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)
Qualidade de
serviços para as
tecnologias
Surgimento de
novas Tecnologias
de Comunicação
INFRA-ESTRUTURA
Necessidade de
controle/gestão
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
R
L
L
R
Condutor 1
G
R
C
L
L
R
Condutor 2
Impedância característica
ZO 
R  jL
G  jC
Se R e G -> 0
ou
j-> INFINITO
ZO 
L
C
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
1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
+ 1
-
B 0 0 V
1
0 0 0 0 B 0 0 B 0
1
V
Dados a transmitir
Dados codificados
HDB3
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
DISPOSITIVO DESENVOLVIDO (2 de 2)
SISTEMA DE
COMUNICAÇÃO
REAL
DISPOSITIVO
DESENVOLVIDO
CIRCUITO PARA
CASAMENTO
DE
IMPEDÂNCIA
(75 OHMS)
DISPOSITIVO
PARA
DETECCÇÃO
DE FALHAS
RTC
(RELÓGIO DE
TEMPO REAL)
MEMORIA
MASSIVA – SD
CARD - 2 Gb
µC PIC
18F4520
DETECÇÃO DE FALHAS
V(t)
V(t)
2,37
-2,37
t
Receiver
Diferencial
5,00
V(t)
V(t)
5,00
Multivibrador
t
5
Monoestável
Retrigável
Tw[ns]  6  0,05 Cext[ pF]  0,45 Re xt[k]  Cext[ pF]  11,6  Re xt[k]
MONOESTÁVEL - Cálculo do
resistor e capacitor com
base em uma largura de
pulso desejada de 1100ns
1100 6  0,05100 0,45 Re xt[k] 100 11,6  Re xt[k]
1100 11
Re xt[k] 
45  11,6
Re xt[k]  19,24k  20k
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
1
Seleção Dispositivo
Pino CE
2
Envia endereço de
memória desejado +
Leitura / Escrita
3
Envia ou recebe os
dados seriais
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
RTC
(RELÓGIO DE
TEMPO REAL)
DISPOSITIVO
PARA
DETECCÇÃO
DE FALHAS
Pinos
D1,D2 e D3
TIMER 1
Pino C0
µC PIC
18F4520
CONEXÃO
SERIAL
Pinos C6
e C7
Porta B
DISPLAY LCD
16X2
Pinos
C2,C3,C4
e C5
Schmitt
Trigger
MEMORIA
MASSIVA – SD
CARD - 2 Gb
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
Módulo ISDN
Módulo R2
Tx
Loop
Rx
Tx
Tx
Rx
PABX ALCATEL-LUCENT
OMNIPCX ENTERPRISE
MUX E1 – OPERADORA X
Módulo de Coleta
Rx
Módulo de Coleta
ALARME SIA
ALARME LOS
ALARME LOS
OPERADORA
TELEFONIA
PABX SIEMENS HIPATH
3550
Alcatel-Lucent
Siemens
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
NÚMERO DE FALHAS OCORRIDAS NO PERÍODO
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
44
30
Quantitativo
FALHA LOS
FALHA AIS
9
4
1
17/11/2010 Contar
1
18/11/2010 Contar
19/11/2010 Contar
DATA
DURAÇÃO TOTAL DO DIA DAS FALHAS OCORRIDAS
(hh:mm:ss)
0:05:02
0:04:44
0:04:19
0:03:36
Qualitativo
0:03:34
0:03:34
0:02:53
FALHA LOS
0:02:10
0:02:00
0:01:26
0:01:44
0:00:43
0:00:00
0:00:10
17/11/2010 Total
18/11/2010 Total
DATA
19/11/2010 Total
FALHA AIS
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