Eduardo Paciência Godoy 1 Rafael Vieira de Sousa 2 Arthur José Vieira Porto 3 Ricardo Yassushi Inamasu 4

Transcrição

1 PROGRAMA COMPUTACIONAL PARA SIMULAÇÃO DE REDES CAN APLICADAS EM MÁQUINAS AGRÍCOLAS Eduardo Paciência Godoy 1 Rafael Vieira de Sousa 2 Arthur José Vieira Porto 3 Ricardo Yassushi Inaasu 4 RESUMO O trabalho apresenta o desenvolviento de u prograa coputacional de siulação para auxiliar a definição e o diensionaento de parâetros de configuração para o projeto de rede ebarcada baseada no protocolo CAN (Controller Area Network) e na nora ISO As etapas desse desenvolviento baseia-se na elaboração de u odelo do enlace de dados da rede a partir da pesquisa e sisteatização de equações ateáticas e na proposta de ua etodologia de análise a partir da definição de parâetros fixos e variáveis da rede. É construído u abiente coputacional de siulação que ipleenta o odelo e a etodologia de análise. Deonstra-se a funcionalidade do prograa através da análise de ua rede CAN aplicada e u robô agrícola óvel. A aplicação do prograa coputacional perite estudar o desepenho da rede CAN sob configurações de equipaentos e parâetros de configuração diferenciados para aplicações e áquinas agrícolas. Palavras chaves: rede CAN, análise de desepenho, ISO PROGRAM FOR SIMULATION OF CAN-BASED NETWORKS APPLIED IN AGRICULTURAL MACHINERY ABSTRACT This work presents the developent of a coputational siulation progra to support the selection of the configuration paraeters for the project of ebedded networks based on CAN (Controller Area Network) and ISO standard. The stages of this developent are the odeling of the network data link based on the research and systeatization of atheatical equations and the proposal of a ethodology of analysis for selecting soe paraeters of the network. A siulation coputational environent is built for ipleenting the odel and the ethodology. The functionality of the progra is verified through the 1 Eng de Controle e Autoação, Bolsista de Mestrado CAPES. epgodoy@yahoo.co.br. 2 MSc. Eng. a Mecânica, Bolsista de Doutorado Fapesp. 3 Prof. Titular Departaento de Engenharia Mecânica. 4 Dr. Eng. a Mecânica, Pesquisador da Ebrapa Instruentação Agropecuária de São Carlos SP. 1,2,3 Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo.

2 Prograa coputacional para siulação de redes CAN aplicadas e áquinas agrícolas 37 analysis of a CAN-based network designed for a obile agricultural robot. The application of the software allows the perforance analysis of the CAN-based networks under differentiated equipent and configuration paraeters for applications in agricultural achinery. Keywords: CAN-based network, network perforance analysis, ISO INTRODUÇÃO Modernas arquiteturas distribuídas de autoação são caracterizadas por redes de counicação entre dispositivos de capo, usualente conectadas através de u barraento de counicação, chaado de fieldbus. E sisteas de controle e autoação deste tipo, a instruentação é constituída por dispositivos sensores e atuadores co diversas funções, capazes de executar processaento local e counicar-se entre si. Os benefícios tecnológicos e funcionais obtidos através da utilização de barraentos de capo faze dessa solução ua das tecnologias do estado da arte e instruentação e controle. De acordo co Farsi et al. (1999), entre as vantagens da utilização deste tipo de arquitetura distribuída ou tecnologia fieldbus, pode-se citar: Quantidade reduzida de cabeaento da rede; Menor tepo de instalação e aior robustez do sistea; Flexibilidade e facilidade para apliação do sistea; Disponibilidade e viabilidade econôica. Nesse contexto, há diversas possibilidades, entre elas o CAN Controller Area Network que é u protocolo de counicação serial digital aplaente utilizado na indústria para integração de dispositivos (OTHMAN et al., 2006). Aplicações tê deonstrado que a rede CAN oferece boas propriedades para transissão de ensagens co requisitos teporais (LIAN et al., 2001). O protocolo CAN apresenta iportância crescente e aplicações agrícolas (AUERNHAMMER, 2004). A crescente utilização do protocolo CAN na área agrícola é confirada e Suvinen e Saarilahti (2006) e Auernhaer e Speckan (2006), e tabé para a realidade brasileira e Sousa (2002) e Guiarães (2003). Constatase, tabé, o esforço de instituições de pesquisa, associações de noras e de fabricantes de áquinas e ipleentos pela sua padronização. Atualente a nora ISO 11783, tabé denoinada ISOBUS, constitui o principal alvo de desenvolviento e ipleentação coo detalhado e Benneweiss (2005). Tipicaente, e sisteas de autoação e controle, as especificações requere que a atuação sobre o sistea controlado seja correta tanto do ponto de vista lógico coo tabé do ponto de vista teporal. E sisteas distribuídos baseados e redes de capo, coo a rede CAN, isto não é diferente, de odo que cada dispositivo conectado possui u nível de prioridade para acessar o barraento e u período de tepo (deadline) e que sua ensage deve ser transitida se que haja prejuízo Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

3 38 para o sistea de controle. Alé disso, ostra-se interessante a proposta de estudos para situações coo a presença de jitter no conjunto de ensagens (variabilidade do tepo édio de espera de ua ensage na fila de transissão) e o funcionaento da rede co alta carga de ensagens. Assi, para a ipleentação de aplicações e sisteas distribuídos é cou a pesquisa que busca desenvolver odelos e experientos para análise de desepenho (GODOY, 2007), de odo a peritir o diensionaento e a otiização do funcionaento do sistea distribuído. Os trabalhos Tindell e Burns (1994) e Tindell et al. (1995) tornara-se referências, coo o estado da arte e análise de redes baseadas no protocolo CAN. A partir destes trabalhos, diversas adaptações e variações desses étodos e equações de análise de rede CAN pode ser encontradas, coo análises de atraso (delay) de counicação e Upender e Dean (1996) e análises sob condições de erros e Punnekkat et al. (2000) para aplicações autootivas. Tabé, Jeon et al. (2001) apresenta u estudo de viabilidade de aplicação de ua arquitetura distribuída e u AGV (Autoated Guided Vehicles Veículo Auto-Guiado) e Santos et al. (2002) descreve ua análise de escalonabilidade de ensagens de ua rede para u helicóptero autônoo. Na área agrícola, Hofstee e Goense (1999) apresenta resultados referentes à siulação de operação de ua rede CAN, co parâetros baseados na nora ISO 11783, para ua configuração de trator e ipleento. Entretanto, apesar da utilização de odelos de análise de rede CAN estar presente e várias áreas de aplicação, não Godoy et al. há etodologias e ferraentas de análises para aplicações agrícolas baseadas nas abordagens propostas por Tindell e Burns (1994) e Tindell et al. (1995). Assi, orientando-se pelas necessidades citadas, apresenta-se o desenvolviento e a aplicação de ua etodologia de análise de rede CAN para áquinas agrícolas. A etodologia é ipleentada e u prograa coputacional de siulação para auxiliar o projeto e o diensionaento de parâetros de rede CAN, coo velocidade de transissão do barraento, taanho das ensagens de dados, esquea de prioridade das ensagens e período de aostrage dos dispositivos. O prograa coputacional é utilizado no projeto e análise de ua rede ebarcada baseada no protocolo CAN para integrar dispositivos de u robô agrícola óvel para aquisição de dados e Agricultura de Precisão (PORTO et al., 2003) 2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 CAN - CONCEITUAÇÃO Coo descrito e Sousa (2002) e e Guiarães (2003), o CAN é u protocolo de counicação digital serial, onde a counicação de dados é baseada e ensagens foradas por quadros de bits co deterinada função. Entre esses quadros de bits, existe o capo identificador (identifier) que caracteriza e define a prioridade de cada ensage. O valor do identificador de ua ensage e ua rede CAN é exclusivo e quanto ais baixo seu valor, aior será a prioridade da ensage. Os sinais elétricos digitais do CAN são representados pelo nível recessivo (nível lógico 1) e nível doinante (nível lógico 0), sendo eles sinais Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

4 Prograa coputacional para siulação de redes CAN aplicadas e áquinas agrícolas 39 diferenciais entre os dois fios do barraento (condutores CAN_H e CAN_L). O ecaniso de acesso ao eio é fundaentado no conceito CSMA/CD co NDA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection with Non-Destructive Arbitration), o que significa que os ódulos (nós CAN) possue acesso ao barraento co prioridades deterinadas. Ao verificar o status do barraento, os ódulos inicia a transissão de suas ensagens. De acordo co o valor do identificador, o ódulo co a ensage de prioridade enor cessa sua transissão e o ódulo co a ensage de aior prioridade continua enviando sua ensage deste ponto, se ter que reiniciála. Isto é realizado pelo processo de arbitrage bit a bit não destrutivo, ou lógica "E" por fios, quando dois ou ais ódulos inicia a transissão siultaneaente. Cada bit transitido é coparado, sendo que o doinante sobrepõe o recessivo. Dentre as especificações do protocolo CAN e relação à caada de enlace de dados, estão os dados relacionados aos foratos existentes do quadro de dados. São definidos dois foratos de quadros dados de ensage, onde a única diferença está no taanho do identificador, sendo CAN A Standard (ID 11 bits) e CAN B Extended (ID 29 bits) especificados segundo a Figura 1. Figura 1. Forato do Quadro de Dados de Mensagens CAN. Fonte: Adaptado de SOUSA, Os fundaentos do CAN são especificados por duas noras: a ISO e a ISO Abas especifica as características das caadas Física e de Enlace de Dados, respectivaente 1 e 2 do odelo rede de counicação OSI (Open Syste Interconnection) de 7 caadas. As deais caadas, (3 a 7), são especificadas por outros protocolos, relacionados a aplicações específicas, coo a ISO que é relacionado a aplicações agrícolas. 2.2 MODELO BASEADO EM E- QUAÇÕES MATEMÁTICAS O auento da utilização do CAN e soluções de counicação tepo real realça a iportância da realização de análises teporais e de desepenho (LIAN et al., 2001) para aplicações desse protocolo. O Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

5 40 tepo de transissão (R ) de ua ensage () e ua rede CAN (TINDELL et al., 1995), sob condições norais de operação, é definido pela equação (1). R = J + W + C (1) Onde o tero J representa o Jitter da ensage (variabilidade do tepo édio de espera de ua ensage na fila de transissão) e é deterinado epiricaente, utilizando-se J igual 0,1 s. O tero W representa o atraso na fila no pior caso (o aior tepo entre a inserção de ua ensage na fila de prioridades e o inicio de sua transissão) e o tero C representa o tepo gasto para se transitir ua ensage () fisicaente sobre o barraento. O forato do quadro de dados de ua ensage CAN conté ua largura de stuff (quantidade de bits consecutivos que pode ser transitidos co o eso valor 0 ou 1) de 5 bits e ua quantidade O de bits de overhead (requerido para verificação de erros e controle de transissão) por ensage, sendo que apenas u núero T desta quantidade O de bits de overhead está sujeito ao stuffing (capos não sujeitos ao bit stuffing na Figura 1: Deliiters CRC, Godoy et al. ACK e EOF). Assi, para cada u dos teros da equação (1) são definidas as equações (2), (3), (4) e (5), confore apresentadas e Tindell e Burns (1994) e aperfeiçoadas por Punnekkat et al. (2000). T + 8S 1 C τ. 4 = + O + 8S bit (2) onde T = Quantidade de bits de overhead sujeita ao bit stuffing; O = núero áxio de bits de overhead por ensage; S = taanho liitado da ensage () e bytes (taanho áxio de 8 bytes); bit = tepo necessário para transitir u bit sobre o barraento (encontrado de acordo co a velocidade de transissão de dados: 125k, 250k, 500k, 1M bps ou outra qualquer). Na Tabela 1 são identificados os valores das variáveis referentes à equação (2) para os tipos de ensage CAN que pode ser analisados. Tabela 1 - Valor das Variáveis da Equação (2) para os Tipos de Mensage CAN. Variável nas Valor da Variável para cada Tipo de Mensage Equações CAN 2.0 A Standard CAN 2.0 B Extended T O Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

6 Prograa coputacional para siulação de redes CAN aplicadas e áquinas agrícolas 41 W onde = B + j hp ( ) W + J + τ T j j bit. C j (3) hp () = conjunto de ensagens no sistea co prioridade aior que a ensage (); B = tepo de bloqueio no pior caso da ensage (); Tj = período de ua ensage (j); Jj = Jitter de ua ensage (j). onde B = ax ( C ) (4) k lp ( ) lp () = conjunto de ensagens co prioridade enor que a ensage (). (se a ensage () for a de enor prioridade, então B é zero). Os valores de C j, C k são obtidos da equação (2). k Para que a equação (3) possa ser utilizada, é necessária ua relação de recorrência, co valor inicial W 0 = 0, que resulta na equação (5). W n+ 1 = B + j hp( ) n W + J + τ T j j bit. C j (5) Para o caso de operação da rede CAN sob condições de erro, o tepo de transissão (R) de ua ensage (), apresentado e Tindell e Burns (1994) e aperfeiçoadas por Punnekkat et al. (2000) é definido pela equação (6). R = J + Q + C (6) Onde os teros J e C tê o eso significado coo apresentado anteriorente, e Q corresponde agora o tepo gasto por ua ensage na fila de espera, sob condições de erro, dado diretaente pela seguinte forulação de recorrência ostrada pela equação (7). n Q 1 + J j + τ n+ bit Q = B +. C j + E( Q + C j hp ( ) Tj ) (7) E(t) é ua função de recuperação de erro, que define o valor de bits de overhead de recuperação de erros que pode ocorrer nu intervalo de tepo (t), é definida pela equação (8). onde n error = núero de erros e seqüência que pode ocorrer e u intervalo arbitrário; E t t) = nerror + 1.(31. bit + ax ( Ck ) τ T K hp ( ) { } (8) error ( ) T error = período de ocorrência do erro. Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

7 42 Os valores de n error = 1 e = 100 s são definidos de acordo co os valores típicos de taxa de erro do CAN (TINDELL; BURNS, 1994) para utilização da equação (8). E cada erro o overhead de recuperação de erros pode ser auentado e 31 bits, seguido pela retransissão da ensage. Apenas ensagens de prioridade aior que a ensage () e ela esa pode ser retransitidas e atrasar a ensage (). A aior destas ensagens é deterinada pela equação (10). ax ( Ck ) ( ) { } K hp (10) Godoy et al. Para copletar o odelo de análise para rede CAN, fora analisadas equações para cálculo e otiização de taxa de utilização barraento, encontradas e Tipsuwa e Chow (2003), o qual apresenta etodologias de controle relacionadas co sisteas distribuídos. O conjunto de equações apresentado constitui u odelo ateático que pode ser utilizado para análises de redes CAN sob configurações e parâetros deterinados para aplicações agrícolas. 2.3 METODOLOGIA DE ANÁLISE Para a utilização do odelo ateático apresentado são evidenciados na Tabela 2 os tipos de parâetros que pode ser relacionados co aplicações agrícolas de fora a direcionar a utilização desse odelo ao estudo do coportaento da rede CAN e da influência de parâetros e diversas situações. Tabela 2 - Dados para a Utilização do Modelo Proposto. Dados de Entrada Dados de Saída Velocidade de Counicação (125K, 250Kbits/s ou outra) Versão CAN (CAN 2.0 A / CAN 2.0 B) Período de Aostrage das Mensagens dos Equipaentos Taanho (Bytes) das Mensagens dos Equipaentos Tepo de Transissão das Mensagens Taxa Utilização do Barraento Otiização / Siulação de Coportaento Definição do Esquea de Prioridades A partir da definição dos parâetros de entrada, as equações que define o odelo são utilizadas para obter os dados de saída apresentados na Tabela 2. Através da análise desses dados de saída pode-se deterinar se os parâetros de entrada conduze a u bo funcionaento da rede, ou senão, orientar ua nova escolha de entrada de dados. Essa escolha pode ser realizada de acordo co as especificações de ua nora da aplicação desejada (por exeplo, a ISO 11783). Essa estrutura iterativa origina ua Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

8 Prograa coputacional para siulação de redes CAN aplicadas e áquinas agrícolas 43 etodologia de análise de rede CAN, co u fluxograa de utilização ostrada na Figura 2. Figura 2. Fluxograa de Utilização da Metodologia de Análise. A etodologia de análise pode ser aplicada para estudo de viabilidade de ipleentação e do coportaento de redes CAN configuradas sob os parâetros fixados por noras de protocolo. Para o caso de ua rede CAN sob a nora ISO 11783, os dados que seria levados e consideração seria o de velocidade de transissão de 250Kbps, versão CAN 2.0 B para tipo de ensage, alé de outras características definidas pelas Partes 4 a 10 da nora citada. Para o caso da aplicação da rede ebarcada do robô agrícola óvel, citado na introdução, outros parâetros poderia ser testados e analisados. Ua proposta que surge co grande potencial, e que será realizada na próxia seção, é a siulação de coportaento da rede CAN para u deterinado conjunto de ensagens referente aos equipaentos que serão conectados na estrutura do robô agrícola óvel, confore ostrado na Figura 3, contribuindo para o diensionaento de parâetros e conheciento da utilização da rede CAN projetada. A ipleentação coputacional do odelo de equações ateáticas para o protocolo CAN e da etodologia de análise apresentados anteriorente representa ua tarefa necessária de odo a facilitar os trabalhos de análise e obtenção de dados de desepenho da rede CAN. Para essa ipleentação foi utilizado abiente de prograação LabVIEW 7.0 da National Instruents (NI, 2005) que possibilita o desenvolviento de ua interface gráfica interativa e facilita tarefas de anipulação de grande quantidade de dados. Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

9 44 Godoy et al. Figura 3. Estrutura do Robô Agrícola Móvel e Equipaentos Conectados pela Rede CAN. 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1 PROGRAMA DE SIMULAÇÃO O prograa coputacional desenvolvido é coposto basicaente por três telas de dados, sendo duas telas relacionadas à entrada de dados a ser realizada pelo usuário e ua tela referente à saída de dados que ostra os resultados da siulação. Essa divisão e telas de dados visa facilitar a visualização e a copreensão dos capos do prograa por parte do usuário. Outras características iportantes do prograa desenvolvido são funções coo validação dos dados de entrada (o que não deixa o usuário continuar a execução do prograa se existire dados de entrada incorretos) e geração de relatórios dos dados de saída (geração das tabelas de saída de dados e planilha eletrônica). As telas do prograa desenvolvido são ostradas na Figura 4 e Figura 5. Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

10 Prograa coputacional para siulação de redes CAN aplicadas e áquinas agrícolas 45 (a) Figura 4. Telas de Entrada de Dados do Prograa de Siulação de Rede CAN. (a) Entrada de Dados 1; (b) Entrada de Dados 2. Nas telas de entrada de dados da Figura 4 são definidos os parâetros de entrada, confore explicado na Tabela 2 da etodologia de análise, que serão utilizados pelo odelo de equações para gerar os dados de saída relacionados à rede CAN. Na tela Entrada de Dados 1, Figura 4(a), são definidas as configurações principais da rede (b) CAN coo: versão do protocolo CAN (CAN 2A, CAN 2B), núero de ensagens e velocidade de transissão do barraento. No caso do capo velocidade de transissão, pode ser selecionado ais de u valor para análise, sendo ele fixo ou definido pelo usuário. Na tela Entrada de Dados 2, Figura 4(b), de acordo co o núero de ensagens Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

11 46 selecionado anteriorente, são definidos os capos que descreve o conjunto de ensagens da rede. Para cada ensage são requeridos os seguintes dados: descrição da Godoy et al. função, quantidade de bits de dados (Data field capo de dados), prioridade e o período de aostrage (T) e s. Figura 5. Tela de Saída de Dados do Prograa de Siulação de Rede CAN. Na tela de Saída de Dados, Figura 5, são ostrados os resultados obtidos para a siulação da rede CAN. Resultados coo o tepo de transissão das ensagens para condições norais e condições de erro de transissão são ostrados. Tabé são ostrados os dados sobre taxas de utilização, sendo que a taxa utilização de ensagens é calculada utilizando o núero de bits (bytes) de dados e ua ensage CAN e a taxa de utilização do barraento é calculado utilizando o núero total de bits (bytes) e ua ensage CAN incluindo bits de overhead. Os dados sobre valor para otiização da taxa de utilização do barraento corresponde ao valor pelo qual se pode dividir todos os períodos de aostrage das ensagens para otiizar e atingir a taxa de utilização áxia (100%) do barraento co o cupriento dos requisitos teporais das ensagens. 3.2 ANÁLISE PARA O ROBÔ A- GRÍCOLA MÓVEL De fora a exeplificar a utilização da etodologia de análise e do prograa coputacional de siulação para redes CAN são consideradas três siulações co parâetros de entrada diferentes para o robô agrícola óvel citado. Para isso, é proposto o conjunto de ensagens e parâetros preliinares descritos na Tabela 3 referentes aos dispositivos ilustrados na Figura 3. Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

12 Prograa coputacional para siulação de redes CAN aplicadas e áquinas agrícolas 47 Tabela 3 - Caracterização do Conjunto de Mensagens da Rede CAN do Robô Agrícola. Nº Descrição das Mensagens Dados Período T (s) 1 Controle do Motor de Propulsão Controle do Motor de Propulsão Controle do Motor de Propulsão Controle do Motor de Propulsão Controle do Motor de Guiage Controle do Motor de Guiage Controle do Motor de Guiage Controle do Motor de Guiage Velocidade / Encoder do Motor de Propulsão Velocidade / Encoder do Motor de Propulsão Velocidade / Encoder do Motor de Propulsão Velocidade / Encoder do Motor de Propulsão Deslocaento Angular do Motor de Guiage Deslocaento Angular do Motor de Guiage Deslocaento Angular do Motor de Guiage Deslocaento Angular do Motor de Guiage Conjunto de Sensores Ultra-so Lado Direito Conjunto de Sensores Ultra-so Lado Esquerdo Posicionaento GPS Localização Bússola Digital Dados Processados da Câera de Navegação Controle do PC Industrial Ebarcado Para a realização dessas siulações, fora considerados os seguintes parâetros de entrada: velocidades de transissão do barraento de 125 e 250 kbps, versão CAN 2B (ID 29 bits) e configuração de prioridades das ensagens de acordo co a coluna (Nº) da Tabela 3. Essa configuração de prioridades (orde) das ensagens foi deterinada, selecionando-se aior prioridade para ensagens de controle e co aostrage ais rápida. Para o caso específico do robô agrícola óvel, os prieiros resultados obtidos co os dados de entrada da Tabela 3 são ostrados nas Tabelas 4 e 5. Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

13 48 Godoy et al. Tabela 4 - Tepo de Transissão para o Conjunto de Mensagens da Rede CAN. Nº Quant. de bits Caracterização do Conjunto de Mensagens Prioridades Período/ Deadline (s) Tepo de Transissão R (s) Condições Norais Veloc. 125 kbps Veloc. 250 kbps Tepo de Transissão R (s) Condições de Erro Veloc. 125 kbps Veloc. 250 kbps ,18 1,14 3,23 1, ,98 1,54 4,03 2, ,78 1,94 4,83 2, ,58 2,34 5,63 2, ,38 2,74 6,43 3, ,18 3,14 7,23 3, ,98 3,54 8,03 4, ,78 3,94 8,83 4, ,58 4,34 9,63 4, ,38 4,74 10,43 5, ,18 5,14 11,23 5, ,98 5,54 12,03 6, ,78 5,94 12,83 6, ,58 6,34 13,63 6, ,38 6,74 14,43 7, ,18 7,14 15,23 7, ,46 7,78 16,99 8, ,74 8,42 18,27 9, ,7 8,9 19,23 9, ,66 9,38 20,19 10, ,62 9,86 21,15 10, ,62 9,86 21,15 10,62 Total 238,68 120,44 264,62 133,41 - Tabela 5 - Valores de Otiização e Taxas de Utilização para a Rede CAN. Velocidade de Transissão do Barraento 125 kbps 250 kbps Taxa de Utilização de Mensagens 3,64% 1,82% Taxa de Utilização do Barraento 20,85% 10,43% Valor para Otiização da Taxa de Utilização do Barraento 4,7 9,4 Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

14 Prograa coputacional para siulação de redes CAN aplicadas e áquinas agrícolas 49 Na Tabela 4 são ostrados dados referentes aos tepos de transissão das ensagens, enquanto na Tabela 5 são ostrados dados referentes às taxas de utilização e valores para otiização da taxa de utilização. Coo pode ser visto na Tabela 4, os resultados ostra que o sistea de controle para a rede CAN do robô apresenta u tepo de resposta satisfatório para cuprir o requisito teporal de cada ensage, ou seja, o tepo de transissão de cada ua das ensagens, sob condições norais e de erro, é enor que o seu período de aostrage, não acarretando e sobreposição e perdas de ensagens transitidas. Esse fato deonstra a utilização do prograa para selecionar ua configuração de ensagens aceitável para o funcionaento do robô. Diante disso, conclui-se que existe viabilidade para a aplicação da rede CAN analisada ao controle do robô agrícola óvel. Isso é confirado pelos baixos valores referentes às taxas de utilização do barraento CAN ostrado na Tabela 5. Esses dados deonstra que o sistea apresenta capacidade para futuras conexões de equipaentos, auento da carga de dados (enviados por ensage) e auento do tráfego (núero) de ensagens na rede CAN. Para ua segunda siulação fora alterados os valores dos períodos de aostrage (T), de 50 s para 100 s, para os dispositivos 1 a 8 da Tabela 3. Co a definição desses parâetros fora obtidos os resultados ostrados na Tabela 6. Tabela 6 - Resultados obtidos para a Rede CAN na segunda siulação. Velocidade de Transissão do Barraento 125 kbps 250 kbps Taxa de Utilização de Mensagens 2,62% 1,31% Taxa de Utilização do Barraento 14,45% 7,23% Na tabela 6, os resultados da segunda siulação deonstra que o parâetro período de aostrage influi sobre os valores das taxas de utilização calculadas. Isso pode ser visto, por exeplo, para a velocidade de 250 kbps, onde o auento do período de aostrage acarretou ua diinuição da taxa de utilização do barraento de 10,43% para 7,23%. Para ua terceira siulação, fora alterados os valores das quantidades de bits de dados da ensage, de 16 para 64 bits, para os dispositivos 1 a 16 da Tabela 3. Co a definição desses parâetros, obtivera-se os resultados ostrados na Tabela 7. Tabela 7 - Resultados obtidos para a Rede CAN na terceira siulação. Velocidade de Transissão do Barraento 125 kbps 250 kbps Taxa de Utilização de Mensagens 12,86% 6,43% Taxa de Utilização do Barraento 32,37% 16,19% Tepo de Transissão do Conjunto de Mensagens / Condições Norais 176,12 s 192,93 s Tepo de Transissão do Conjunto de Mensagens / Condições de Erro 350,04 s 383,66 s Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

15 50 Os resultados da terceira siulação, ostrados na Tabela 7, perite identificar que o parâetro quantidade de bits de dados da ensage, alé de influenciar os valores das taxas de utilização calculadas, tabé influi sobre os valores dos tepos de transissão das ensagens na rede. Coo ostrado pelos dados referentes à velocidade de 250 kbps, o auento da quantidade de bits de dados acarretou u auento das taxas de utilização, de 10,43% para 16,19% para a taxa de utilização do barraento e de 1,82% para 6,43% para a taxa de utilização das ensagens. E relação ao tepo de transissão das ensagens na rede, o auento da quantidade de bits provocou u auento do tepo de resposta da rede. Coo pode ser visto para a velocidade de 125 kbps, o tepo de transissão total do conjunto de ensagens auentou de 120,44 s para 176,12 s para condições norais e de 238,68 s para 350,04 s para operação da rede sob condições de erro. Os baixos valores obtidos para a taxa de utilização do barraento (até 30%) pode ser explicados pelo fato de o sistea proposto apresentar baixo tráfego (núero) de ensagens e tais ensagens não tere períodos de aostrage críticos (tepo real: 5 a 10 s), coo encontrado, por exeplo, e aplicações autootivas. Sisteas co essas características pode apresentar taxas de utilização uitas vezes próxias de 100%, reafirando a iportância da utilização deste tipo de ferraenta. Ressalta-se que outros dados ou parâetros de entrada, diferentes dos alterados nas siulações ostradas anteriorente, poderia ser considerados para ua nova siulação. Entre eles estão os parâetros: Godoy et al. velocidades de transissão, configurações de prioridades para o conjunto de ensagens, versão do protocolo CAN. A siulação da rede CAN co a alteração destes parâetros de configuração origina dados que auxilia no projeto e diensionaento desses parâetros para o funcionaento otiizado da rede CAN analisada. 4 CONCLUSÕES A aplicação do prograa de siulação desenvolvido, segundo a etodologia de análise apresentada, origina dados que perite ao projetista estudar o desepenho e a influência dos parâetros de configuração de ua rede CAN sob configurações de equipaentos e parâetros diferenciados. Através da utilização desse prograa de siulação espera-se contribuir co o processo de desenvolviento e diensionaento dessas redes, be coo auxiliar na ipleentação da nora ISO coo padrão de counicação para redes ebarcadas e áquinas agrícolas. A utilização do abiente de siulação apresentado para o caso do robô agrícola óvel deonstra sua flexibilidade e potencial de aplicação, siplificando as tarefas de análises relacionadas à rede CAN e gerando inforações que auxilia o projetista no seu projeto e desenvolviento. AGRADECIMENTOS A Coordenação de Aperfeiçoaento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo apoio ao desenvolviento deste trabalho. Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

16 Prograa coputacional para siulação de redes CAN aplicadas e áquinas agrícolas 51 REFERÊNCIAS AUERNHAMMER, H. Off-Road Autoation Technology in European Agriculture - State of the Art and expected Trends. In: AUTOMATION TECHNOLOGY FOR OFF-ROAD EQUIPMENT, 7-8 October, Kyoto, Japan, ASAE International Conference, ASAE Publication #701P1004, p AUERNHAMMER, H.; SPECKMANN, H. Dedicated Counication Systes and Standards for Agricultural Applications. Chapter 7, Section 7.1 Counication Issues and Internet Use, ASAE CIGR Handbook of Agricultural Engineering. v. 7, p , BENNEWEISS, R.K. Status of the ISO11783 Serial control and counications data network standard. In: 2005 ASAE ANNUAL INTERNATIONAL MEETING, 2005, July, Tapa, Florida. ASAE paper No FARSI, M.; RATCLIFF, K.; BARBOSA, M. An overview of controller area network. Coputing and Control Engineering Journal, v. 10, n. 3, p , June, GUIMARÃES, A.A. Análise da nora ISO11783 e sua ipleentação no barraento do ipleento de u onitor de seeadora. Dissertação (Mestrado), Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, GODOY, E.P. Desenvolviento de ua Ferraenta de Análise de Desepenho de Redes CAN (Controller Area Network) para Aplicações e Sisteas Agrícolas f. Dissertação (Mestrado), Escola de Engenharia de São Carlos, USP, São Carlos, HOFSTEE, J.W.; GOENSE, D. Siulation of a CAN-based tractor-ipleent field bus according to ISO Journal of Agricultural Engineering Research, v. 73, n. 4, p , August, JEON, J.G.; KIM, D.W.; KIM, H.S.; CHO, Y.J.; LEE, B.H. An Analysis of Network- Based Control Syste Using CAN (Controller Area Network) Protocol. In: ROBOTICS & AUTOMATION, 2001, May, Seoul, Korea. Proceedings, Seul, Coréia do Sul. v. 4, p LIAN, F.L.; MOYNE, J.R; TILBURY, D.M. Perforance evaluation of control networks: Ethernet, Controlnet and DeviceNet. 2001, IEEE Control Systes Magazine, p NI National Instruents. Site da Epresa. Disponível e: < A- cesso e: nov OTHMAN, H.F.; AJI, Y.R.; FAKHREDDIN, F.T.; AL-ALI, A.R. Controller Area Network: Evolution and Applications. In: INTER-NATIONAL CONFERENCE ON INFOR-MATION AND COMMUNICATION TECH- NOLOGIES, 2, Proceedings..., Daasco, Síria: IEEE, V. 2, P PORTO, A.J.V; SOUSA, R.V., SILVA, A.R.Y., INAMASU, R.Y. Robô Agrícola Móvel (RAM): ua revisão das pesquisas recentes sobre sisteas de navegação autônoa de robôs e veículos agrícolas (CD ROM). In: CONGRESSO BRASILEIRO DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006

17 52 INFORMÁTICA APLICADA À AGRO- PECUÁRIA E AGROINDÚSTRIA, 4, 2003, Porto Seguro. Anais, Porto Seguro: SBIAgro, PUNNEKKAT, S.; HANSSON, H. A.; NORSTROM, C. Response Tie Analysis under Errors for CAN. In: REAL-TIME TECHNOLOGY AND APPLICATIONS, 2000, Washington, USA. Proceedings, Washington, EUA, p SANTOS, M.M.; STEMMER, M.R.; VASQUEZ, F. Schedulability Analysis of Messages in a CAN Network Applied to an Unanned Airship. In: INDUSTRIAL ELECTRONICS SOCIETY, 28, 2002, Noveber, Sevilha, Espanha. Proceedings, Seville, v. 3, p SOUSA, R. V. CAN (Controller Area Network): ua abordage para autoação e controle na área agrícola. Dissertação (Mestrado), Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, SUVINEN, A.; SAARILAHTI, M. Measuring the obility paraeters of forwarders using GPS and CAN bus techniques. Journal of Terraechanics, v. 43, p , TINDELL, K.; BURNS, A. Guaranteeing Message Latencies on Controller Area Network (CAN), In: CAN CONFERENCE, 1, 1994, Septeber, Mainz, Aleanha. Proceedings, Mainz, p TINDELL, K.; BURNS, A.; WELLINGS, A. Calculating Controller Area Network (CAN) Message Response Tie. Control Engineering Practice, v. 3, n. 8, p , Godoy et al. TIPSUWAN, Y., CHOW, M. Y. Control Methodologies in Networked Control Systes. Control Engineering Practice, v. 11, n. 3, p , UPENDER, B. P.; DEAN, A. G. Variability of CAN Network Perforance, In: CAN CONFERENCE, 3, 1996, Paris, França. Proceedings, Paris, França, p Revista Brasileira de Agroinforática, v. 8, n. 1, p.36-52, 2006