Defesa de Tese de Doutorado – Roger Daniel Francisco Ferreira – 29/8/2019
24/09/2019 15:21
| Defesa de Tese de Doutorado | |
| Aluno | Roger Daniel Francisco Ferreira |
| Orientador | Prof. Rômulo Silva de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC |
| Data
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29/8/2019 15h00 (quinta-feira)
Sala PPGEAS I (piso superior) |
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Banca |
Prof. Rômulo Silva de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC (presidente);
Profa. Mário Antônio Ribeiro Dantas, Dr. – DCC/UFJF; Prof. Marcos Fonseca Mendes, Dr. – UNIOESTE; Prof. Marcelo Ricardo Stemmer, Dr. – DAS/UFSC. |
| Título | Estudo sobre a Viabilidade de Implementar Aplicações de Proteção, Automação e Controle seguindo a Norma IEC 61850 em Ambiente Virtualizado com Respeito aos Requisitos Temporais |
| Resumo: Tecnologias de virtualização e middlewares de comunicação trazem uma nova perspectiva e um novo paradigma que podem ser aproveitados na implementação de sistemas industriais de uma maneira geral. O objetivo deste trabalho de doutorado é avaliar a viabilidade de implementar aplicações de Proteção, Automação e Controle (PAC) no caso de Sistemas Elétricos de Potência (SEP), conforme a norma IEC 61850, em ambiente virtualizado e ainda assim atender os requisitos temporais destas aplicações. Tal avaliação requer a proposta de uma arquitetura em camadas e implementação de uma aplicação PAC IEC 61850 em um ambiente virtualizado com o propósito de verificar o seu desempenho temporal e, desta maneira, elucidar a questão principal da tese. Foi utilizado o middleware de comunicação DDS e o estudo de caso de uma aplicação IEC 61850 típica. A primeira etapa do trabalho avalia a comunicação fim-a-fim a partir da camada do middleware de comunicação DDS, executando-se as aplicações de benchmark dos testes de desempenho da implementação OpenDDS. O ambiente de experimentação distribuído e virtualizado usado considera dois hosts físicos comuns conectados por uma rede simples. A camada de virtualização é realizada com KVM como hosted hypervisor com Linux Ubuntu e TinyCore como Guest-OS. Nessa avaliação inicial do middleware DDS, é definido um conjunto de cenários de teste combinando comunicações host–host, host-VM e VM-VM. Cada teste consiste na publicação de cerca de 11 mil mensagens de 250 bytes para cada um dos diferentes protocolos de transporte suportados pelo OpenDDS. O tempo de round–trip é medido para cada mensagem, derivando-se a respectiva latência e jitter. A segunda etapa do trabalho avalia a comunicação fim-a-fim da aplicação IEC 61850 do estudo de caso. Neste caso, a medição fim-a-fim da latência é feita a partir da aplicação desenvolvida com sincronismo de tempo NTP. A aplicação final, composta por 6 módulos, foi desenvolvida seguindo um método claro e objetivo. Os dois cenários de teste usados definem testes local e distribuído. No cenário local, todos os 6 módulos executam em um único host. No cenário distribuído, o sistema é particionado em 2 hosts e 4 VMs. Cada cenário de teste realiza um conjunto de 15 casos de teste definidos em 3 scripts. Um script para tempo de simulação de 20 ms, um para 10 ms e um para 2 ms. Para um sistema elétrico de potência de 50 Hz, isto significa 1 amostra por ciclo, 2 amostras por ciclo e 10 amostras por ciclo, respectivamente. Cada caso de teste é configurado para repetir 10 vezes. Os resultados obtidos são apresentados em formato tabular e gráfico. Os resultados preliminares do teste do DDS mostram que aplicação de tempo real leve com deadlines de até 1 ms poderiam executar no ambiente virtualizado proposto. O trabalho mostra que é razoável supor o potencial de executar aplicações de automação em um ambiente virtualizado e distribuído. Os resultados do estudo de caso, por outro lado, mostram a limitação da infraestrutura convencional utilizada. As latências máximas chegam a 20 ms e até 30 ms em alguns casos. Valores negativos mostram a limitação na utilização de sincronismo NTP para medir latência, devido a variações não conhecidas e não controladas do skew entre os relógios. O cenário local não tem esse problema, pois dependente unicamente do mesmo relógio. Por isso foi testado, podendo-se tomar as medidas de latência como uma referência de “valores verdadeiros”, ao menos sem o efeito de skew de relógio. A contribuição dessa tese é fornecer informações, baseadas na arquitetura de referência proposta e respectiva caracterização temporal, para engenheiros responsáveis pelo design de soluções de automação e pesquisadores. Dessa forma, eles podem começar a considerar e avaliar o uso de arquiteturas e tecnologias modernas de computação, particularmente de virtualização e middleware de comunicação, em novos projetos de Engenharia ou estudos de caso e investigações científicas mais específicas. | |
