas e criativas, (ii) para gerenciar dispositivos e usuários de forma eficiente, e (iii) para acelerar o ecossistema de domínios diferentes para serviços M2M.

Requisitos da Plataforma M2M mostrados na figura 7:

• Gerenciamento de perfil de dispositivo M2M: Para objetos de acesso ou dispositivos conectados à Internet, eles devem ser registrados para uma plataforma. A plataforma deve ser capaz de pesquisar e modificar os dispositivos M2M registrados, e consultar um lista de dispositivos M2M registrados. A plataforma deverá igualmente ser capaz de autenticar e dispositivos de controle e de apoio sua gestão. Gerenciamento de rede M2M area também é necessária.
• M2M gerenciamento de perfil do usuário: A plataforma deve ser capaz de gerenciar as restrições de acesso do usuário aos dispositivos e serviços. Deve ser capaz de suportar o registro perfil e modificação dos usuários do serviço, autenticação de usuário, o acesso do usuário, e informações de gerenciamento. Deve ser capaz de determinar quem está autorizado a usar quais dispositivos e serviços.
• Gerenciamento de dados M2M: A plataforma deve ser capaz de coletar dados de objetos ou dispositivos. Usuários de dispositivos inteligentes deve ser capaz de acessar a plataforma, consultar a lista de os dados recolhidos, e controlar os dispositivos. Dados diferentes a partir de diferentes serviços deve ser capaz de fornecer mashup. Além disso, a plataforma deve ser capaz de reagir com os dados coletados, controlando automaticamente e instruindo dispositivos ou atuadores.
• Acesso à App/Web: Devido à proliferação de dispositivos inteligentes, serviços M2M devem ser fornecidos para celular/dispositivos inteligentes. Os usuários devem ser capazes de acessar M2M serviços usando um aplicativo ou web. Para apoiar o acesso ao app , a plataforma deve gerenciar a loja de aplicativos. Para apoiar o acesso Web, a plataforma deve fornecer uma Página Web para os serviços M2M. Há prós e contras para ambos os métodos de acesso. Apps gastam tempo para baixar e instalar, mas são otimizados para dispositivos inteligentes (smartphones, embarcados) e a interoperação com módulos dos dispositivos, tais como câmera e sensores é possível. Por outro lado, embora o acesso via Web não exige nada para ser baixado, ele não está otimizado para dispositivos, é mais lento do que um aplicativo, e interoperação com módulos é restrita.
• Serviços em nuvem: A plataforma deve ser capaz de armazenar dados de objetos e sensores. Estes dados podem ser acessados em qualquer lugar e em qualquer momento por usuários que acessam a plataforma através da Internet.
• Comunicações P2P: A plataforma deve ser capaz de suportar comunicação direta através da Internet sem ter que ir através da plataforma entre os dispositivos do usuário e objetos. Comunicações P2P podem reduzir atraso e evitar o armazenamento de tráfego desnecessário na plataforma.
• Gerenciamento de rede M2M area: Além do gerenciamento de dispositivos, a plataforma deve fornecer a funcionalidade de gerenciamento de rede para M2M como em uma rede de sensores.
• Gerenciamento de conexão: A plataforma deve ser capaz de gerenciar a interoperação e ligação dos dispositivos M2M, quando os dispositivos pode ser alcançados através de várias redes ou por métodos de comunicação.

Gerenciamento da Rede

Redes de área de M2M pode consistir não só de muitos dispositivos agindo isoladamente, mas também de redes de sensores, em que um grande número de os nós  cooperam uns com os outros para realizar tarefas complexas. Para este grande número de nós, é impossível administrar cada nó individualmente.

O gerenciamento da rede inclui o processo de gestão, monitoramento e controle de uma rede. Usando gerenciamento de rede, o estado e operação de redes de área M2M devem ser monitorados. Problemas inesperados com base em informações coletadas, aplicações M2M e parâmetros de rede podem ocorrer, tais como um nó de comutação (on/off). Além de um período de detecção que será necessário para reconfigurar e adaptar-se, com base nas informações de a rede. Também é possível rastreamento áreas de baixo desempenho da rede e prevenção de futuros status da rede.

Os métodos tradicionais de gerenciamento de rede são projetados para gerenciar redes com fio, cujas características são diferentes daquelas das redes M2M. O gerenciamento de rede dos protocolos existentes, incluindo o SNMP que é amplamente utilizado, mas não suportam as características de RSSF que dispõem de recursos limitados. Nós sensores podem não suportar TCP/IP, e a fila de mensagens do gerenciamentoem WSNs provoca uma enorme quantidade de tráfego, porque WSNs consistem em centenas ou milhares de nós e requisições de gerenciamento, e as respostas são entregues através da rede de uma forma multi-hop. Esta sobrecarga do gerenciamento consome recursos WSN e tem um efeito negativo sobre o desempenho da rede.

Os requisitos do design para sistema de gerenciamento de rede da área de M2M estão resumidos abaixo:

• Tolerância a falhas: gerenciar nós mortos (ficar sem energia, danos físicos).
• Escalabilidade: denso, grande número de nós.
• Custos e complexidade: baixo custo, baixa complexidade.
• Dependência de aplicação: aplicação, emergência, ou aplicação em tempo real centrada em dados.
• Eficiência energética: bateria limitada; recarga é difícil ou impossível.
• Configuração dinâmica: nós inoperantes, novos nós, e nós móveis.
• Minimizar o tráfego de gerenciamento: O tráfego de gerenciamento pode afetar o desempenho da rede.

 

 

 

 

No próximo e último post iremos abordar o uso do SDN (Redes definidas por software) dentro da industria 4.0

 

 

 

 

 

Referências

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[2] Anitha Varghese and Deepaknath Tandur. Wireless requirements and challenges in industry 4.0. In Contemporary Computing and Informatics (IC3I), 2014 International Conference on, pages 634–638. IEEE, 2014.
[3] F Shrouf, J Ordieres, and G Miragliotta. Smart factories in industry 4.0: A review of the concept and of energy management approached in production based on the internet of things paradigm. In Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2014 IEEE International Conference on, pages 697–701. IEEE, 2014.
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[6] Shanhu Yang Jay Lee, Hung-An Kao. Service innovation and smart analytics for industry 4.0 and big data environment. ScienceDirect, 2014.
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[8] Michael Keller Marius Rosenberg Malte Brettel, Niklas Friederichsen. How virtualization, decentralization and network building change the manufacturing landscape: An industry 4.0 perspective. International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, 2014.