Modelagem e simulação de redes de comunicação baseadas no protocolo CAN - Controller Area Network

Abstract

Uma grande tendência na área industrial tem sido a aplicação de tecnologias de redes de comunicação, como o protocolo CAN (Controller Area Network), como solução em sistemas de controle distribuído. O maior desafio no desenvolvimento de sistemas distribuídos baseados em redes industriais é o efeito dos atrasos de comunicação da rede no desempenho do sistema de controle. Este fato tem norteado o desenvolvimento de modelos e ferramentas de simulação para calcular esses atrasos, analisar o desempenho e simular o comportamento temporal desses sistemas. Sob este contexto, apresenta-se o desenvolvimento de um modelo matemático e de um modelo com Redes de Petri Coloridas para simulação de sistemas de controle distribuído baseados no protocolo CAN. Os modelos desenvolvidos apresentaram grande flexibilidade e potencial de aplicação, permitindo a obtenção de diversos parâmetros relacionados ao desempenho da rede e do sistema distribuído. Além disso, um caso de estudo referente à simulação de um sistema distribuído com rede CAN para um robô móvel permitiu evidenciar que os modelos desenvolvidos podem ser utilizados para a análise de qualquer aplicação de sistemas de controle distribuído com redes CAN.A major trend in industrial systems is the application of communication networks technologies, such as CAN (Controller Area Network), in distributed control systems. A challenging problem in the development of distributed system based on communication networks is the network delay effects in the performance of the system. This fact has motivated the development of simulation tools and models to calculate these delays, to simulate the timing behavioral and evaluate the performance of these systems. This work presents the development of a mathematical model and a Colored Petri Nets model to the simulation of CAN-based distributed systems. The flexibility and potential obtained with the developed models allow determining and analyzing several performance parameters related to communication network and the distributed control. An example of a CAN-based distributed system applied to perform the control of a mobile robot demonstrates the functionalities of the models and its applicability to the analysis of any CAN application.