Este trabalho propôs o desenvolvimento e a avaliação de uma metodologia com o propósito de identificar anomalias em redes de comunicação Profinet, muito utilizadas na automação de plantas industriais. A metodologia desenvolvida está fundamentada na análise das características de comunicação do protocolo Profinet e na identificação e classificação de padrões, sendo esta, uma das principais aplicações do uso de Redes Neurais Artificiais (RNA). As anomalias são identificadas por meio da análise do tráfego de rede Profinet em sua fase de operação. Tais anomalias podem ser desde defeitos comuns apresentados pelos equipamentos da rede e/ou tentativas de ataques a esta, que por sua vez, podem gerar instabilidade e mau funcionamento da unidade industrial que fazem parte. Para o desenvolvimento deste trabalho foram apresentados: o detalhamento do protocolo Profinet, os mecanismos de segurança mais utilizados atualmente, os tipos de sistemas de detecção de anomalias existentes e os principais tipos de ataques em redes de comunicação conhecidos na literatura. Alguns ensaios para a validação da metodologia foram realizados, utilizando-se uma infraestrutura de rede instalada em laboratório. Ensaios com diferentes tipos de equipamentos interligados em rede foram realizados e os resultados apresentados. Como resultado final, demonstrou-se que a metodologia utilizada obteve êxito na identificação da presença ou ausência de anomalias na rede, sendo que os resultados obtidos podem ser considerados satisfatórios e condizentes às expectativas desta dissertação. Concluiu-se então que a metodologia apresentada é factível e aplicável no meio industrial, podendo ser incorporada a uma ferramenta mais abrangente, como os analisadores de redes Profinet. / This work proposed the development and evaluation of a methodology in order to identify anomalies in Profinet communication networks, widely used in the automation of industrial plants. The methodology is based on an analysis of the communication features of the Profinet protocol and identifying and pattern classification, which is one of the main applications of the use of Artificial Neural Networks (ANN). The anomalies are identified by analyzing the Profinet network traffic in its operation phase. Such anomalies can be provided by common defects in equipment in the network and / or attempted attacks to this, which in turn can cause instability and malfunction of the plant forming part. In development of this work were presented: the details of the Profinet protocol, the security mechanisms most widely used, the types of anomalies detection systems and the main types of attacks on communication networks known in the literature. Some assays to validate the method were performed, using a network infrastructure installed in the laboratory. Tests with different types of networked equipment were performed and the results presented. The final result showed that the methodology was successful in identifying the presence or absence of anomalies in the network, and the obtained results can be considered satisfactory and consistent with expectations of this paper. It was therefore concluded that this methodology is feasible and applicable in industrial environment and can be incorporated into a more comprehensive tool, such as analyzers Profinet networks.

Este trabalho propôs o desenvolvimento e a avaliação de uma metodologia com o propósito de identificar anomalias em redes de comunicação Profinet, muito utilizadas na automação de plantas industriais. A metodologia desenvolvida está fundamentada na análise das características de comunicação do protocolo Profinet e na identificação e classificação de padrões, sendo esta, uma das principais aplicações do uso de Redes Neurais Artificiais (RNA). As anomalias são identificadas por meio da análise do tráfego de rede Profinet em sua fase de operação. Tais anomalias podem ser desde defeitos comuns apresentados pelos equipamentos da rede e/ou tentativas de ataques a esta, que por sua vez, podem gerar instabilidade e mau funcionamento da unidade industrial que fazem parte. Para o desenvolvimento deste trabalho foram apresentados: o detalhamento do protocolo Profinet, os mecanismos de segurança mais utilizados atualmente, os tipos de sistemas de detecção de anomalias existentes e os principais tipos de ataques em redes de comunicação conhecidos na literatura. Alguns ensaios para a validação da metodologia foram realizados, utilizando-se uma infraestrutura de rede instalada em laboratório. Ensaios com diferentes tipos de equipamentos interligados em rede foram realizados e os resultados apresentados. Como resultado final, demonstrou-se que a metodologia utilizada obteve êxito na identificação da presença ou ausência de anomalias na rede, sendo que os resultados obtidos podem ser considerados satisfatórios e condizentes às expectativas desta dissertação. Concluiu-se então que a metodologia apresentada é factível e aplicável no meio industrial, podendo ser incorporada a uma ferramenta mais abrangente, como os analisadores de redes Profinet. / This work proposed the development and evaluation of a methodology in order to identify anomalies in Profinet communication networks, widely used in the automation of industrial plants. The methodology is based on an analysis of the communication features of the Profinet protocol and identifying and pattern classification, which is one of the main applications of the use of Artificial Neural Networks (ANN). The anomalies are identified by analyzing the Profinet network traffic in its operation phase. Such anomalies can be provided by common defects in equipment in the network and / or attempted attacks to this, which in turn can cause instability and malfunction of the plant forming part. In development of this work were presented: the details of the Profinet protocol, the security mechanisms most widely used, the types of anomalies detection systems and the main types of attacks on communication networks known in the literature. Some assays to validate the method were performed, using a network infrastructure installed in the laboratory. Tests with different types of networked equipment were performed and the results presented. The final result showed that the methodology was successful in identifying the presence or absence of anomalies in the network, and the obtained results can be considered satisfactory and consistent with expectations of this paper. It was therefore concluded that this methodology is feasible and applicable in industrial environment and can be incorporated into a more comprehensive tool, such as analyzers Profinet networks.

Redes inteligentes de distribuição de energia fornecem serviços com o potencial de aumentar a eficiência energética e a qualidade de vida da sociedade, mas possuem requisitos severos de tempo de resposta, confiabilidade, escalabilidade e QoS. As chaves ópticas são dispositivos comutadores de caminhos em fibras ópticas popularmente utilizados para trocas físicas de rotas. Neste trabalho sugere-se utilizar estes dispositivos para ativamente reorganizar uma rede com o objetivo de diminuir a latência de comunicação, visando atender aos requisitos de comunicações dos serviços de redes inteligentes. Foram estudadas as características de protocolos de roteamento conhecidos e aplicou-se o algoritmo de Dijkstra na criação de quatro heurísticas de otimização dos caminhos máximos em redes com chaves ópticas. Simulações realizadas mostram que as heurísticas propostas reduzem o número de saltos nos caminhos máximos, levando à redução de latência. É sugerida a continuação deste estudo aperfeiçoando as heurísticas propostas com outros mecanismos de otimização e diferentes métricas, como redução de congestionamento de tráfego e de consumo de energia na rede. / Smart grid networks provide services with the potential to increase energy efficiency and the quality of life of society, but have strict requirements regarding response time, reliability, scalability and QoS. The optical switches are fiber optic switching devices commonly used for physical route changing. In this study, it is suggested to use these devices to actively rearrange a network in order to reduce the communication latency, to meet the communications requirements of smart grid services. The characteristics of known routing protocols have been studied and the Dijkstra algorithm has been applied at the creation of four heuristics that aim to optimize the maximum paths in networks with optical switches. The simulations show that the heuristics reduce the maximum number of hops in the paths, leading to reductions in latency. It is suggested the continuation of this study improving the heuristics with other optimization engines and different metrics, such as reducing traffic congestion and energy.

Redes inteligentes de distribuição de energia fornecem serviços com o potencial de aumentar a eficiência energética e a qualidade de vida da sociedade, mas possuem requisitos severos de tempo de resposta, confiabilidade, escalabilidade e QoS. As chaves ópticas são dispositivos comutadores de caminhos em fibras ópticas popularmente utilizados para trocas físicas de rotas. Neste trabalho sugere-se utilizar estes dispositivos para ativamente reorganizar uma rede com o objetivo de diminuir a latência de comunicação, visando atender aos requisitos de comunicações dos serviços de redes inteligentes. Foram estudadas as características de protocolos de roteamento conhecidos e aplicou-se o algoritmo de Dijkstra na criação de quatro heurísticas de otimização dos caminhos máximos em redes com chaves ópticas. Simulações realizadas mostram que as heurísticas propostas reduzem o número de saltos nos caminhos máximos, levando à redução de latência. É sugerida a continuação deste estudo aperfeiçoando as heurísticas propostas com outros mecanismos de otimização e diferentes métricas, como redução de congestionamento de tráfego e de consumo de energia na rede. / Smart grid networks provide services with the potential to increase energy efficiency and the quality of life of society, but have strict requirements regarding response time, reliability, scalability and QoS. The optical switches are fiber optic switching devices commonly used for physical route changing. In this study, it is suggested to use these devices to actively rearrange a network in order to reduce the communication latency, to meet the communications requirements of smart grid services. The characteristics of known routing protocols have been studied and the Dijkstra algorithm has been applied at the creation of four heuristics that aim to optimize the maximum paths in networks with optical switches. The simulations show that the heuristics reduce the maximum number of hops in the paths, leading to reductions in latency. It is suggested the continuation of this study improving the heuristics with other optimization engines and different metrics, such as reducing traffic congestion and energy.