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UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASILUNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL

PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃOPRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSOTRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO PARA COLETA E DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO PARA COLETA E ARMAZENAMENTO MASSIVO DE FALHASARMAZENAMENTO MASSIVO DE FALHAS

André Martins de OliveiraAndré Martins de Oliveira

Orientador: Msc. Eng. Eletricista Dalton VidorOrientador: Msc. Eng. Eletricista Dalton Vidor

INTRODUÇÃO (1 de 2)

Surgimento de novas

Tecnologias de Comunicação

Necessidade de controle/gestão

INFRA-ESTRUTURA

Qualidade de serviços para as

tecnologias

INTRODUÇÃO (2 de 2)

INFRA-ESTRUTURA

• Sistemas de alimentação elétrica

• Sistemas de aterramento e pára-raios

• Controle de temperatura

• Meios de transmissãoDesenvolvimen

to 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

R

C

LL R

G

R LL R

Condutor 1

Condutor 2

APROXIMAÇÃO

CjG

LjRZO

Impedância característica

C

LZO

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

B

1Dados a transmitir

Dados codificados

HDB3

+

-

0 0 0 0

V

0 0 0 0 0 0 0 0 011

1 B 0 0

1

0 0 0 0 0 0 B 0

1

1

1

V

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=2,1µsHá 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

DISPOSITIVO DESENVOLVIDO (2 de 2)

CIRCUITO PARA CASAMENTO

DE IMPEDÂNCIA

(75 OHMS)

µC PIC18F4520

MEMORIA MASSIVA – SD CARD - 2 Gb

SISTEMA DE COMUNICAÇÃO

REAL

DISPOSITIVO PARA

DETECCÇÃO DE FALHAS

RTC (RELÓGIO DE TEMPO REAL)

DISPOSITIVO DESENVOLVIDO

DETECÇÃO DE FALHAS

Multivibrador

MonoestávelRetrigável

V(t)V(t)

t

55,00Receiver

Diferencial

V(t) V(t)

t

2,375,00

-2,37

kkkxt

kxt

kxtkxt

kxtpFCextkxtpFCextnsTw

2024,19][Re

6,1145

111100][Re

][Re6,11100][Re45,010005,061100

][Re6,11][][Re45,0][05,06][

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

Seleção DispositivoPino CE

Envia endereço de memória desejado +

Leitura / Escrita

Envia ou recebe os dados seriais

1

2

3

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

µC PIC18F4520

MEMORIA MASSIVA – SD CARD - 2 Gb

DISPOSITIVO PARA

DETECCÇÃO DE FALHAS

RTC (RELÓGIO DE TEMPO REAL)

Pinos D1,D2 e D3

Pinos C2,C3,C4

e C5Schmitt Trigger

TIMER 1Pino C0

CONEXÃO SERIAL

Pinos C6 e C7

DISPLAY LCD 16X2

Porta B

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

OPERADORA TELEFONIA

Tx

MUX E1 – OPERADORA X

Rx

PABX ALCATEL-LUCENT OMNIPCX ENTERPRISE Módulo de Coleta

ALARME LOS

Tx

Rx

PABX SIEMENS HIPATH 3550

Módulo de Coleta

LoopTx

Rx

Módulo ISDNMódulo R2

ALARME LOS

ALARME SIA

SiemensAlcatel-Lucent

INTEGRAÇÃO COM SISTEMA REAL

Dispositivo conectado ao PABX Alcatel-Lucent

Dispositivo conectado ao PABX Siemens

COMPARATIVO DOS RESULTADOS

Tela gerenciamento PABX Alcatel-Lucent

Eventos descarregados no dispositivo desenvolvido

RESULTADOS FINAIS

NÚMERO DE FALHAS OCORRIDAS NO PERÍODO

4

30

9

1

44

105

101520253035404550

17/11/2010 Contar 18/11/2010 Contar 19/11/2010 Contar

DATA

FALHA LOS

FALHA AIS

DURAÇÃO TOTAL DO DIA DAS FALHAS OCORRIDAS (hh:mm:ss)

0:00:10

0:02:000:01:44

0:03:34

0:04:44

0:03:34

0:00:00

0:00:43

0:01:26

0:02:10

0:02:53

0:03:36

0:04:19

0:05:02

17/11/2010 Total 18/11/2010 Total 19/11/2010 Total

DATA

FALHA LOS

FALHA AIS

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,2008PINES, José; BARRADAS, Ovidio César Machado - Sistemas Multiplex - 2a. Ed. – Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, 1978LATHI,P.B.. Sistemas de Comunicação 1a. Ed - Rio de Janeiro: Editora Guanabara, 1987KRAUS, John D. – Eletromagnetismo – 2ª. Ed. – Rio de Janeiro: Editora Guanabara,1986ROCHOL, 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: 10/10/10ITU-T (“Telecommunication Standardization Sector of ITU”). “G.775 - Loss of Signal(LOS), Alarm Indication Signal (AIS) and Remote Defect Indication (RDI) defectdetection and clearance criteria for PDH signals”. Genebra, 1998. Disponível em:< http://www.itu.int/ITU-T/publications/recs.html> Acesso em: 10/10/10Technical 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: 10/2010Technical 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

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OBRIGADO!!!OBRIGADO!!!

André Martins de OliveiraAndré Martins de Oliveira

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