O documento discute as tendências da automação industrial, descrevendo seu histórico, estágio atual e principais evoluções futuras. Aborda a transição de painéis de controle centralizados para sistemas distribuídos com controladores programáveis e computadores de supervisão, além do surgimento de dispositivos inteligentes e redes de comunicação.

1. 1
Tendências da AutomaçãoTendências da Automação
IndustrialIndustrial
Redes IndustriaisRedes Industriais

2. 2
TENDÊNCIAS DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIALTENDÊNCIAS DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
•• IntroduçãoIntrodução
–– HistóricoHistórico
–– Estágio atualEstágio atual
–– Principais evoluções à vistaPrincipais evoluções à vista

3. 3
HistóricoHistórico
•• Sala de Controle CentralSala de Controle Central
–– Quilômetros de cabosQuilômetros de cabos
•• Milhares de conexões = pontos de falhaMilhares de conexões = pontos de falha
–– Centenas de indicadoresCentenas de indicadores
•• Difícil compreensãoDifícil compreensão
•• Alta probabilidade de erro de operaçãoAlta probabilidade de erro de operação
–– No máximo, controle automáticoNo máximo, controle automático
•• Coleta manual de dados p/ relatórioColeta manual de dados p/ relatório
•• DifícilDifícil rastreabilidaderastreabilidade

4. 4
Fatores de mudançaFatores de mudança
•• Ambiente de maior CompetitividadeAmbiente de maior Competitividade
–– Redução de custosRedução de custos
•• ImplementaçãoImplementação
•• ManutençãoManutenção
–– Manutenção da qualidade dos produtosManutenção da qualidade dos produtos
•• Revolução da InformáticaRevolução da Informática
–– Integração de circuitos em larga escalaIntegração de circuitos em larga escala
–– Utilização de computadores na indústriaUtilização de computadores na indústria
–– Surgimento dos microcomputadoresSurgimento dos microcomputadores
–– Redes de comunicação digitalRedes de comunicação digital

5. 5
Estágio atualEstágio atual
•• Controladores ProgramáveisControladores Programáveis
–– Substituição dos painéis de relésSubstituição dos painéis de relés
•• Alterações no automatismo sem alterar fiaçãoAlterações no automatismo sem alterar fiação
•• Alta velocidade de processamentoAlta velocidade de processamento
•• “Hardware” cada vez mais confiável“Hardware” cada vez mais confiável
•• Ampla oferta de recursos de programaçãoAmpla oferta de recursos de programação
•• Computadores de SupervisãoComputadores de Supervisão
–– Substituição dos painéis de controleSubstituição dos painéis de controle
•• Significativa economia de cabosSignificativa economia de cabos
•• Organização das informações apresentadas ao operadorOrganização das informações apresentadas ao operador

6. 6
Estágio atualEstágio atual
•• Computadores de SupervisãoComputadores de Supervisão
–– Substituição dos painéis de controleSubstituição dos painéis de controle
•• Significativa economia de cabosSignificativa economia de cabos
–– Computadores ligados aos CLP’sComputadores ligados aos CLP’s
–– Forte dependência da rede de comunicação digitalForte dependência da rede de comunicação digital
•• Organização das informações apresentadas ao operadorOrganização das informações apresentadas ao operador
–– Amplo acréscimo de recursos ao sistema deAmplo acréscimo de recursos ao sistema de
automaçãoautomação

7. 7
Estágio atualEstágio atual
Dispositivos
de Campo
PLC PLC
Computadores de Supervisão

8. 8
TendênciasTendências
•• Controlador programável / InstrumentaçãoControlador programável / Instrumentação
–– Tendência a distribuição das E/STendência a distribuição das E/S
•• Economia muito significativa de fiaçãoEconomia muito significativa de fiação
–– Principais fatores de mudançaPrincipais fatores de mudança
•• Instrumentos inteligentesInstrumentos inteligentes
•• VáriasVárias opçôesopçôes de redes p/ comunicação a nível de “chão dede redes p/ comunicação a nível de “chão de
fábrica”fábrica”
–– PadronizaçãoPadronização ????
•• Nenhuma rede atende a todas as aplicaçõesNenhuma rede atende a todas as aplicações
•• Novas tecnologias tem surgidoNovas tecnologias tem surgido
–– Mais recursos do que simples substituição de cabosMais recursos do que simples substituição de cabos
–– Viabilização de novos tipos de soluçãoViabilização de novos tipos de solução

9. 9
Distribuição E/SDistribuição E/S
Tradicional: Cada
dispositivo individualmente
ligado ao CLP
Alto custo de instalação
Atual: Blocos de E/S
distribuídos ao longo
da fabrica.
Menor custo de instalação
Tendência: Sensores
inteligentes.
Ganho funcional
Baixo custo de
instalação

10. 10
Redes de ComunicaçãoRedes de Comunicação
•• Interligação de ComputadoresInterligação de Computadores
•• Integração de computadores aos CLP’sIntegração de computadores aos CLP’s
•• Integração dos CLP’s a dispositivosIntegração dos CLP’s a dispositivos inteligentesinteligentes
–– Terminais de válvulasTerminais de válvulas
–– BalançasBalanças
–– Sistemas de IdentificaçãoSistemas de Identificação
–– SensoresSensores
–– Centros de Comando de MotoresCentros de Comando de Motores

11. 11
Sensores InteligentesSensores Inteligentes
•• Incorporação de recursos computacionaisIncorporação de recursos computacionais
–– Microprocessador p/ realizar comunicação digitalMicroprocessador p/ realizar comunicação digital
–– Funções de diagnóstico, suporte a manutenção, autoFunções de diagnóstico, suporte a manutenção, auto--
calibração etc...calibração etc...
–– Exemplos:Exemplos:
•• Válvulas que “guardam” histórico de manutençãoVálvulas que “guardam” histórico de manutenção
•• Sensores óticos c/ alarme deSensores óticos c/ alarme de desalinhamentodesalinhamento mecânicomecânico

12. 12
CCM inteligenteCCM inteligente
•• Dispositivos inteligentes p/ proteção deDispositivos inteligentes p/ proteção de
motoresmotores
–– Medição direta da corrente dos motoresMedição direta da corrente dos motores
•• Não depende de processo térmico (bimetálico)Não depende de processo térmico (bimetálico)
•• Atuação imediataAtuação imediata
•• Outras proteções: falta de fase, % desbalanceamentoOutras proteções: falta de fase, % desbalanceamento
• Integração ao PLC/Supervisor => Monitoração contínua
da corrente.
Viabiliza algoritmo de
queima zero.

13. 13
Padronização de protocolosPadronização de protocolos
•• O que é mesmo protocolo?O que é mesmo protocolo?
–– Conjunto de regras p/ comunicação digitalConjunto de regras p/ comunicação digital
–– Idioma da rede. Dispositivo transmissor necessitaIdioma da rede. Dispositivo transmissor necessita
ser compreendido pelo receptorser compreendido pelo receptor
•• Cada fabricante tem seus próprios padrõesCada fabricante tem seus próprios padrões
•• Esforço internacional para padronizaçãoEsforço internacional para padronização
–– Dificuldades p/ atender todas as aplicaçõesDificuldades p/ atender todas as aplicações
•• Tendência:Tendência:
–– Diversos padrões numa mesma fabricaDiversos padrões numa mesma fabrica

14. 14
A conexão elétrica é
feita quando alguém
atende ao telefone
Comunicações TelefônicasComunicações Telefônicas

15. 15
Não foi possível
estabelecer
comunicação porque as
pessoas não estão
falando o mesmo idioma
Comunicações TelefônicasComunicações Telefônicas
A conexão elétrica é
feita quando alguém
atende ao telefone
Português InglêsComunicação

16. 16
A comunicação só
ocorre quando a
conexão elétrica é
feita E as pessoas
falam a mesma língua
Comunicação
A conexão elétrica é
feita quando alguém
atende ao telefone
Comunicações TelefônicasComunicações Telefônicas
Português InglêsComunicação
Português Português

17. 17
Modelo Produtor/ConsumidorModelo Produtor/Consumidor
Novo ModeloNovo Modelo
•• Proporciona maior funcionalidadeProporciona maior funcionalidade
•• Aumenta o fluxo de informaçãoAumenta o fluxo de informação
•• Facilita a migração futuraFacilita a migração futura
. . . Tudo isto com redução de tráfego na rede. . . Tudo isto com redução de tráfego na rede
Comunicação mais ágil + melhorComunicação mais ágil + melhor
desempenho = MAIOR PRODUTIVIDADEdesempenho = MAIOR PRODUTIVIDADE

18. 18
Agilidade da comunicaçãoAgilidade da comunicação
((throughputthroughput))
tempo decorrido entre atempo decorrido entre a
deteçãodeteção de um eventode um evento
(entrada) e a atuação de uma(entrada) e a atuação de uma
saída com base em umasaída com base em uma
decisão lógicadecisão lógica

19. 19
Fatores que afetam a agilidade da redeFatores que afetam a agilidade da rede
•• Taxa de transmissãoTaxa de transmissão 11 33
–– velocidade dos “bits” no fiovelocidade dos “bits” no fio
•• Eficiência do Protocolo (“Overhead”)Eficiência do Protocolo (“Overhead”) 22 22
–– bytes de dados x total de bytes na redebytes de dados x total de bytes na rede
•• Modelo da redeModelo da rede 33 11
–– conceituação do fluxo de informaçãoconceituação do fluxo de informação
–– número de mensagens necessáriasnúmero de mensagens necessárias
–– frequênciafrequência de troca das mensagensde troca das mensagens
IMPORTÂNCIAIMPORTÂNCIA
Percebida / RealPercebida / Real

20. 20
Modelos de redesModelos de redes
•• Origem/DestinoOrigem/Destino (ponto a ponto)(ponto a ponto)
–– ação sincronizada entre os nós é muitoação sincronizada entre os nós é muito dificildificil umauma
vez que os dados chegam aos nós em momentosvez que os dados chegam aos nós em momentos
diferentesdiferentes
–– desperdício de recursos em função da repetiçãodesperdício de recursos em função da repetição
dos mesmos dados quando apenas o destino édos mesmos dados quando apenas o destino é
diferentediferente
•• Produtor/ConsumidorProdutor/Consumidor (dados são identificados)(dados são identificados)
–– múltiplos nós podem simultaneamente consumir osmúltiplos nós podem simultaneamente consumir os
dados de um mesmo produtordados de um mesmo produtor
–– nós podem ser sincronizadosnós podem ser sincronizados
–– utilização mais eficiente da banda de comunicaçãoutilização mais eficiente da banda de comunicação
srcsrc dstdst datadata crccrc
identifieridentifier datadata crccrc

21. 21
Informando que horas são numa salaInformando que horas são numa sala
com 20 pessoascom 20 pessoas
Modelo Origem/DestinoModelo Origem/Destino
•• Uma pessoa (origem) informa individualmente a cadaUma pessoa (origem) informa individualmente a cada
uma das outras pessoas na sala (destino) o horáriouma das outras pessoas na sala (destino) o horário
marcado em seu relógio (dado)marcado em seu relógio (dado)
•• O tempo continua passando enquanto a “origem “O tempo continua passando enquanto a “origem “
informa o horário a cada uminforma o horário a cada um
–– dados não estarão corretos após as primeirasdados não estarão corretos após as primeiras
pessoaspessoas
–– Tanto origem como destinos terão que fazer ajustesTanto origem como destinos terão que fazer ajustes
para se alcançar algum tipo de sincronismopara se alcançar algum tipo de sincronismo
•• A agilidade deste processo varia em funçãoA agilidade deste processo varia em função
do número de pessoas na salado número de pessoas na sala

22. 22
Informando que horas são numa salaInformando que horas são numa sala
c/ 20 pessoasc/ 20 pessoas
•• Uma pessoa informa o horário (produtor) a todos osUma pessoa informa o horário (produtor) a todos os
presentespresentes
•• Todas as 20 pessoas recebem a informaçãoTodas as 20 pessoas recebem a informação
simultaneamentesimultaneamente
•• Algumas pessoas podem optar por “consumir”os dadosAlgumas pessoas podem optar por “consumir”os dados
(reconhecer a recepção por um gesto, ajustar seus(reconhecer a recepção por um gesto, ajustar seus
relógios, etc..)relógios, etc..)
•• Outros podem optar por não “consumir” a informação.Outros podem optar por não “consumir” a informação.
•• Altamente eficiente (os dados são produzidos apenasAltamente eficiente (os dados são produzidos apenas
uma vez, não são necessários ajustes adicionais parauma vez, não são necessários ajustes adicionais para
produtores e/ou consumidores)produtores e/ou consumidores)
•• AltamenteAltamente determinísticodeterminístico (tempo de transmissão não(tempo de transmissão não
muda se mais pessoas entrarem oumuda se mais pessoas entrarem ou sairemsairem da sala)da sala)
ModeloModelo Produtor/ConsumdorProdutor/Consumdor ((MulticastMulticast))

23. 23
Produtor/ConsumidorProdutor/Consumidor
•• Mensagem #1Mensagem #1
–– referência de posição do sensor transmitida emreferência de posição do sensor transmitida em multicastmulticast aos CTRL1, 2 eaos CTRL1, 2 e
IHMIHM
•• Mensagem #2Mensagem #2
–– comando de velocidade do CTRL1 transmitidocomando de velocidade do CTRL1 transmitido simultâneamentesimultâneamente aos 3aos 3
inversorsinversors e IHMe IHM
•• MulticastMulticast não é possível com modelo origem/destinonão é possível com modelo origem/destino
–– no sistema acima teríamos necessariamente 7 mensagensno sistema acima teríamos necessariamente 7 mensagens
inversor1inversor1 inversor3inversor3inversor2inversor2
CTLR1CTLR1 HMIHMI
SensorSensor
CTLR2CTLR2 ALLEN-BRADLEY
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#1#1#2#2

24. 24
Exemplos de modelos de redesExemplos de modelos de redes
Origem/DestinoOrigem/Destino
mestre/escravomestre/escravo multimestremultimestre
Produtor/ConsumidorProdutor/Consumidor
ProfibusProfibus DPDP
InterbusInterbus--SS
ASIASI
RIORIO
ProfibusProfibus FMSFMS
ModbusModbus PlusPlus
LONWorksLONWorks
DH+DH+
DeviceNetDeviceNet ControlNetControlNet
FoundationFoundation FieldbusFieldbus

25. 25
Tipos de MensagensTipos de Mensagens
•• Mensagens explícitasMensagens explícitas
–– utilizadas para carregar/descarregar programas,utilizadas para carregar/descarregar programas,
modificar configurações de parâmetros, etc...modificar configurações de parâmetros, etc...
–– o campo de dados contém:o campo de dados contém:
•• informações do protocoloinformações do protocolo
•• instruções sobre o serviço a ser executadoinstruções sobre o serviço a ser executado
•• endereço interno que o serviço deve utilizarendereço interno que o serviço deve utilizar
–– flexíveis porém lentasflexíveis porém lentas
–– dispositivos devem interpretar e gerar respostasdispositivos devem interpretar e gerar respostas
–– exemplos:exemplos: ProfibusProfibus--FMSFMS,, LonworksLonworks, DH+, DH+

26. 26
Tipos de MensagensTipos de Mensagens
•• Dados de E/SDados de E/S (“significado implícito”)(“significado implícito”)
–– utilizados para dados críticos de CONTROLEutilizados para dados críticos de CONTROLE
–– campos de dados contém apenas dadoscampos de dados contém apenas dados
–– significado dos dados é présignificado dos dados é pré--estabelecidoestabelecido
–– pouco flexível, mas altamente eficientepouco flexível, mas altamente eficiente
–– dispositivo apenas reage utilizando os dadosdispositivo apenas reage utilizando os dados
–– exemplos:exemplos: ProfibusProfibus--DPDP, RIO, RIO

27. 27
Modelo Produtor/Consumidor suportaModelo Produtor/Consumidor suporta
ambosambos os tipos de mensagensos tipos de mensagens
•• Na mesma rede trafegam dados de controleNa mesma rede trafegam dados de controle
(E/S) e configuração (Mensagens Explícitas)(E/S) e configuração (Mensagens Explícitas)
•• Os sistemas podem:Os sistemas podem:
–– trocar dados de E/Strocar dados de E/S
–– salvar e descarregar programassalvar e descarregar programas
–– proporcionar diagnóstico dos dispositivosproporcionar diagnóstico dos dispositivos
–– configurar dispositivosconfigurar dispositivos
•• Dados são priorizadosDados são priorizados
–– dados de E/S tem prioridade mais altadados de E/S tem prioridade mais alta
–– projeto da rede pode impedir que Mensagensprojeto da rede pode impedir que Mensagens
Explícitas tenham impacto sobre o desempenho dosExplícitas tenham impacto sobre o desempenho dos
dados de E/Sdados de E/S

28. 28
Mestre/EscravoMestre/Escravo
•• Um Mestre, múltiplos escravosUm Mestre, múltiplos escravos
•• Dispositivos escravos trocam dados apenasDispositivos escravos trocam dados apenas
com o Mestrecom o Mestre
•• Dados de E/S (Mensagens Implícitas) sãoDados de E/S (Mensagens Implícitas) são
predominantes neste tipo de comunicaçãopredominantes neste tipo de comunicação
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MultimestreMultimestre
•• Mais de um mestreMais de um mestre
•• Cada mestre tem seu próprio conjunto deCada mestre tem seu próprio conjunto de
escravosescravos
•• Dispositivos escravos apenas trocam dados comDispositivos escravos apenas trocam dados com
seus mestresseus mestres
•• Dados de E/S (Mensagens Implícitas) tambémDados de E/S (Mensagens Implícitas) também
predominam neste tipo de comunicaçãopredominam neste tipo de comunicação
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““PeerPeer--toto--PeerPeer””
•• Dispositivos enquadrados numa mesma categoriaDispositivos enquadrados numa mesma categoria
livres para tomar iniciativa de comunicaçãolivres para tomar iniciativa de comunicação
•• Dispositivos podem trocar dados com mais de umDispositivos podem trocar dados com mais de um
dispositivo ou múltiplas trocas com um mesmodispositivo ou múltiplas trocas com um mesmo
dispositivodispositivo
•• Mensagens Explícitas predominam neste tipo deMensagens Explícitas predominam neste tipo de
comunicaçãocomunicação
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Redes Produtor/Consumidor podemRedes Produtor/Consumidor podem
suportar os três tipossuportar os três tipos
•• Os sistemas podem ser Mestre/Escravo,Os sistemas podem ser Mestre/Escravo, MultimestreMultimestre
ou “ou “peerpeer--toto--peerpeer” para E/S e mensagens Explícitas” para E/S e mensagens Explícitas
•• Sistemas híbridos são permitidosSistemas híbridos são permitidos
•• Diferentes tipos de mensagens também sãoDiferentes tipos de mensagens também são
suportadassuportadas
•• Suporte a configuração do sistema/dispositivosSuporte a configuração do sistema/dispositivos
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Métodos de troca de dados:Métodos de troca de dados: ““PollingPolling””
•• Quando os dispositivos recebem dadosQuando os dispositivos recebem dados
(normalmente saídas) imediatamente enviam seus(normalmente saídas) imediatamente enviam seus
dados (normalmente entradas)dados (normalmente entradas)
•• Compatível com sistemas Mestre/Escravo &Compatível com sistemas Mestre/Escravo &
MultimestreMultimestre
–– Normalmente não é utilizado com “Normalmente não é utilizado com “peerpeer--toto--peerpeer””
•• Desenvolvido sobre origem/destino, mestre/escravoDesenvolvido sobre origem/destino, mestre/escravo
•• Inerentemente ponto a ponto, não háInerentemente ponto a ponto, não há multicastmulticast
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Métodos de troca de dados:Métodos de troca de dados: CíclicaCíclica
•• Dispositivos produzem dados a uma taxa configurada peloDispositivos produzem dados a uma taxa configurada pelo
usuáriousuário
•• Transferência cíclica é eficiente porque:Transferência cíclica é eficiente porque:
–– os dados são transferidos numa taxa adequada aoos dados são transferidos numa taxa adequada ao
dispositivo/aplicaçãodispositivo/aplicação
–– recursos podem ser preservados p/ dispositivos com altarecursos podem ser preservados p/ dispositivos com alta
variaçãovariação
–– melhor determinismomelhor determinismo
•• Compatível com Mestre/Escravo,Compatível com Mestre/Escravo, MultimestreMultimestre, “, “peerpeer--toto--peerpeer” e” e
MulticastMulticast
analog I/Oanaloganalog I/OI/O
a cada 100msa cada 100msa cada 100ms
a cada 2000msa cada 2000msa cada 2000msa cada 5msa cada 5msa cada 5ms
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Métodos de troca de dados:Métodos de troca de dados:
Mudança de estadoMudança de estado
•• Dispositivos produzem dados apenas quando temDispositivos produzem dados apenas quando tem
seu estado alteradoseu estado alterado
–– Sinal em segundo plano transmitido ciclicamente paraSinal em segundo plano transmitido ciclicamente para
confirmar que o dispositivo estáconfirmar que o dispositivo está okok..
•• Mudança de estado é eficiente porque:Mudança de estado é eficiente porque:
–– reduz significativamente o tráfego da redereduz significativamente o tráfego da rede
–– recursos não são desperdiçados processandorecursos não são desperdiçados processando--sese
dados antigosdados antigos
digital I/Odigital I/O
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Apenas as redesApenas as redes
Produtor/ConsumidorsuportamProdutor/Consumidorsuportam todostodos
os mecanismos de trocaos mecanismos de troca
E/SE/S ExplícitasExplícitas
Mestre/escravoMestre/escravo 44 44
MultimestreMultimestre 44 44
““PeerPeer--toto--PeerPeer”” 44 44
DisparoDisparo MudMud. estado, Cíclico,. estado, Cíclico, PollingPolling

36. 36
Como asComo as RedesRedes IndustriaisIndustriais
podempodem serser integradasintegradas entreentre sisi..
Information
Automation and Control
24vdc
509 -BOD
T
Device
Ethernet TCP/IPEthernet TCP/IP
ControlNetControlNet
DeviceNet &DeviceNet &
H1 Foundation fieldbusH1 Foundation fieldbus
www.controlnet.orgwww.controlnet.org
www.odva.orgwww.odva.org

37. 37
ComunicaçãoComunicação DeviceNetDeviceNet
Módulo “scanner” para rede Devicenet
possibilita a uma CPU SLC 500 operar
como mestre da rede de dispositivos

38. 38
Atualmente, todas as conexões Fieldbus
Foundation convergem para um só ponto
Vários barramentos de campo com poucos dispositivoss em cada
tercho. Os dados são filtrados através de um Servidor
Mux DiscretoAtuador TransmissorSupervisório
Power
Monitor
atuador
invers
or
transmissor
Display
Discrete
Mux
Analog
Mux
atuador
transmissor
Scale
Discrete
Mux
atuador
transmissor
transmissor
Magnew
Honeywell
Servidor
H1
H1
H1 H1
H1

39. 39
Power
Monitor
atuador
inversor
transmissor
Display
Discrete
Mux
Analog
Mux
atuador
transmissor
Balanças
Discrete
Mux
atuador
transmissor
transmissor
Magnew
Honeywell
Supervisório
PLC
ControlNet & Fieldbus
LD
T
LD
T
LD
T
Open ControlNet
FlexManutenção
T T
Qualidade inversor
PLC
Configuração
Todos os dispositivos na Controlnet tem acesso direto a todos os
dados dispostos nos barramentos Fieldbus

40. 40
S L C 5 / 0 3
A L L E N - B R A D L E Y
Magnew
Honeywell
A L L E N - B R A D L E Y
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Magnew
Honeywell
A L L E N - B R A D L E Y
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S L C 5 / 0 3
A L L E N - B R A D L E Y
CCMi
CCMi
CCMi
CCMi
ControlNet
Fieldbus H1
DeviceNet EthernetEthernet TCP/IPTCP/IP
Arquitetura Integrada