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UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO PARA COLETA E ARMAZENAMENTO MASSIVO DE FALHAS André Martins de Oliveira Orientador: Msc. Eng. Eletricista Dalton Vidor.
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UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO PARA COLETA E ARMAZENAMENTO MASSIVO DE FALHAS André Martins de Oliveira Orientador: Msc. Eng. Eletricista Dalton Vidor
INTRODUÇÃO (1 de 2) Necessidade de controle/gestão Qualidade de serviços para as tecnologias Surgimento de novas Tecnologias de Comunicação INFRA-ESTRUTURA
INTRODUÇÃO (2 de 2) • INFRA-ESTRUTURA • Sistemas de alimentação elétrica • Sistemas de aterramento e pára-raios • Controle de temperatura • Meios de transmissão Desenvolvimento de um dispositivo eletrônico para monitoração constante do meio
PROBLEMA DE ENGENHARIA • USUÁRIOS DOS SERVIÇOS DE TELECOMUNICAÇÕES: • Não conseguem antecipar uma falha grave • Não possui um histórico seguro das últimas falhas • Ausência de estatísticas • Caso opte por mudar de fornecedor, não consegue avaliar o ganho real da mudança
ESCOPO DO PROJETO • PROJETO E DESENVOLVIMENTO: • Dispositivo robusto e confiável • Em caso de falha detectada, armazena eventos em memória de grande capacidade • Grava mais de 1 tipo de falha • Possui base de tempo confiável • Dispositivo que não interfira no funcionamento de um sistema de comunicação em operação
MEIO DE TRANSMISSÃO APROXIMAÇÃO Impedância característica Se R e G -> 0 ou j-> INFINITO
CONVERSÃO DE SINAIS • Transformar o sinal de voz para ser transmitido no meio • Conversão analógica para digital • PCM com tempo de amostragem de 2,1µs • Banda de áudio 300 a 3400Hz: • 85% Intelegibilidade • 68% Energia de voz • Freq. de amostragem 8KHz
CODIFICAÇÃO HDB3 • Utilizada para transmitir bits 0 e 1s por uma longa distância • Evita o afastamento da referência do sinal (strings longas (0s e 1s) • Realiza a supressão da componente DC do sinal • Possibilidade de detecção de erros • Auto sincronização e oferece melhor imunidade a ruídos
MULTIPLEXAÇÃO TDM • Técnica que possibilita a transmissão de vários canais em um mesmo meio de transmissão • Utilizada no Brasil é a TDM (Multiplexação por Divisão de Tempo) • Como o Tfreq.amost=125µS (1/8000) e Tamost=2,1µs Há um tempo 122,9µs de “ociosidade” por ciclo de amostragem No Brasil – TDM –PCM padrão Europeu 32 canais x 64kbps=E1
ITU-T • É uma área da ITU (União Internacional de Telecomunicações) • É responsável por coordenar padronizações • Recomendação G.775 – Detecção de falhas LOS e AIS • Recomendação G.703 - Características elétricas Tolerâncias elétricas dos pulsos presentes em linhas do tipo E1
PERDAS NA TRANSMISSÃO • Atenuação • Distorção • Por atenuação • Falta de sincronismo • Descasamento de impedâncias • Ruído • Térmico • Impulsivo
DISPOSITIVO DESENVOLVIDO (1 de 2) • Foi concebido para ser ligado em paralelo com um meio de transmissão em campo • Monitora permanentemente uma linha de transmissão digital com interface G.703 – E1 (32 canais de 64kbps) • Em caso de anomalia na linha, avalia tipo de falha e lê dados de tempo e gravando em uma memória SD-Card uma palavra de 8 bytes • Pode operar também em modo de manutenção, onde através da porta serial de um PC, podem ser efetuadas diversas operações, inclusive descarga dos eventos armazenados
DETECÇÃO DE FALHAS MONOESTÁVEL - Cálculo do resistor e capacitor com base em uma largura de pulso desejada de 1100ns
GERAÇÃO DE TEMPO (RTC) • Chip DS-1302 com comunicação SPI (Serial Protocol Interface) a 3 fios (RST, SCLK e I/O) e bateria de backup • Fornece segundos, minutos, horas, dia, data, mês, e ano. • A cada falha detectada é realizada uma leitura para anexar ao evento informações de tempo da falha
ARMAZENAMENTO MASSIVO (1 de 3) • SD-Card (Secure Digital - Card) com comunicação SPI • 2Gbytes de capacidade nominal • A cada falha ocorrida no meio de transmissão são gravados 8 bytes de informações no cartão • Status-Falha-Dia-Mês-Ano-Hora-Min-Seg
ARMAZENAMENTO MASSIVO (2 de 3) • CARACTERÍSTICAS DO SD-CARD • Tensão de Alimentação de 2,7V a 3,3V • Taxa de transferência até 25Mbps • Proteção de dados por senha / chave mecânica • Possui alta confiabilidade dos dados gravados Utilizado para o projeto um adaptador para cartão micro-SD
ARMAZENAMENTO MASSIVO (3 de 3) PROCESSO DE GRAVAÇÃO / LEITURA (SPI) • Palavra de comando com 48 bits = 6 bytes • Palavra de resposta com 8 bits = 1 byte • Bloco de dados variável (default = 512 bytes) • Inicialização deve seguir sequência de comandos
MICROCONTROLADOR (1 de 2) • PIC 18F4520 • Tecnologia RISC (Reduced Instruction Set Computer) • Frequência de Clock de 8MHz no projeto (máximo 40) • Ciclo de máquina de 500 ns • Memória de programa de 32768 bytes • 4 timers (1 de 8 bits e 3 de 16 bits) • Portas A, B, C, D com 8 pinos de • I/O cada
MICROCONTROLADOR (2 de 2) • TOPOLOGIA DE LIGAÇÃO
SISTEMAS DE INFORMÁTICA (1 de 2) • Compilador em C - CCS PCWHD Compiler v. 4.0.57 • Gravação do firmware WinPIC 800 v. 3.64c • Interface para visualização dos resultados: • Planilha padrão com macro desenvolvida em MS Excel 2003
SISTEMAS DE INFORMÁTICA (2 de 2) • Integração Homem-Máquina (IHM) • Menu interativo via conexão serial ao PC
TESTES PRELIMINARES (1 de 2) • TESTE DE CAPACIDADE DA MEMÓRIA SD • Devido a grande capacidade 2Gb, não consegui-se encher toda a memória • A capacidade efetiva do SD foi de 1.967.128.576 bytes (3.842.048 setores x 512 bytes cada) – Análise realizada pelo software free Roadkil’s Sector Editor v1.4 • TESTE DE FALHA DE ENERGIA DURANTE GRAVAÇÃO • O dispositivo tornou-se vulnerável, porém o tempo de gravação é muito inferior ao tempos restantes do processo • Solução: Utilizar alguma bateria externa para backup
TESTES PRELIMINARES (2 de 2) • MONITORAÇÃO DA PRECISÃO DO RELÓGIO • Observou-se um atraso de 1 segundo a cada 24 horas • TESTE DE COMPATIBILIDADE COM OUTROS SD-CARDs • Funcionamento OK com cartões do tipo MMC e SD, porém a limitação ficou ao tamanho de 2Gb • TELA DE DESCARGA DOS EVENTOS DE FALHAS OCORRIDAS
INTEGRAÇÃO COM SISTEMA REAL • Foram utilizados dois PABX de fabricantes diferentes • Alcatel-Lucent – Simulação Real em produção • Siemens – Equipamento de laboratório ALARME SIA ALARME LOS ALARME LOS Siemens Alcatel-Lucent
INTEGRAÇÃO COM SISTEMA REAL Dispositivo conectado ao PABX Alcatel-Lucent Dispositivo conectado ao PABX Siemens
COMPARATIVO DOS RESULTADOS Eventos descarregados no dispositivo desenvolvido Tela gerenciamento PABX Alcatel-Lucent
RESULTADOS FINAIS Quantitativo Qualitativo
CONCLUSÕES • O método para detecção de falhas foi eficiente, porém pode apresentar falhas em raras situações • O programa desenvolvido para gravação do SD card pode não ser eficiente em caso de falta de energia no momento da gravação • Manipulação de dispositivos de tecnologia de ponta • Eficiência e robustez do dispositivo desenvolvido
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS • Gravação do SD Card em formato FAT16 Windows • Detecção de mais tipos de falhas G.703 • Detecção em meios com tecnologias mais recentes como telefonia IP - ITU-T G.729 • Uso de memórias com capacidades acima de 2Gb
REFERÊNCIAS FOROUZAN, Behrouz A. – Comunicação de dados e redes de computadores – 4ª. Ed. – São Paulo:McGraw-Hill,2008 PINES, José; BARRADAS, Ovidio César Machado - Sistemas Multiplex - 2a. Ed. – Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, 1978 LATHI,P.B.. Sistemas de Comunicação 1a. Ed - Rio de Janeiro: Editora Guanabara, 1987 KRAUS, John D. – Eletromagnetismo – 2ª. Ed. – Rio de Janeiro: Editora Guanabara,1986 ROCHOL, Jürgen - Redes de Computadores – 1ª.Ed - Porto Alegre: Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Informática, 1999. ITU-T (“Telecommunication Standardization Sector of ITU”). “G.703 - Physical/ electrical characteristics of hierarchical digital interfaces”. Genebra, 2001. Disponível em: < http://www.itu.int/ITU-T/publications/recs.html> Acesso em: 10/10/10 ITU-T (“Telecommunication Standardization Sector of ITU”). “G.775 - Loss of Signal (LOS), Alarm Indication Signal (AIS) and Remote Defect Indication (RDI) defect detection and clearance criteria for PDH signals”. Genebra, 1998. Disponível em: < http://www.itu.int/ITU-T/publications/recs.html> Acesso em: 10/10/10 Technical Committee SD Card Association “SD Specifications - Part 1 -Physical Layer - Simplified Specification - Version 3.01”. San Ramon, 2010. Disponível em: <http://www.sdcard.org> Acesso em: 10/2010 Technical Committee SD Card Association “SD Specifications Part A2 SD Host Controller Simplified Specification Version 2.00”. San Ramon, 2007. Disponível em: <http://www.sdcard.org> Acesso em: 10/2010
UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO OBRIGADO!!! André Martins de Oliveira Orientador: Msc. Eng. Eletricista Dalton Vidor