Wireless Communication Techniques and Methodology for Functional Safety in Industry

• ZUZENDARIAK: Iñaki Val Beitia & Pablo Angueira Buceta
• UNIBERTSITATEA: UPV-EHU

LABURPENA

Tesi honek industria-inguruneetan haririk gabeko hedapenak segurtasun sistemetako komunikazioetan (safety) duen eragina aztertzen du. Safety aplikazioak estandarizatzen dituen araudiak ezarritako baldintza zorrotzen gogobetetzea aztertzeko metodologia bat jorratzen du tesiak. Industria-inguruneetan hari gabeko kanalaren baldintza zailei aurre egitean, helburu horrek erronka handia planteatzen du. Safety-sistemen ingeniariek eta diseinatzaileek haririk gabeko inguruneak bere izaeragatik ezartzen dituen degradazioaz eta arazo berriez jabetu behar dute. Hari gabeko komunikazioak sistemaren ekoizpenerako, sistema erabiltzen duten pertsonentzat edo haren ingurunerako arriskutsuak izan daitezkeen egoeren kausa ez direla bermatu nahi da.

Safety aplikazioak estandarizatzeko dauden araudiak oso errotuta daude hainbat industria-sektoretan. Horri buruzko araudi eta dokumentazio arautzaile ugari dago, eta horietako bakoitzak hainbat aplikazioegoera definitzen eta zehazten ditu. Gainera, araudi horren alderdi garrantzitsu bat etengabe aldatzen ari dela da. Estandar gehienak sistema kableatuetan oinarritutako hasierako definizio batetik abiatzen dira; sistema horiek, bestalde, egungo sistema gehienak dira. Sistema kableatu horiek haririk gabeko sistemek baino errendimendu askoz handiagoa dute, nahiz eta azken horien abantaila guztiak falta dituzten, hala nola malgutasuna, mantentzea, eskalagarritasuna, etab. Bestalde, safety-rako haririk gabeko sistemen karakterizazioa esploratu beharreko eremua da. Karakterizazio egoki batek, metodologia zehatz bati jarraiki, safety osotasunaren mugak (SIL - Safety Integrity Levels) betetzen dituzten sistemak diseinatzeko jarraibideak ahalbidetu diezazkieke ingeniariei, horixe baita aplikazio baten safety errendimendua sailkatzeko irizpide nagusia.

Doktorego-tesi honetan safety araudi nagusiak errepasatzen dira, komunikazioen karakterizazioan paper garrantzitsua betetzen dutenengan arreta berezia jarriz. Safety karakterizazio-metodologiak identifikatzen dira komunikazio horietan, komunikazioaren segurtasun-geruzen ebaluazioa nabarmenduz (SCL - Safety Communication Layer). Protokoloen stackaren barruko aparteko geruza horiek gertaera arriskutsuen agerpena mugatzeko kontraneurrien multzo batek osatzen ditu.

Lanak mezuen osotasuna identifikatzen du, segurtasun-funtzio bat (SIF - Safety Instrumented Function) safety ikuspegitik baliozkotzeko arazo nagusi gisa. Osotasuna babesteko tresna nagusiak berrikusten eta aztertzen dira, baita horien errendimendua ezaugarritzeko metodoak ere. Hari gabeko inguruneak CRC (Cyclic Redundancy Check) kodeek trama ustelak detektatzeko duten gaitasunean duen eragina aztertzen da. Degradazio hori kontuan hartu behar da segurtasun-geruza bat zehazten denean. CRCetan oinarritutako sistemen errendimendua hobetzeko asmoz, eskema erredundanteak erabiltzeko aukera aztertzen da, helburu bikoitzarekin . Alde batetik, sistemari SIL muga batzuk asetzeko adinako osotasuna ematea. Eta, bestetik, ez utzi alde batera segurtasun funtzionalarenbeste alderdi batzuk (safety funtzio funtzionala), hala nola fidagarritasuna eta erabilgarritasuna.

Tesiak SCL geruza generiko batean aurki daitezkeen gainerako kontraneurrien karakterizazioa ere hartzen du. Haririk gabeko inguruneak horietan guztietan duen eragina aztertzen da. Ebaluazio hori bi urratsetan egiten da. Lehenengoak, sinpleagoa, SCLak banda estuko sistema baten gainean duen errendimendua aztertzen du. Eta beste bat, konplexuagoa: sistemak OFDM modulazio-eskema bat erabiltzen du, eta, bertan, hainbat perturbazio hartzen dira kontuan, hala nola denbora-dispertsioa, desegite selektiboak eragiten dituena. Gainera, kodetzearen onura SIFen gertaera arriskutsuak ekar ditzaketen kasu jakin batzuk konpontzeko tresnatzat hartzen da. Metodologia horrek aukera emango luke ezaugarri horiek dituen sistema baten safety errendimendua ezaugarritzeko.

Tesiak eredu analitikoekin laguntzen du, baita laborategiko maketen gaineko azterketa enpirikoekin ere. Azterketa enpiriko horien artean, National Institute of Standards and Technology (NIST) erakundean egindako azterlan bat dago. Bertan, SCL geruza bat aztertu eta integratzen da elkarlaneko roboten maketa industrial batean. Proba horien bidez, agerian geratu da SCLak industria-inguruneetan integratzeko arazoren bat dagoela, hala nola eskuragarritasunaren eta safetyaren arteko erlazioa, edo safetybetekizun zorrotzak dituzten aplikazioetan hari gabeko sistemekin lotutako latentzia-arazoak.