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@MastersThesis{OliveiraJúnior:2010:EsAlWe,
               author = "Oliveira J{\'u}nior, Eloy Martins de",
                title = "Estudo dos algoritmos Welch-Lynch (FTM), Fault-Tolerant Average 
                         (FTA) e filtro de Kalman (FK) para sincroniza{\c{c}}{\~a}o de 
                         rel{\'o}gios e suas influ{\^e}ncias sobre um sistema de 
                         controle",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2010",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2010-02-26",
             keywords = "sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios, tempo real, algoritmo 
                         Welch-Lynch, sistema de controle por rede, filtro de Kalman, 
                         microtick, tempo global, sincroniza{\c{c}}{\~a}o interna, FTA 
                         (fault-tolerant average), clock synchronization, real time, 
                         Welch-Lynch algorithm, networked control system, Kalman filter, 
                         global time, internal synchronization.",
             abstract = "O problema da sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios pode 
                         aparecer em v{\'a}rios contextos diferentes, principalmente em 
                         aplica{\c{c}}{\~o}es complexas e altamente integradas, como um 
                         sat{\'e}lite artificial, integram a computa{\c{c}}{\~a}o, 
                         comunica{\c{c}}{\~a}o e o controle. No contexto de sistemas de 
                         tempo real, a composi{\c{c}}{\~a}o requer que {\`a} 
                         aplica{\c{c}}{\~a}o seja especificada tanto no dom{\'{\i}}nio 
                         l{\'o}gico quanto no dom{\'{\i}}nio temporal. Para garantir os 
                         requisitos temporais e um comportamento consistente e est{\'a}vel 
                         {\'e} necess{\'a}rio um estudo mais aprofundado de 
                         sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios em um sistema 
                         distribu{\'{\i}}do de tempo real. Este trabalho tem por objetivo 
                         principal estudar algoritmos de sincroniza{\c{c}}{\~a}o de 
                         rel{\'o}gios e suas influ{\^e}ncias sobre um sistema de 
                         controle. Para isto, foram escolhidos: 1) o algoritmo de 
                         sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios Welch-Lynch (FTM 
                         Fault-Tolerant Mid-Point); 2) Filtro de Kalman; 3) FTA 
                         (Fault-Tolerant Average); 4) Duas arquiteturas de controle 
                         distribu{\'{\i}}do (Federada e Integrada). Nas duas arquiteturas 
                         de controle utilizadas foram analisados e simulados os efeitos das 
                         imperfei{\c{c}}{\~o}es do rel{\'o}gio no sistema. Na 
                         arquitetura de controle federada a malha de controle n{\~a}o 
                         est{\'a} em rede e na arquitetura de controle integrada a malha 
                         de controle est{\'a} em rede. Para a simula{\c{c}}{\~a}o foi 
                         usada uma ferramenta de simula{\c{c}}{\~a}o chamada TrueTime, 
                         baseada em Matlab/Simulink e o Microsoft Excel. Variando os 
                         par{\^a}metros de deriva e vi{\'e}s inicial do rel{\'o}gio, 
                         foram feitos os seguintes casos de simula{\c{c}}{\~a}o: 1) 
                         Simula{\c{c}}{\~a}o com o Microsoft Excel dos Algoritmos 
                         Welch-Lynch e FTA, para an{\'a}lise e compara{\c{c}}{\~a}o; 2) 
                         Sincroniza{\c{c}}{\~a}o de Rel{\'o}gios utilizando-se do 
                         Welch-Lynch em um sistema de controle com arquitetura federada com 
                         barramento de comunica{\c{c}}{\~a}o TDMA; 3) 
                         Sincroniza{\c{c}}{\~a}o de Rel{\'o}gios com Filtro de Kalman em 
                         um sistema de controle com arquitetura federada com barramento de 
                         comunica{\c{c}}{\~a}o TDMA; 4) Sincroniza{\c{c}}{\~a}o de 
                         Rel{\'o}gios utilizando-se o Welch-Lynch em um sistema de 
                         controle com arquitetura integrada com os barramentos de 
                         comunica{\c{c}}{\~a}o TDMA e Ethernet. Estes estudos de caso 
                         possibilitaram analisar diversos casos de 
                         sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios, e as v{\'a}rias 
                         influ{\^e}ncias que os rel{\'o}gios podem causar no sistema de 
                         controle e na congru{\^e}ncia dos dados. Concluiu-se que: 1)A 
                         arquitetura de controle Federada {\'e} muito mais robusta a erros 
                         de rel{\'o}gios que a arquitetura de controle Integrada que 
                         {\'e} mais sucetivel a erros; 2) O algoritmo Welch-Lynch n{\~a}o 
                         garante a corre{\c{c}}{\~a}o de erros com vi{\'e}s inicial; 3) 
                         O Filtro de Kalman corrigiu melhor erros de vi{\'e}s inicial; 4) 
                         O FTA possui um desempenho melhor quando o sistema possui mais de 
                         7 rel{\'o}gios a se sincronizar; 5) Os tr{\^e}s algoritmos, 
                         Welch-Lynch, FTA e Filtro de Kalman corrigiram muito bem o erro de 
                         deriva de rel{\'o}gio. Os Algoritmos Welch-Lynch, o FTA e o 
                         Filtro de Kalman s{\~a}o tr{\^e}s m{\'e}todos muito bons, desde 
                         que respeitadas as condi{\c{c}}{\~o}es e restri{\c{c}}{\~o}es 
                         impostas pelo sistema. Neste trabalho os seus resultados foram 
                         muito bons. Com os algoritmos foi poss{\'{\i}}vel simular, 
                         analisar e verificar de uma forma geral, suas 
                         suposi{\c{c}}{\~o}es, suas vantagens e desvantagens e a 
                         precis{\~a}o alcan{\c{c}}ada em cada caso de 
                         sincroniza{\c{c}}{\~a}o. ABSTRACT: The clock synchronization 
                         problems can appear in several different contexts, mainly in 
                         complex applications and highly integration, as an artificial 
                         satellite, which integrate the computer, communication and control 
                         systems. In the real time systems context the composition requires 
                         that the application is specified in both logical domain and in 
                         the temporal domain. To ensure the timing requirements and a 
                         consistent and stable behavior is necessary to further study the 
                         synchronization of clocks in a distributed real time system. This 
                         work intends to study the clock synchronization algorithms and 
                         their influences on a control system. For do this, we chose: 1) 
                         The Welch-Lynch (FTM Fault-Tolerant Mid-Point) clock 
                         synchronization algorithm; 2) Kalman Filter; 3) FTA 
                         (Fault-Tolerant Average); 4) Two Distributed Control System 
                         Architecture (Federated and Integrated). We used two different 
                         control architectures to analyze and simulate the effects of 
                         imperfections of clock in the system, a Federated Control 
                         Architecture (the control loop is not networked) and an Integrated 
                         Control Architecture (the control loop on the network / Networked 
                         Control System). For the simulation was used a TrueTime toolbox, 
                         based on Matlab/Simulink and the Microsoft Excel. By varying the 
                         parameters of drift and offset of the clock, were made the 
                         following cases of simulation: 1) Simulation with Microsoft Excel 
                         of a FTM Algorithm and a FTA algorithm for review and comparison; 
                         2) Clock Synchronization using the Welch-Lynch Algorithm in a 
                         federated control system architecture with TDMA databus; 3) Clock 
                         Synchronization with Kalman Filter technique in a federated 
                         control system architecture with TDMA databus; 4) Clock 
                         Synchronization using the FTM Algorithm in a integrated control 
                         system architecture with a TDMA and Ethernet databus. These case 
                         studies made it possible to analyze several cases of clock 
                         synchronization, and the various influences that the clock errors 
                         may cause the clocks in the control system and in the data 
                         congruence. It was concluded that: 1) The Federated control 
                         architecture is much more robust to clock errors that integrated 
                         control architecture that is more susceptible to clock errors; 2) 
                         The FTM algorithm does not guarantee the convergence with initial 
                         errors; 3) The Kalman Filter was best corrected with the initial 
                         errors; 4) The FTA has a better performance when the system has 
                         more than 7 clocks to synchronize; 5) The three algorithms, FTM, 
                         FTA and Kalman filter corrected very well the error of clock 
                         drift. The FTM, FTA and Kalman Filter algorithms are three good 
                         methods to synchronize clocks, since it the constraints and 
                         conditions are respected. In this work the results of three 
                         algorithms are very good. With the algorithms were simulated, 
                         analyzed and verified, in general, theirs assumptions, advantages, 
                         disadvantages and the precision achieved of each case simulated.",
            committee = "Ricci, Mario Cesar (presidente) and Souza, Marcelo Lopes de 
                         Oliveira e (orientador) and Kuga, H{\'e}lio Koiti and Milani, 
                         Paulo Gi{\'a}como and Trivelato, Gilberto da Cunha",
           copyholder = "SID/SCD",
         englishtitle = "Study of Welch-Lynch (FTM), Fault-Tolerant Average (FTA) and 
                         Kalman filter (KF) algorithms for clock synchronization and their 
                         influences on a control system",
             language = "pt",
                pages = "455",
                  ibi = "8JMKD3MGP7W/37C2FHS",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP7W/37C2FHS",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "25 jan. 2021"
}


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