A segurança da informação, a diversidade de rotas entre os dispositivos da rede, o acesso ao meio de modo determinístico e isento de colisões e a mudança de canal frequente tornam a comunicação no protocolo WirelessHART robusta e confiável para utilização em meio industrial. Entretanto, para adoção crescente dessa tecnologia, é necessário que os fabricantes de sensores e atuadores industriais desenvolvam dispositivos WirelessHART. Disto surge a necessidade de criação de ferramentas capazes de auxiliar o desenvolvimento e depuração destes novos dispositivos de rede. O Analisador de rede WirelessHART é, sem dúvida, uma delas. Diversas abordagens são propostas para a análise de redes WirelessHART. Entretanto, em todas elas a utilização de um microcomputador como elemento do sistema inviabiliza sua utilização em campo. A presença de cabos, armazenamento local dos dados e exigência de baterias são alguns dos aspectos relevantes que devem ser levados em consideração quando o sistema precisa ser utilizado em campo. O presente trabalho propõe alternativas aos sistemas de análise de redes atuais apresentando duas propostas conceitualmente diferentes mas que cumprem os requisitos básicos para sua utilização em campo. Uma destas abordagens, baseada na proposta de integração entre um dispositivo de campo e o método inovador de captura de mensagens utilizando apenas um transceptor, é implementado como prova do conceito. / WirelessHART is a robust and reliable protocol for industrial environment usage because of its secure mechanism, the ability of programming several communication routes between network devices, and deterministic, free of collisions channel hopping medium access controller. However, in order to increase the adoption of this technology, it is necessary to increase the amount of WirelessHART manufacturers to develop industrial sensors and actuators devices. This leads to the necessity of create tools that will assist the development and debugging of new network compliant devices. The WirelessHART network analyzer is undoubtedly one of these tools. Various approaches are being proposed for the analysis of WirelessHART networks. However, all of them make use of a microcomputer as an element of the whole system and this difficults their use in real field applications. The presence of wires, lack of local data storage and other aspects such as batteries limitations must be considered when the users intend to use analysis systems in field. This work proposes alternatives to current analysis networks systems by presenting two conceptually different proposals that meet the basic requirements for the use in the field. One of them is based on the proposed integration between a field device and an innovative method of capturing messages using only one transceiver, which is implemented as proof of concept.

O uso de redes sem fio no ambiente industrial está crescendo cada vez mais devido às vantagens que estas redes apresentam comparadas aos sistemas cabeados. No entanto, é necessário que as redes sem fio apresentem a mesma robustez que as redes cabeadas. Para isso, é necessário garantir o enlace de rádio frequência entre os dispositivos e também é preciso que a rede atenda aos requisitos de comunicação em tempo real. O protocolo WirelessHART foi criado em 2007, sendo o primeiro padrão aberto de comunicação sem fio especialmente desenvolvido para ambientes industriais. Esse protocolo vem ganhando cada vez mais aplicabilidade na indústria devido à sua alta confiabilidade e robustez. Por se tratar de um protocolo recente, ainda existem muitas pesquisas em andamento, sendo uma das áreas relacionada a ferramentas para análise e monitoramento da rede. Tais ferramentas têm como objetivo principal capturar as mensagens que trafegam na rede, ou seja, atuam como um sniffer. No entanto, o protocolo WirelessHART apresenta algumas peculiaridades quando comparado a outras redes sem fio, como por exemplo, o uso de 15 canais diferentes. Devido a isso, muitos sniffers já propostos para redes sem fio não podem ser utilizados, pois capturam dados em apenas uma frequência. Outra questão está relacionada ao monitoramento de redes já instaladas, onde os dispositivos podem se encontrar em locais de difícil acesso. Dessa forma, é necessário que a ferramenta tenha mobilidade, ou seja, não necessite estar conectada a um computador, por exemplo. Então, uma vez que ainda não existe uma ferramenta de monitoramento ideal para redes WirelessHART, este trabalho propõe um nova ferramenta, que apresenta vantagens, tais como: captura de dados nos 15 canais utilizando apenas um receptor de rádio, armazenamento local dos dados capturados utilizando um cartão de memória e medição da energia nos canais, para obter informações a respeito de interferências na rede. Além disso, uma aplicação offline de análise dos dados apresenta estatísticas e análises a respeito dos dados capturados. Este trabalho apresenta alguns conceitos teóricos importantes a respeito do protocolo e os detalhes da implementação da ferramenta. Os resultados obtidos mostram que a ferramenta está atuando corretamente como um sniffer e está realizando a detecção de interferências na rede. Um estudo de caso mostra o comportamento da rede WirelessHART coexistindo com o padrão IEEE 802.11. / The use of wireless networks in industrial environment is growing due to the advantages of these networks compared to wired systems. However, the wireless networks must have the same robustness that wired networks. It is necessary to ensure the link between devices and it is also necessary that the network meets the requirements of real-time communication. The WirelessHART protocol was created in 2007, and it is the first open wireless communication standard specifically designed for industrial environments. This protocol has been gaining increasing applicability in industry due to its high reliability and robustness. Because it is a recent protocol, there are still many ongoing researches. One of them is related to tools for analyzing and monitoring the network. Such tools have the main objective to capture the messages that travel on the network, acting as a sniffer. However, the WirelessHART protocol has some peculiarities as compared to other wireless networks, such as the use of 15 different channels. Because of this, many sniffers already proposed for wireless networks can not be applied, because they capture data on only one frequency. Another issue is related to the monitoring networks already installed, where devices can be found in places of difficult access. Thus, it is necessary that the tool has mobility, i.e., does not need to be connected to a computer, for example. So, since there is still no ideal monitoring tool for WirelessHART networks, this paper proposes a new tool, which has advantages such as: data capture in 15 channels using only one radio receiver, local storage of captured data using a memory card and measuring the energy in the channels for getting information about interference in the network. In addition, an offline application presents statistics and analysis about the captured data. This paper presents some important theoretical concepts about the protocol and implementation details of the tool. The results show that the tool is working properly as a sniffer and it’s performing the interference detection in the network . A case study shows the behavior of the WirelessHART network coexisting with IEEE 802.11 standard.

A aplicação de redes sem fio vem crescendo consideravelmente nos últimos anos. Protocolos baseados nesta tecnologia estão sendo desenvolvidos para uma grande variedade de aplicações. A confiabilidade é um dos principais requisitos dos protocolos de comunicação nos ambientes industriais. Interferências, ambiente ruidoso e o grande risco das aplicações industriais que são monitoradas são fatores que elevam os níveis de exigência no que se refere à confiabilidade, redundância e segurança do protocolo. O protocolo WirelessHART é um padrão de comunicação sem fio desenvolvido especificamente para monitoramento e controle de processos com os requisitos necessários para ser utilizado em ambientes industriais. A norma do WirelessHART define diversos aspectos técnicos a serem utilizados no desenvolvimento de algoritmos. Os algoritmos de roteamento e escalonamento de mensagens são de grande relevância para o cumprimento dos requisitos temporais, de confiabilidade e segurança. Requisitos de roteamento e escalonamento são especificados, porém, os algoritmos a serem utilizados não são definidos. O objetivo nessa dissertação é analisar alguns dos principais algoritmos que tem sido propostos especificamente para o protocolo WirelessHART e apresentar um conjunto capaz de ser aplicado nesse protocolo. Análises e comparações entre os algoritmos são realizadas proporcionando um estudo aprofundado sobre seus impactos no desempenho do protocolo. / The application of wireless networks has grown considerably in recent years. Protocols based on this technology are being developed for a great variety of applications. Reliability is one of the main requirements for communication protocols in industrial environments. Interferences, noisy environment and high risk processes that are monitored are factors that increase the levels of requirements in terms of reliability, redundancy and security of the protocol. The WirelessHART protocol is a wireless communication standard specifically designed for process monitoring and control applications with the necessary requirements for to be used in industrial environments. The WirelessHART standard defines several technical aspects to be used in the development of the algorithms. The algorithms of routing and scheduling messages are highly relevant to meeting the timing requirements of reliability and safety. Routing and scheduling strategies are specified, however, the routing and scheduling algorithms are not defined for use. The goal of this dissertation is to analyze some of the main algorithms that have been proposed specifically for the WirelessHART protocol and to present a set able to be applied in this protocol. Analyzes and comparisons between algorithms are realized by providing a detailed study of their impacts on the protocol performance.

With the advent of wireless sensor networks (WSN) and success of wirelesscommunication in the local and personal area networks such asWi-Fi and Bluetoothmore serious efforts to apply standard wireless communication in sensitiveindustrial networks were initiated. This effort resulted in the standardizationof WirelessHART. Other standardization efforts include ISA 100.11a andZigBee. Keeping in mind the nature of wireless communication and sensitivityof industrial environments security of these network gets greater importance. In this thesis we work on security issues in industrial WSN in general andIP-connected WSN in particular. Currently WirelessHART is the only approvedstandard for secure wireless communication in industrial WSNs. Westart our work with the analysis of security mechanisms in WirelessHART.We propose solutions for the security shortcomings in WirelessHART, and designand implement the missing security components. Particularly, we specify,design, implement, and evaluate the first open security manager for WirelessHARTnetworks. With the standardization of IP in WSNs (6LoWPAN) and birth of Internetof Things the need for IP communication in industrial WSN is getting importance.The recently proposed ISA 100.11a standard is IP-based since its inception.Also standardization efforts are in progress to apply IP in WirelessHARTand Zigbee. Recently, WSNs and traditional IP networks are more tightly integratedusing IPv6 and 6LoWPAN. We realize the importance of having aninteroperable standardized secure IP communication in industrial WSNs. IPSecurity (IPsec) is a mandatory security solution in IPv6. We propose to useIPsec for 6LoWPAN enabled industrial WSNs. However, it is not meaningfulto use IPsec in its current form in resource constrained WSNs. In additionto providing security solutions for WirelessHART, in this thesis we also specify,design, implement, and extensively evaluate lightweight IPsec that enablesend-to-end secure communication between a node in a 6LoWPAN and a device in the traditional Internet. Our results show that lightweight IPsec is a sensibleand practical solution for securing WSN.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IvanovitchMDS_TESE_Capa_ate_pag78.pdf: 3947167 bytes, checksum: ce8af4212a09f9d5cf62d132879a91d3 (MD5) Previous issue date: 2013-01-21 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Ensuring the dependability requirements is essential for the industrial applications since faults may cause failures whose consequences result in economic losses, environmental damage or hurting people. Therefore, faced from the relevance of topic, this thesis proposes a methodology for the dependability evaluation of industrial wireless networks (WirelessHART, ISA100.11a, WIA-PA) on early design phase. However, the proposal can be easily adapted to maintenance and expansion stages of network. The proposal uses graph theory and fault tree formalism to create automatically an analytical model from a given wireless industrial network topology, where the dependability can be evaluated. The evaluation metrics supported are the reliability, availability, MTTF (mean time to failure), importance measures of devices, redundancy aspects and common cause failures. It must be emphasized that the proposal is independent of any tool to evaluate quantitatively the target metrics. However, due to validation issues it was used a tool widely accepted on academy for this purpose (SHARPE). In addition, an algorithm to generate the minimal cut sets, originally applied on graph theory, was adapted to fault tree formalism to guarantee the scalability of methodology in wireless industrial network environments (< 100 devices). Finally, the proposed methodology was validate from typical scenarios found in industrial environments, as star, line, cluster and mesh topologies. It was also evaluated scenarios with common cause failures and best practices to guide the design of an industrial wireless network. For guarantee scalability requirements, it was analyzed the performance of methodology in different scenarios where the results shown the applicability of proposal for networks typically found in industrial environments / Garantir os requisitos de dependabilidade ? fundamental para as aplica??es industriais, onde falhas podem conduzir a defeitos cujas consequ?ncias impactam em preju?zos econ?micos e principalmente danos ambientais e riscos aos operadores. Assim, diante da relev?ncia do tema, esta tese prop?em uma metodologia para an?lise da dependabilidade de redes industriais sem fio (WirelessHART, ISA100.11a, WIA-PA) ainda na fase de projeto. Entretanto, a proposta pode ser facilmente estendida para as fases de manuten??o e expans?o da rede. A proposta utiliza a teoria de grafos e o formalismo de ?rvores de Falhas para criar automaticamente um modelo anal?tico a partir de uma dada topologia de rede industrial sem fio, onde a dependabilidade possa ser avaliada. As m?tricas de avalia??o suportadas compreendem confiabilidade, disponibilidade e MTTF (tempo m?dio para falha) da rede, como tamb?m medidas de import?ncia dos dispositivos, aspectos de redund?ncia e defeitos em modo comum. Ressalta-se que a proposta independe de qualquer ferramenta para analisar quantitativamente as m?tricas visadas. Contudo, para prop?sito de valida??o da proposta utilizou-se uma ferramenta amplamente aceita na academia para esse fim (SHARPE). Adicionalmente, um algoritmo para gera??o dos cortes m?nimos originalmente aplicado na teoria de grafos foi adaptado para o formalismo das ?rvores de Falhas com o objetivo de garantir escalabilidade da metodologia ?s redes industriais sem fio (< 100 dispositivos). Finalmente, a metodologia proposta foi validada a partir de cen?rios t?picos encontrados em ambientes industriais, como topologias estrela, linha, cluster e mesh. Foram tamb?m avaliados cen?rios com defeitos em modo comum e um conjunto de pol?ticas a serem seguidas na cria??o de uma rede industrial sem fio. Para garantir aspectos de escalabilidade, uma an?lise de desempenho foi conduzida, onde pode-se observar a aplicabilidade da metodologia para as redes tipicamente encontradas em ambientes industriais

O uso de equipamentos sem fio em sistemas de monitoramento e controle de processos industriais vem aumentando gradativamente. Os elevados custos de cabeamento incentivam os gerentes de fábricas para que considerem o uso de sistemas industriais sem fio, uma vez que estes promovem grandes reduções nos custos de instalação finais. Entretanto, a robustez do enlace de rádio frequência e os requerimentos de comunicação em tempo real são frequentemente citados como obstáculos reais para o uso de tecnologias sem fio na indústria. À frente das demais organizações, a HART Foundation lançou em 2007 o WirelessHART, sendo este o primeiro padrão aberto de comunicação sem fio especificamente desenvolvido para ambientes industriais. Apesar de ser um protocolo seguro e de propiciar comunicação em tempo real, o estudo aprofundado do WirelessHART revela diversas possibilidades de melhorias. Nesse protocolo, o gerenciamento da rede é feito de forma centralizada, o que garante maior simplicidade e controle sobre o escalonamento, roteamento e a segurança das mensagens. Por outro lado, grandes latências, especialmente nos processos de conexão e desconexão de nós, impossibilitam o uso de dispositivos móveis ou intermitentes. A concentração do gerenciamento em um só elemento também leva à fragilidade do sistema: na falha do gerenciador central, toda rede fica inoperante. Neste trabalho, é apresentada uma arquitetura de rede WirelessHART inovadora, que utiliza coprocessadores gerenciadores distribuídos para possibilitar a descentralização do gerenciamento e consequentemente as suas vantagens. O sistema desenvolvido permite diferentes configurações descentralizadas, parciais ou totais, e com mínimas modificações no protocolo original. A arquitetura de rede proposta mantém os dispositivos de campo com suas características originais, de baixo custo e consumo, além de permitir a coexistência com equipamentos certificados. A metodologia para a descentralização é apresentada e o estudo de caso realizado permite a avaliação da proposta. A originalidade deste trabalho é verificada através do estudo do estado da arte. Os resultados obtidos de um estudo de caso demonstram o grande potencial da proposta, com reduções significativas nos tempos de agregação e manutenção da rede. A proposta de descentralização possibilita configurações e modos operacionais antes impossíveis no WirelessHART, tais como o uso de dispositivos móveis ou intermitentes e o emprego de técnicas de handover. / The use of wireless devices in industrial systems for process monitoring and control has been gradually increasing. The high costs of cabling encourage plant managers to consider the use of such industrial wireless systems, since they promote large reductions in final costs. However, the link robustness and the real-time communication requirements are frequently cited as real obstacles to the use of wireless technologies in the industry. Ahead of other organizations, the HART Foundation launched the in 2007WirelessHART, which is the first open standard for wireless communications developed specifically for industrial environments. WirelessHART is a reliable and secure protocol and provide real-time communications but the thorough study of this protocol reveals several possibile improvements. In this protocol, network management is done centrally, ensuring simplicity and control over the scheduling, routing and messaging security. Moreover, large latency, especially in the connection and disconnection processes of field devices, preclude the use of mobile or intermittent devices. The concentration of one element in management also leads to the system fragility: if the central manager fails the entire network fail. In this work, a innovative WirelessHART network achitecture is presented and implemented by means of hardware-based distributed network manager coprocessors to enable decentralization and its blessings. The developed system allows different decentralized, partial or total architectures with minimal changes to the original protocol. A hardware-based solution maintains field devices with its low cost and consumption features and allow coexistence with certified equipment. The decentralization methodology along with its originality is presented and case study allows the evaluation of the proposal. The results demonstrate the architecture has great potential with significant reductions in join and maintenance times. The proposed decentralization enables configurations and operating modes previously impossible in WirelessHART such as the use of mobile or intermittent devices and handover techniques.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-03-12T13:20:57Z No. of bitstreams: 1 GuilhermePereiraMarchioroBertelli_DISSERT.pdf: 11666400 bytes, checksum: 7bab5827b030a3f5e09c3631ad538851 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-03-14T14:12:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 GuilhermePereiraMarchioroBertelli_DISSERT.pdf: 11666400 bytes, checksum: 7bab5827b030a3f5e09c3631ad538851 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-14T14:12:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GuilhermePereiraMarchioroBertelli_DISSERT.pdf: 11666400 bytes, checksum: 7bab5827b030a3f5e09c3631ad538851 (MD5) Previous issue date: 2017-12-18 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Com a ascens?o da Industria 4.0, comunica??o sem fio tem se tornado uma tend?ncia em ambientes industriais, poupando recursos e possibilitando novas applica??es quando comparada com tecnologias cabeadas. Neste contexto, as especifica??es WirelessHART e ISA100.11a tem emergido como solu??es padr?es. Apesar do alto grau de aplicabilidade, devido a natureza de seus desafios (confiabilidade, consumo de energia, toler?ncia a falhas, atrasos constantes), redes industriais sem fio s?o usadas, na maioria das aplica??es, para monitoramento. Devido a esses motivos e o car?ter conservador da industria, a demanda para avalia??o e garantia de confiabilidade em Sistemas de Controle sobre Redes sem Fio (Wireless Networked Control System - WNCS) ? iminente. Visando esclarecer e desmistificar o uso de tecnologias sem fio em malhas de controle na industria, este presente trabalho traz uma vis?o geral de WNCS e experimentos pr?ticos de avalia??o que permitem analisar o comportamento de redes WirelessHART e ISA100.11a no control e de processos atrav?s do controle de uma malha de n?vel por algoritmo PID implementado numa aplica??o host. O estudo fez uso dos kits SmartMesh WirelessHART Starter Kit e Nivis ISA100.11a Integration kit, da Dust-Networks e Nivis, respectivamente, para estabelecer as redes sem fio, aliados aos transmissores de press?o 3051S (Emerson) e EJX110 (Yokogawa), e garante confiabilidade e efici?ncia de aplica??es de controle sobre redes sem fio.

O uso de equipamentos sem fio em sistemas de monitoramento e controle de processos industriais vem aumentando gradativamente. Os elevados custos de cabeamento incentivam os gerentes de fábricas para que considerem o uso de sistemas industriais sem fio, uma vez que estes promovem grandes reduções nos custos de instalação finais. Entretanto, a robustez do enlace de rádio frequência e os requerimentos de comunicação em tempo real são frequentemente citados como obstáculos reais para o uso de tecnologias sem fio na indústria. À frente das demais organizações, a HART Foundation lançou em 2007 o WirelessHART, sendo este o primeiro padrão aberto de comunicação sem fio especificamente desenvolvido para ambientes industriais. Apesar de ser um protocolo seguro e de propiciar comunicação em tempo real, o estudo aprofundado do WirelessHART revela diversas possibilidades de melhorias. Nesse protocolo, o gerenciamento da rede é feito de forma centralizada, o que garante maior simplicidade e controle sobre o escalonamento, roteamento e a segurança das mensagens. Por outro lado, grandes latências, especialmente nos processos de conexão e desconexão de nós, impossibilitam o uso de dispositivos móveis ou intermitentes. A concentração do gerenciamento em um só elemento também leva à fragilidade do sistema: na falha do gerenciador central, toda rede fica inoperante. Neste trabalho, é apresentada uma arquitetura de rede WirelessHART inovadora, que utiliza coprocessadores gerenciadores distribuídos para possibilitar a descentralização do gerenciamento e consequentemente as suas vantagens. O sistema desenvolvido permite diferentes configurações descentralizadas, parciais ou totais, e com mínimas modificações no protocolo original. A arquitetura de rede proposta mantém os dispositivos de campo com suas características originais, de baixo custo e consumo, além de permitir a coexistência com equipamentos certificados. A metodologia para a descentralização é apresentada e o estudo de caso realizado permite a avaliação da proposta. A originalidade deste trabalho é verificada através do estudo do estado da arte. Os resultados obtidos de um estudo de caso demonstram o grande potencial da proposta, com reduções significativas nos tempos de agregação e manutenção da rede. A proposta de descentralização possibilita configurações e modos operacionais antes impossíveis no WirelessHART, tais como o uso de dispositivos móveis ou intermitentes e o emprego de técnicas de handover. / The use of wireless devices in industrial systems for process monitoring and control has been gradually increasing. The high costs of cabling encourage plant managers to consider the use of such industrial wireless systems, since they promote large reductions in final costs. However, the link robustness and the real-time communication requirements are frequently cited as real obstacles to the use of wireless technologies in the industry. Ahead of other organizations, the HART Foundation launched the in 2007WirelessHART, which is the first open standard for wireless communications developed specifically for industrial environments. WirelessHART is a reliable and secure protocol and provide real-time communications but the thorough study of this protocol reveals several possibile improvements. In this protocol, network management is done centrally, ensuring simplicity and control over the scheduling, routing and messaging security. Moreover, large latency, especially in the connection and disconnection processes of field devices, preclude the use of mobile or intermittent devices. The concentration of one element in management also leads to the system fragility: if the central manager fails the entire network fail. In this work, a innovative WirelessHART network achitecture is presented and implemented by means of hardware-based distributed network manager coprocessors to enable decentralization and its blessings. The developed system allows different decentralized, partial or total architectures with minimal changes to the original protocol. A hardware-based solution maintains field devices with its low cost and consumption features and allow coexistence with certified equipment. The decentralization methodology along with its originality is presented and case study allows the evaluation of the proposal. The results demonstrate the architecture has great potential with significant reductions in join and maintenance times. The proposed decentralization enables configurations and operating modes previously impossible in WirelessHART such as the use of mobile or intermittent devices and handover techniques.

O uso de equipamentos sem fio em sistemas de monitoramento e controle de processos industriais vem aumentando gradativamente. Os elevados custos de cabeamento incentivam os gerentes de fábricas para que considerem o uso de sistemas industriais sem fio, uma vez que estes promovem grandes reduções nos custos de instalação finais. Entretanto, a robustez do enlace de rádio frequência e os requerimentos de comunicação em tempo real são frequentemente citados como obstáculos reais para o uso de tecnologias sem fio na indústria. À frente das demais organizações, a HART Foundation lançou em 2007 o WirelessHART, sendo este o primeiro padrão aberto de comunicação sem fio especificamente desenvolvido para ambientes industriais. Apesar de ser um protocolo seguro e de propiciar comunicação em tempo real, o estudo aprofundado do WirelessHART revela diversas possibilidades de melhorias. Nesse protocolo, o gerenciamento da rede é feito de forma centralizada, o que garante maior simplicidade e controle sobre o escalonamento, roteamento e a segurança das mensagens. Por outro lado, grandes latências, especialmente nos processos de conexão e desconexão de nós, impossibilitam o uso de dispositivos móveis ou intermitentes. A concentração do gerenciamento em um só elemento também leva à fragilidade do sistema: na falha do gerenciador central, toda rede fica inoperante. Neste trabalho, é apresentada uma arquitetura de rede WirelessHART inovadora, que utiliza coprocessadores gerenciadores distribuídos para possibilitar a descentralização do gerenciamento e consequentemente as suas vantagens. O sistema desenvolvido permite diferentes configurações descentralizadas, parciais ou totais, e com mínimas modificações no protocolo original. A arquitetura de rede proposta mantém os dispositivos de campo com suas características originais, de baixo custo e consumo, além de permitir a coexistência com equipamentos certificados. A metodologia para a descentralização é apresentada e o estudo de caso realizado permite a avaliação da proposta. A originalidade deste trabalho é verificada através do estudo do estado da arte. Os resultados obtidos de um estudo de caso demonstram o grande potencial da proposta, com reduções significativas nos tempos de agregação e manutenção da rede. A proposta de descentralização possibilita configurações e modos operacionais antes impossíveis no WirelessHART, tais como o uso de dispositivos móveis ou intermitentes e o emprego de técnicas de handover. / The use of wireless devices in industrial systems for process monitoring and control has been gradually increasing. The high costs of cabling encourage plant managers to consider the use of such industrial wireless systems, since they promote large reductions in final costs. However, the link robustness and the real-time communication requirements are frequently cited as real obstacles to the use of wireless technologies in the industry. Ahead of other organizations, the HART Foundation launched the in 2007WirelessHART, which is the first open standard for wireless communications developed specifically for industrial environments. WirelessHART is a reliable and secure protocol and provide real-time communications but the thorough study of this protocol reveals several possibile improvements. In this protocol, network management is done centrally, ensuring simplicity and control over the scheduling, routing and messaging security. Moreover, large latency, especially in the connection and disconnection processes of field devices, preclude the use of mobile or intermittent devices. The concentration of one element in management also leads to the system fragility: if the central manager fails the entire network fail. In this work, a innovative WirelessHART network achitecture is presented and implemented by means of hardware-based distributed network manager coprocessors to enable decentralization and its blessings. The developed system allows different decentralized, partial or total architectures with minimal changes to the original protocol. A hardware-based solution maintains field devices with its low cost and consumption features and allow coexistence with certified equipment. The decentralization methodology along with its originality is presented and case study allows the evaluation of the proposal. The results demonstrate the architecture has great potential with significant reductions in join and maintenance times. The proposed decentralization enables configurations and operating modes previously impossible in WirelessHART such as the use of mobile or intermittent devices and handover techniques.

The master’s thesis is focused on building WirelessHART node demo and on a description of WirelessHART standard, which is used in wireless sensor networks. Out of the comprehensive WirelessHART specifications firstly, the two lowest layers of OSI networking model are described: physical and data link layer. Secondly, burst mode and device variables are described to provide necessary information for data publishing in the network. The mote is assembled according to hardware and software requirements of WirelessHART demo system. The node is complemented by its firmware and PC application demonstrating its features in a user-friendly manner.