UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DIRETORIA DE PESQUISA PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DIRETORIA DE PESQUISA PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA Período: Dezembro/2012 a Fevereiro/2013 ( X ) PARCIAL ( ) FINAL RELATÓRIO TÉCNICO-CIENTÍFICO IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO Título do Projeto de Pesquisa: Sistemas e dispositivos para comunicações na banda Óptica e milimétrica. Nome do Orientador: João Crisóstomo Weyl Albuquerque Costa Titulação do Orientador: Doutorado em Engenharia Elétrica UNICAMP Faculdade: Faculdade de Engenharia da Computação Unidade: Instituto de Tecnologia Laboratório: Laboratório de Eletromagnetismo Aplicado LEA Título do Plano de Trabalho: Automação de Simulações do Software VPItransmissionMaker para sistemas com aplicações em redes de altas velocidades. Nome do Bolsista: Alexandre van der Ven de Freitas Tipo de Bolsa: ( ) PIBIC/CNPq (x) PIBIC/UFPA ( ) PIBIC/INTERIOR ( ) PIBIC/FAPESPA ( ) PARD ( ) PARD renovação ( ) Bolsistas PIBIC do edital CNPq 001/2007

2 INTRODUÇÃO As redes de computadores são um dos maiores avanços no ramo de telecomunicações do século passado a qual manteve o mundo mais unido, possibilitando a troca de informações de maneira mais rápida e eficiente. A demanda para telecomunicações é incessante, sempre exigindo meios mais eficientes e baratos com alta qualidade. Com o advento da internet, países e continentes foram se interligando através de grandes redes. Tais interligações foram feitas, a nível físico, através de grandes cabos Ópticos submarinos, os quais a fibra Óptica, o material utilizado, possui um desempenho excelente para transmissão de dados. O sucesso da fibra é tão grande que já há tecnologias que as empregam cada vez menores e local. Para que tais avanços continuem, faz-se necessário o estudo de novas metodologias que supram esta demanda para o projeto de redes que sejam capazes de se adaptar aos novos paradigmas que são maior capacidade de transferência de dados e maior velocidade. Estas metas serão alcançadas também com o surgimento de novos componentes que possibilitam a realização destas novas metodologias. JUSTIFICATIVA As redes WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network) estão cada vez mais presentes no cotidiano devido a seu grande sucesso. Estas podem ser empregadas em todos os tipos de redes de computadores, sendo que atualmente são mais comumente empregadas em grandes redes, mas cada vez mais estão ganhando espaço entre as LANs, redes de chão de fábrica, sensores e outros. Tudo graças a larga capacidade de banda e imunidade a interferências eletromagnéticas que a fibra Óptica possui. Algumas soluções e propostas de redes estão presentes sejam em fase de estudo ou consolidadas como produtos no mercado. Entretanto, a busca por soluções mais práticas, versáteis e de fácil instalação e funcionamento é constante. Soluções exploradas neste projeto apresentam como vantagens o monitoramento em tempo real dessas redes, como já citados a larga capacidade de banda e material imune a interferência eletromagnética, material de baixo custo, baixa atenuação o que caracteriza a mínima necessidade de componentes repetidores, altamente seguro contra espionagem indesejada de sinal, ausência interferências Crosstalk entre fibras em um mesmo cabo, pouca distorção de sinal, baixo consumo de energia e grande resistência elétrica, podendo ser seguramente utilizadas perto de equipamentos com grande voltagem. A proposta do projeto é de criar, simular e testar diversos protótipos de Redes WDM-PON inserindo e avaliando diversas técnicas e tecnologias, é bastante relevante uma vez que necessita de várias áreas de conhecimentos dentro de Engenharia da Computação e Elétrica, tornando-se um projeto multidisciplinar além de ter um caráter prático muito importante, pois visa uma realidade no mercado de telecomunicações.

3 OBJETIVOS Os objetivos iniciais do projeto são: Fundamentar uma base teórica acerca do estudo sobre redes WDM-PON. Fundamentar uma base teórica acerca da linguagem de programação Tcl. Automatizar simulações do software VPItransmissionMaker. MATERIAIS E MÉTODOS A metodologia empregada nesse trabalho inclui o estudo de literatura científica acerca dos fundamentos relacionados a redes WDM-PON e linguagem de programação Tcl (Tool Control Language). Pretende-se automatizar as simulações através do próprio VPItransmissionMaker e possivelmente incluindo o MATLAB e IDEs de Tcl e Python. O bolsista de iniciação científica será supervisionado por um doutorando que trabalha na mesma área de interesse. TEORIA E RESULTADOS Incialmente fui responsável em auxiliar nos projetos em geral de todos os pesquisadores do LEA que trabalham com o VPItransmissionMaker. Durante os estudos inicias utilizando a documentação do software, informações sobre um script de controle e automação para o software fora referenciados, e após ter reportado sobre a existência do mesmo para o orientador, devido a grande demanda de automação de simulações para que o processo seja agilizado, fiquei responsável sobre o estudo do mesmo. O estudo da linguagem Tcl, a qual é usada na automação do VPItransmissionMaker, inclui as seguintes etapas de subprojeto: estudar a aplicação de Tcl no VPItransmissionMaker (1), escrever um manual de utilização que ajudará a aplicação desta automação nas simulações de maneira fácil e rápida (2), automatizar qualquer projeto necessário baseado em todos os conhecimentos adquiridos (3). Durante a primeira etapa, foram estudadas diversas aplicações para os scripts. Essas aplicações seguem listadas: Uma simulação pode ser executada até que um objetivo seja atingido. Dados das simulações podem ser extraídos e enviados para um arquivo externo. Em forma de arquivo de texto ou de banco de dados. Dados podem ser extraídos de arquivos externos e inseridos nas simulações.

4 Parâmetros podem ser varridos de todas as formas. Rotinas de otimização podem ser implementadas a uma simulação. Dados de simulações podem ser manipulados. Programas externos podem ser chamados, por exemplo, a já conhecida cosimulação. Diálogos interativos podem ser criados para controlar e prover retorno de informações sobre os estados de simulações de múltiplas execuções. O exemplo mais básico de automação de simulações e o primeiro a ser estudado, foi o controle do comando run através de seus parâmetros e loops. O comando run é o mais básico possível encontrado nesses scripts, pois ele é o gatilho de toda uma simulação. Por padrão, todo esquemático construído possui um comando run 1, o qual se traduz executar simulação somente uma vez. É obrigatório que toda simulação possua pelo menos este comando em seu script. A sintaxe geral do comando run é a seguinte: run n i m Onde i é o número atual da rodada, n é o número de execuções nesta rodada e m é o número total de rodadas. Deve-se lembrar que todos os parâmetros a, excluindo-se o parâmetro n, são opcionais. Aplicando o comando run em um loop for para obter o controle completo da execução da simulação temos a seguinte sintaxe, por exemplo: #Isto e um comentario. for {set i 0 {$i < 5 {incr i 1 { run 1 $i 5 Onde o comando set é utilizado para atribuir um valor a uma variável independentemente do tipo de dado atribuído. Para acessar o valor atribuído a variável, colocamos $ em frente ao nome da variável. incr neste caso significa incremento da variável i de uma unidade. Tipicamente um loop incluiria um comando setstate para mudar um parâmetro da simulação, além de outras estruturas de controle de script e da simulação em si. Sua sintaxe é definida a seguir: setstate nome-do-módulo setstatename valor

5 Este comando muda valores de um módulo presente na simulação. Podemos usar um sufixo init no final de sua sintaxe para parâmetros voláteis e também para reinicializar um módulo. Para alterarmos um parâmetro global de uma simulação, basta trocar o parâmetro nomedo-módulo por this, o qual referencia o universo atual da simulação em que o comando está sendo aplicado. Porém, antes que um parâmetro global possa ser acessado, o mesmo deve ser inicializado através do comando a seguir: intialize this statename Mais uma vez this está referenciando uma variável global no universo atual da simulação. Durante uma simulação, vários valores diferentes de parâmetros são recalculados, e muitas vezes esta sincronia é perdida na relação entre módulos destas simulações ou na relação com o script de controle. Para solucionar este problema se tem o comando calcstate o qual possui duas formas: a primeira para recalcular o estado de um parâmetro global, e outra para recalcular o estado de um parâmetro em um módulo. As sintaxes são ilustradas a seguir: calcstate parâmetro calcstate módulo parâmetro Muitas vezes na automação de simulações se faz necessário a leitura de arquivos externos. Um comando simples para ler um código no formato.tcl encontrado em algum lugar no sistema de diretórios é ilustrado abaixo: source path/file Outra sintaxe importante para a execução de um script Tcl fluir são as estruturas de controle. Em Tcl também é usado a estrutura padrão de controle de fluxo. Seguem exemplos bem básicos devido a pequenas diferenças de sintaxe em comparação com a maioria das outras linguagens de programação: while {$var < 5 { <código> if {$var > 1 { <código1> else if {$var < 0 { <código2> else { <código3>

6 Muitas vezes na automação de simulações é necessário que no processo de manipulação de dados haja a leitura de entrada de dados, mais comumente neste caso de estudo os parâmetros, provenientes de arquivos externos e de criar e escrever dados em arquivos externos que terão diversas utilidades mais tarde. Estes dados podem ser lidos ou escritos em diversos formatos de arquivos, tendo como os mais recomendados e frequentemente utilizados.txt para documentos de texto e.dat para banco de dados. Abaixo, seguem um exemplo de como se escreve dados em um arquivo externo, e outro de como se lê arquivos de uma fonte externa respectivamente: set var 3 set filename c:/vpi/file.dat set fileid [open $filename w] puts $fileid $var close $fileid O arquivo é aberto no modo de escrita, o qual indica que todos os seu conteúdo prévio e descartado. Se o usuário quiser somente adicionar dados deve usar o modo a. A variável é referenciada entre aspas simples indicando que deve ser escrito uma string do dado contido nela. set filename c:/vpi/file.txt set var 0 set fileid [open $filename r] gets $fileid var close $fileid O arquivo acima é aberto no modo r para leitura. Um mecanismo importante que deve ser citado é como o script checa se chegou ao fim do arquivo lido através do comando eof, do inglês End of file, ou fim do arquivo. if {[eof $fileid] { close $fileid A cosimulação como já foi citada neste documento, é uma ferramenta essencial para a análise das simulações feitas no VPItransmissionMaker. Podemos assim, também chamar um software externo ao VPItransmissionMaker através de um simples comando do script: exec aplicação $file -?sync? Obs: estruturas entre? dos comandos aqui exemplificados são consideradas opcionais. -sync define em qual regime esta aplicação será executada. Se for especificada no modo síncrono o script espera para a aplicação externa terminar sua execução e depois continuar

7 a sua rotina. Mas se omissa, no modo assíncrono, o script continua rodando paralelamente com a aplicação externa. A seguir segue um exemplo: exec matlab /r mfile /automation exec python c:/vpi/vpi_script.py Para acessar arquivos anexados em um esquemático usamos o comando: path expand path/filename O comando converte o arquivo de referência codificado para futuramente ser usado junto com outros comandos a exemplo de open, souce, visualize, etc. Todos as técnicas de programação foram testadas em exemplos do VPItransmissionMaker e comprovadas que aplicadas de maneira devida funcionam com excelência. CONCLUSÃO Baseado nesses estudos sobre o script em linguagem Tcl do VPItransmissionMaker, podemos concluir que possui todas as tecnologias possíveis para obter resultados satisfatórios no processo de automatização de simulações de redes Ópticas. Sendo assim podendo alterar parâmetros, controlar quantas vezes uma simulação pode ser executada, inserir dados através de arquivos externos ou escrever os resultados obtidos durante a noite, por exemplo, para poder analisa-los no outro dia. Além de poder executar scripts do MATLAB e Python de maneira síncrona ou assíncrona, fazendo o trabalho de pesquisa muito mais fácil e prático com o auxílio da automação dos diversos processos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] VPItransmissionMaker/VPIcomponentMaker Developer Guide VPIphotonics [2] Optical WDM Networks Optical Network Series 1 st edition Springer Biswanath Mukherjee, University of California, Davis PARECER DO ORIENTADOR DATA: 23 / 02 /_2013 ASSINATURA DO ORIENTADOR ASSINATURA DO ALUNO

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