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Confiabilidade do projeto SAWiM (parte 1 de 2)

9 de abril de 2010

Fábio Damião Barbosa Ricci

Redes Mesh sem fio possuem grandes vantagens comparadas às redes cabeadas, destacando-se principalmente pelo baixo custo, implementação gradual e tolerância a falhas [1]. Elas podem ser tão confiáveis quanto redes cabeadas através do uso adequado de protocolos de comunicação, encriptação, modulação de sinal, uso adequado de antenas, topologia de rede etc. Tais ferramentas foram desenvolvidas e aperfeiçoadas justamente para garantir à comunicação sem-fio as características já inerentes de uma comunicação cabeada.

Baseada nestas premissas o projeto SAWiM [2] busca conciliar esta confiabilidade de comunicação com o desenvolvimento de um novo tipo de controlador semafórico.

Em visita realizada ao estande de empresas fabricantes de controladores semafóricos na feira de infraestrutura de transportes TranspoQuip [3] em 2009, houve certa resistência a um novo conceito de controlador semafórico, já que este é um produto desenvolvido há muito tempo e com muito cuidado para garantir confiabilidade de operação. Com isso, sua tecnologia pouco evoluiu no decorrer de décadas. Devido a esta lenta evolução, pôde-se perceber grande interesse por parte de engenheiros da empresa sobre a nova tecnologia de Rede Mesh, que poderia ser utilizada na interligação dos controladores de tráfego com a central de controle e, com isso, além de garantir a tão consagrada confiabilidade dos controladores eletrônicos de tráfego, garantir também sua controlabilidade a partir de um centro de gerência.

O desenvolvimento do projeto SAWiM deve gerar um produto capaz  de se adequar às especificações das companhias de engenharia de tráfego metropolitanas, que estabelecem as mínimas condições técnicas e funcionais. Tais exigências especificam características técnicas básicas, características funcionais, modos de operação, características gerais de projeto e construção, documentação técnica, ensaios, inspeção e aceitação.

Apesar dos semáforos aparentarem para o usuário serem apenas dispositivos simples que acionam lâmpadas, todas as suas especificações são complexas com parâmetros técnicos e funcionais detalhados, como por exemplo os que especificam sequência de cores, períodos de entreverdes e tempos de segurança, tipos de estágios quanto ao tempo de duração (fixa ou variável) e quanto a ocorrência dentro do ciclo de duração (dispensáveis ou indispensáveis).

Esta e outras normas devem ser seguidas por se tratar de um dispositivo que deve lidar com a vida humana. Sua padronização elétrica e funcional garante a homogeneidade e confiabilidade do sistema semafórico como um todo.

O projeto do controlador SAWiM é composto por 2 módulos interligados por um cabo: um módulo Mesh que possui um sistema Linux embarcado responsável pela programação e comunicação,  e um módulo Atuador. Sua principal diferença com um controlador convencional é o fato de haver um controlador por semáforo e sua comunicação adjacente e programação de ações são feitas pelo software rodando em Linux no módulo Mesh, permitindo, com isso, uma grande maleabilidade de ações e processamento devido à grande flexibilidade operacional de um sistema Linux.  O módulo Atuador se responsabiliza pela realização das ações, medições e sensoriamento, comunicando-se intermitentemente com o módulo Mesh.

A comunicação em Rede Mesh é feita com  semáforos intra-grupo quando é necessária a alteração de sinalização em apenas um grupo semafórico e também pode ser feita inter-grupos,  quando é necessária uma sincronização entre grupos semafóricos, de cruzamentos diferentes.

A ilustração abaixo descreve um exemplo simplificado de comunicação:

Exemplo de comunicação entre controladores SAWiM.

Neste exemplo, temos a comunicação intra-grupo entre o controlador mestre, seu adjacente e seu opositor.  Também há comunicação inter-grupos entre 2 controladores SAWiM mestres. Neste exemplo de comunicação inter-grupos, o controlador mestre A envia uma mensagem de comando ao controlador mestre B para alterar sua sinalização após um período de t segundos, realizando, com isso, a  sincronização sequencial de tempos de verde (onda verde [4]).

Por tudo isso, o projeto SAWiM tem como objetivo quebrar paradigmas de sistemas de controladores semafóricos, desenvolvendo uma nova tecnologia passível de grande confiabilidade, maleabilidade funcional e baixo custo. Apesar disso, por se tratar de um novo produto em desenvolvimento, ainda é impossível compararmos sua confiabilidade com os consagrados controladores atuais.

Referências

[1] Redes mesh e grafos.
https://tecnologiassemfio.wordpress.com/2010/01/22/redes-mesh-e-grafos/

Visitado em 08/04/2010

[2] Trânsito e Redes Mesh
https://tecnologiassemfio.wordpress.com/2010/02/12/transito-e-redes-mesh/

Visitado em 09/04/2010

[3] TranspoQuip.
http://www.transpoquip.com.br/br/index.html

Visitado em 09/04/2010

[4] Onda verde – Instituto Trânsito Brasil.
http://www.transitobrasil.org/anexos/artigos/145.pdf

Visitado em 09/04/2010

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Trânsito e redes mesh

12 de fevereiro de 2010

Fábio Damião Barbosa Ricci

Em São Paulo, uma pesquisa do Instituto Datafolha [1] revelou que o paulistano perde, em média, 109 minutos por dia no trânsito. Ao todo, 23% dos paulistanos perdem mais de duas horas por dia no trânsito.

Muitos fatores podem contribuir para os congestionamentos, que ocorrem principalmente quando o número de automóveis ultrapassa a capacidade de uma via. O principal fator de  origem deste problema é o tempo ocioso que um veículo permanece nas ruas, quando encontra um semáforo sinalizando parada enquanto não há veículos trafegando na via em que se deseja atravessar. Através do controle adaptativo de tempo de sinalização semafórica, é possível otimizar o fluxo de trânsito sem a necessidade de acompanhamento do ritmo de mudanças de condições de tráfego nas vias, promovendo um menor acúmulo de carros com a evolução do tempo.

O projeto SAWIM, desenvolvido pelo autor durante trabalho de conclusão de curso [2] é uma tentativa de resolver esses problemas através de comunicação através por redes sem fio em malha [3], ou Wi-Mesh.

Semáforos têm vantagens enormes como torres para comunicação sem fio: são da prefeitura, o que minimiza custos de aluguel e têm acesso livre uns aos outros. Afinal, os motoristas têm que poder ver os semáforos que, por isso são altos e têm visão desimpedida por obstáculos ao longo das pistas.

Por esta razão, semáforos tem sido usados em cidades digitais como torres para instalação de APs [4] para a rede mesh.

Em poucas palavras, o hardware desenvolvido para o projeto para controlar um semáforo pode ser descrito como:

  • um AP que vai fazer comunicação com outros APs da rede mesh, além de conter software específico para sincronização de APs. O software original do AP (seu firmware) é trocado por um Software Livre que o controla, chamado Freifunk [5]. Sobre este sistema, uma variação do GNU/Linux é que são desenvolvidos softwares específicos para controle de APs;
  • um módulo para controlar o semáforo, ligado ao AP através de de TCP/IP, o que lhe permite passar ao semáforo comandos do AP. Também é capaz de interagir com o sensor de presença e repassar informações dele ao AP;
  • um módulo adicional de presença, que comunica ao módulo de controle o número de carros passando — normalmente implementado através de sensores no solo. É possível que nem todos módulos do SAWIM possam contar com esse recurso. Neste caso, os módulos do sistema que contam com esse recurso o repassam aos outros.

Tanto AP quanto o módulo de controle estão protegidos das intempéries por uma caixa hermética.

Um ponto importante no projeto é que a tolerância a falhas das redes mesh [3] favorece o projeto, uma vez que semáforos são aplicação de missão crítica.

Uma visita à Transpoquip [6] feira específica sobre trânsito, mostrou que os fabricantes se interessariam muito por uma solução similar àquela do SAWIM. Apesar de questionamentos sobre a maturidade do software para controle dos semáforos — o SAWIM estaria sendo comparado com sistemas com dezenas de anos de desenvolvimento –, os técnicos das empresas se mostraram interessados na tolerância à falhas da rede mesh.

Uma das razões para isso foi observada recentemente: devido às chuvas, os semáforos da região de Pinheiros deixaram de funcionar. Aparentemente, a água entrou nos fios de comunicação e controle de semáforos.

Edição: Hilton Garcia Fernandes, a partir de texto em [2]

Referências

[1] Paulistanos apóiam transporte público, segundo o Datafolha
Visitado em 12/02/2010

[2] Fabio Damião Barbosa Ricci, Sistema integrado WiMesh para controle, automação semafórica e comunicação com Internet (Sigla: SAWIM) Trabalho de conclusão de curso apresentado na Escola Politécnica da Universidade São Paulo, em 9 de Outubro de 2009. São Paulo, SP, Brasil

[3] Redes mesh e grafos
Visitado em 12/02/2010

[4] Municipal Wireless Broadband and the Digital Community Report — City of Boulder, Colorado October 12, 2006
Visitado em 12/02/2010

[5] Freifunk
Visitado em 12/02/2010

[6] TranspoQuip Latin America 2009
Visitado em 12/02/2010

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