Redes Locais Industriais

7/25/2019 Redes Locais Industriais

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REDES LOCAIS INDUSTR


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REDES LOCAIS INDUSTRIAIS

Viso Geral .

Necessidade / Viabilidade.

Nveis Hierrquicos de Integrao

Modelo CIM.

Nveis de Hierarquia em uma plant


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VISO GERAL

Redes industriais so extremamente teis em sistemasdistribudos, permitindo integrao de elementos, supervcontrole de um processo, atravs de enlaces fsicos (meiotransmisso) e de um conjunto de regras com a finalidade

organizar a comunicao (protocolos).


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VISO GERAL

As redes locais assumem um papel cada vez mais importante no

de informtica e telecomunicaes. Sempre que existir dois ou m

microprocessadores trocando informaes entre si, existir uma

A complexidade dessas redes varia de uma simples conexo entr

computadores a uma grande rede de computadores conectados

operadoras de telefonia (internet). (SENAI,2012)


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Problema -> No existe somente uma rede que poderia atender

necessidade de todos os nveis de atividade de um meio fabril.

Soluo -> Utilizao de vrias redes interconectadas, cada uma suporte comunicao de uma ou de vrias atividades.

VISO GERAL

NECESSIDADE / VIABILIDADE


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Processos de produo ou Fornecimento de servios

As rede Locais industriais consideram as particularidades de cada

ao ponto de vista da necessidade de comunicao.

Heterogeneidade.

VISO GERAL



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VISO GERAL


A heterogeneidade a variedade, a diferena de sistemas e de meiocomunicao, tais como:

- Implementao do diferente;- Linguagens de programao;- Hardware dos computadores;- Sistemas operacionais;- Redes.


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VISO GERAL


No processo fabril so fundamentais os requisitos: Determinismo. Dbito de informao.

Robustez Flexibilidade (Evolutividade e heterogeneidade).


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VISO GERAL


Existe uma tendncia para a descentralizao da inteligncia e da capacidaddos componentes de sistemas de automao industrial.

Os sistemas so decompostos de nveis hierrquicos de automao e os eleminteligentes so conectados rede de comunicao.

Uma estrutura fabril que considera a decomposio em mdulos funcionais dobedecer uma hierarquia o modelo CIM (Computer Integrated Manufactu


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Controle Descentralizado:

Refere-se topologia do controlador.

O controle implementado de forma distribuda, com os dados processados local

Tipicamente existem diversos sensores e atuadores na mesma malha.

Exemplo: em sistemas digitais, o software de controle pode ser descentralizado, mdulo de controle especfico para controlar cada malha.

VISO GERAL



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VISO GERAL

MODELO CIM

O modelo CIM objetiva automatizar deforma flexvel todos os processosenvolvidos com a manufatura.

Para a maior eficincia do pro

automao flexvel, a fbrica

subdividida e seis nveis hier


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VISO GERAL

MODELO CIM


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VISO GERAL

MODELO CIM


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VISO GERAL

NVEIS DE HIERARQUIA EM UMA PLANTA FABRIL

NVEL 0: COMPONENTES

Neste nvel esto os sensores e atuadores com a finalida Processamento local. Monitorao local. (ex: Emisso de Alarme). Controle em Malha Fechada. Atuao em processo. Fornecimento de informao para o nvel 1.


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VISO GERAL


NVEL 1: SUBSISTEMAS OU UNIDADES

Neste nvel esto as mquinas, os robs, as esteiras e etc. Suas unidades deCNCs, CLPs, e outros dispositivos computacionais, com funes de:

Controle do processo ou da mquina.

Processamento e fornecimento de dados aos operadores.

Deteco e resposta a condies de emergncia.

Realizao de autodiagnsticos.

Coleta de informao sobre a produo da unidade, o uso da matria prima, enerfornece-os para o nvel 2.


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VISO GERAL


NVEL 2: CLULAS FLEXVEIS DE MANUFATURA (FMC)

So constitudas de um agrupamento lgico de unidades, de modo que permifabricao de uma gama de produtos. Do ponto de vista computacional, a FMcomo uma sub-rede de CNCs e CLPs, tendo em geral uma unidade de procesem muitas implementada em um PC, e esta unidade tem funes de :[

Coletar e manter dados de produo, matria-prima, consumo de energia, estoqu Otimizar a operao conjunta das unidades sob seu controle.

Responder a condies de emergncia. Realizar diagnsticos dos elementos sob seu controle.

Interface com o nvel superior.


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VISO GERAL


NVEL 2: CLULAS FLEXVEIS DE MANUFATURA (FMC)


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VISO GERAL


NVEL 3: REA

Corresponde ao agrupamento de FMCs que fabricam de forma completa umproduto ou linha de produtos. Muitas vezes esse rea constitui um sistema fmanufatura. Do ponto de vista computacional, vista como uma sub-rede inFMCs entre si e possui uma unidade de gerenciamento.

Interconectar clulas entre si, atribuindo funes a cada uma e realizando sequeintertravamentos entre as mesmas.

Manter base de dados de produo, estoques, utilizao de materiais, insumos erea.

Preparar e emitir relatrios de produo.

Estabelecer programa de produo para as clulas da rea. Otimizar o plano de produo da rea.

Realizar interface com os nveis superiores e inferiores.


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VISO GERAL


NVEL 4: PLANEJAMENTO

Chamado tambm de 4P, responsvel pelo planejamento do produto, proceproduo. No esta no cho de fbrica e sim no setor de engenharia conectcomputadores em rede, que possuem ferramentas de software, em conjuntoresponsveis por:

Planejar e projetar o produto e o processo de fabricao. Estabelecer o plano de produo bsico

Determinar os nveis de estoque. Coletar, processar e armazenar dados sobre: situao de matria prima, consum

energia, produtos acabados e controle de qualidade.


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VISO GERAL


NVEL 5: ADMINISTRAO CORPORATIVA

Administrao da empresa (setores de negcios, vendas, RH .....). A maior pacomputadores tambm tem acesso a acesso do sistema, e faz uso do banco para:

Fornecer informaes sobre o estado da planta, da companhia e da produo necgerenciamento da planta e da companhia, atividade de pessoal administrativo (cocontabilidade ..).

Fornecer informaes para decises estratgicas da companhia.

Interfaceamento com nveis inferiores da hierarquia e com o mundo externo.


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VISO GERAL


TENDNCIAS

A tendncia de estruturao hierrquica se aproximar cada vez mais do procvez mais subsistemas independentes e dotados de uma inteligncia local), semperder as vantagens de uma superviso e conduo central do sistema como um


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COMPORTAMENTO TEMPORAL

Em geral os sistemas industriais requerem sistemas de superviso e co

caractersticas de Tempo-Real.

Em aplicaes deste tipo importante saber o Comportamento Temporal da


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Um STR (Sistema de Tempo Real) um sistema computacional que deestmulos (fsicos ou lgicos) oriundos do ambiente a ser controlado

intervalos de tempos impostos pelo prprio ambiente. Onde a correo n

somente dos resultados lgicos obtidos, mas tambm do instante no

produzidos.


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As mensagens de um STR podem ter as seguintes restries temporais: Peridicas: tem que ser enviadas em intervalos fixos pr-estabelecidos de tempo

Exemplo: Mensagens ligadas a malhas de controle.


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As mensagens de um STR podem ter as seguintes restries temporais: Espordicas: mensagens sem perodos fixos, porm que tem intervalo de tempo e

emisses consecutivas

Exemplo: pedidos de status, pedido de emisso de relatrios do sistema.


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As mensagens de um STR podem ter as seguintes restries temporais: Aperidicas: tem que ser enviadas a qualquer momento, sem perodo ou previso

Exemplo: alarmes em caso de falhas.


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PROTOCOLOS

Para muitas aplicaes fabris, especialmente aquelas com requisitos de tempo

necessrio utilizar protocolos para que definam o acesso ao meio fsico.

Portanto, a comunicao em tempo real est fortemente ligada ao protocolo u


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PROTOCOLOSMACCLASSIFICAO

Alocao Fixa: alocam o meio s estaes por determinados intervalosindependente de haver ou no necessidade de acesso. Exemplo: TMDA ( Ti

Multiple Access).

Alocao Aleatria: permite acesso aleatrio das estaes do meio. Exem

(Carrier Sense Multiple Access).

Obs.: Em caso de envio simultaneo de mais de uma estao, ocorre uma coliso

envolvidas tem que transmitir suas mensagens aps a resoluo do confli

(protocolos de conteno).


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PROTOCOLOSMACCLASSIFICAO

Alocao Controlada: cada estao de direito de acesso apenas quando de popermisso, que entregue as estaes segundo alguma sequncia predefinida

TokenPassing, Master-Slaves.

Alocao Por Reserva: para poder usar o meio, as estaes tm que reservar

antecedncia, enviando pedidos a uma estao controlada durante um interva

pr-destinado a este fim. Exemplo: CRMA (Cyclic Reservation Multiple Access

Hbridos: consistem em 2 ou mais categorias anteriores.


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PROTOCOLOSMACCLASSIFICAO: COMPORTAMENTO TEMP

MAC

Determinsticos

NoDeterminsticos

ControleCentralizado

CSMA

ControleDistribudo

Mestre-Escravo Tok

Tok

VarDeter

do


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PROTOCOLOSMACCLASSIFICAO: COMPORTAMENTO TEMP

Classificao por Comportamento Temporal:

Determinsticos: caracterizados pela possibilidade de definio de um tempo limit

entrega de uma dada mensagem .

No Determinsticos: tempo de entrega no determinado (aleatrio ou probabils


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PROTOCOLOSMACNO DETERMINSTICOS

CSMA (Carrier Sense Multiple AccessAcesso Multiplo por Deteco de Por CSMA no persistente:

Emissor escuta o meio, se meio livre, transmite mensagem.

Se meio ocupado, tenta retransmitir mais tarde.

CSMA 1-persistente:

Meio livre, transmite com probabilidade 1 (100%).

Se meio ocupado, espera na escuta (persiste) at o canal ficar livre.

CSMA P-persistente:

Meio livre, transmite com probabilidade p ou atrasa a transmisso em um dado tempo com (1-p); se canal ainda livre, repete o procedimento , se ocupado aguarda liberao e reinicia.

Se meio ocupado, aguarda liberao e reinicia.


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CSMA (Carrier Sense Multiple AccessAcesso Multiplo por Deteco de Por CSMA no persistente: faz pior uso da banda, mas tem menor probabilidade de g

CSMA 1-persistente: faz melhor uso da banda, mas tem maior probabilidade de ge

CSMA P-persistente: intermdio entre as duas acima.


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CSMA (Carrier Sense Multiple AccessAcesso Multiplo por Deteco de Por Todas as variantes no impedem coliso

Receptora envia quadro de reconhecimento (ACK) a emissora se a transmisso e

Em caso de erro de transmisso ou coliso as mensagens so retransmitidas aps

determinado tempo (Timeout) no emissor.


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CSMA|CD (Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection Acesso por Deteco de Portadora com Deteco de Coliso): Mtodo de acesso ndeterminstico com controle distribudo.

Operao

Emissor escuta meio;

Se meio livre, enviar primeiro byte do quadro

Emissor escuta meio durante a transmisso e compara com byte enviado Se igual (no houve coliso) envia resto da mensagem. Seno espera um tempo e

operao

Se transmisso bem sucedida, emissor espera ACK do receptor


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CSMA|CD:


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Mtodo de acesso CSMA: Simplicidade

Autonomia das estaes

Tempo de reao no pode ser exatamente determinado

Mtodo de acesso CSMA-CD, melhor por tambm:

No perde tempo enviando dados aps uma coliso

Ocorrncia de coliso detecta logo no inicio da transmisso.


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Razes do No Determinismo: No se sabe se havero colises

No se sabe quantas colises seguidas podem ocorrer

No se conhece de antemo tempo aleatrio de espera em caso de coliso

Portanto, estas caractersticas tornam os protocolos CSMA e CSMA-CD ruin

aplicaes em processos que necessitem de Sistemas de Tempo Real, muito co

cho de fbrica. Porm, podem ser aplicados em escritrios.


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PROTOCOLOSMACDETERMINSTICOS

Comando Centralizado: Mestre Escravo

Garante um tempo definido entre as transmisses

Controle distribudo com controle centralizado

Deadline vs. Tempo de varredura


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Comando Centralizado: Mestre Escravo


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Comando Distribudo: TokenBus


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Comando Distribudo: TokenBus


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Comando Distribudo: TokenRing A ficha circula pela topologia anel

At ser removida por uma estao

Que deseja transmitir dados


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Comando Distribudo: Forcing Headers (Variante determinista de CSMA)

Processo:

Estaes enviam bit a bit um identificador da mensagem, que define a prioridade d(cada mensagem tem que ter prioridade diferente das demais e se todos os bits didentificador for 0, prioridade mxima);

Camada fsica executa uma AND sobre cada bit enviado ao barramento (ativa ao e desativa a enviar um 0)

Transmisso interrompida quando um 1 enviado e existe uma coliso (0 lido)

Se identificador transmitido at o fim se coliso, o resto da mensagem enviada


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Comando Distribudo: Forcing Headers (Variante determinista de CSMA)


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PROTOCOLOSPROWAY

Proposta PROWAY (ProcessData Highway) iniciada em 1975 pela IEC (InternaElectrotechnicalCommission) para a normalizao de redes de comunicao p

controle de processos:

Proway passou pelas fases A, B e C.

Proway A e B utilizavam o protocolo HDLC da ISO na camada de enlace, com ace

tipo Mestre / Escravos.

Proway C adotou a tcnica de Token-Passing.


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PROTOCOLOSPROWAY

Arquitetura composta de 4 camadas do modelo OSI:

"Line" (camada fsica);

"Highway" (camada de enlace);

"Network" (camada de rede);

"Application" (camada de aplicao)


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PROTOCOLOSTOP

Technical Office Protocol (TOP): desenvolvido pela BOEING a partir de 1983

Redes para automao de reas tcnicas e administrativas.

Baseado no modelo OSI de 7 camadas.

A partir de 1986: MAP e TOP reunidos (projeto MAP/TOP).

Servios: -correio eletrnico; -processamento de textos; -acesso a base de dados transferncia de arquivos; -CAD/CAM distribudo; -troca de documentos; -transabancrias. -


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PROTOCOLOSTOP

Servios:

Correio eletrnico;

Processamento de textos;

Acesso a base de dados distribuda;

Transferncia de arquivos;

CAD/CAM distribudo;

Troca de documentos;

Transaes bancrias.


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PROTOCOLOSMAP

Manufacturing Automation Protocol (MSP): iniciativa da GM (1980), com a finalidad

rede voltada para automao da manufatura (baseada no RM-OSI).

MAP bem adaptada para comunicao entre equipamentos de cho de fbrica, tais

Robs, CNC, CLP, terminais de coleta de dados, Computadores, etc.

Para aplicaes com tempos crticos foi definida a verso MAP/EPA (Enhanced Per

Architecture), que apresenta duas pilhas de camadas: arquitetura MAP completa (7

uma arquitetura simplificada (camadas 1, 2 e 7).

Verso mais simplificada: MINI-MAP implementa somente as camadas 1, 2 e 7 do R


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PROTOCOLOSMAP - ARQUITETURA

Camadas 1 e 2: selecionadas normas IEEE 802.4 (barramento com ficha) e IEE

(LLC).

Camada Fsica: escolhido o suporte de comunicao em broadband, com cabo

Escolha de broadband baseada nas razes seguintes:

possibilidade de uso de vrios canais de comunicao sobre um mesmo suporte;

permitir a troca de sinais como voz e imagem para aplicaes como superviso, c

fechado de TV, teleconferncia, etc.


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Camada de Enlace (MAC): escolhido Token-Bus, pois:

era o nico protocolo suportado em broadband;

muitos equipamentos programveis j usavam broadband e IEEE 802.4;

possibilidade de atribuir prioridades s mensagens.

Camada de Enlace (LLC): optou-se por LLC tipo 1 (sem conexo e sem reconhec

Camada de Rede: sem conexo, cada mensagem sendo roteada individualmente at

rede. Protocolo de roteamento definido pelo projeto MAP e normalizado na ISO sob o

9542.


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Camada de Transporte: protocolo classe 4 da ISO (TP4, ISO 8072/73), orienta

conexo, com controle de erros. Oferece um canal de comunicao confivel,

perdas, erros, nem duplicao de mensagens. TP4 assegura ainda as funes de

fragmentao e blocagem de mensagens.

Camada de Sesso: norma ISO 8326/27, modo fullduplex e resincronizao.

Camada de Apresentao: representao de dados baseada na ASN.1

PROTOCOLOS


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Camada de Aplicao:

MMS: troca de mensagens entre equipamentos de produo;

FTAM: acesso e a transferncia de arquivos;

ROS: gesto de nomes (diretrio);

Funes de gerenciamento de rede: gesto dos recursos, medio de desempenho

modificao dos parmetros da rede

PROTOCOLOS


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REDES LOCAIS PARA AUTOMAO DE


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REDES LOCAIS PARA AUTOMAO DEESCRITRIOS

Tipos mais difundidos:

ETHERNET (DEC, INTEL e XEROX);

ARCNET (Datapoint);

TOKEN-RING (IBM).

REDES LOCAIS PARA AUTOMAO DE


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REDES LOCAIS PARA AUTOMAO DEESCRITRIOS

Caractersticas bsicas:



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REDES LOCAIS INDUSTRIAISDEVICENET

DeviceNet uma rede industrial de baixo custo para conectar dispositivos co

fim de curso, clulas fotoeltricas, vlvulas, motores, drives, displays de CLP e P

DeviceNet foi desenvolvida tendo CAN como base.

DeviceNet oferece manipulao robusta e eficiente de dados e baseada na t

produtor / consumidor



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REDES LOCAIS INDUSTRIAISDEVICENETCAMADA FSICA

Configurao em barra (daisy-chain ou ramificaes)

Ns podem ser removidos sem interromper linha

At 64 ns endereveis

Sinal e alimentao de 24vdc no mesmo cabo

Taxas transmisso: 125kbps, 250kbps, 500kbps

Conectores selados ou abertos

Terminador de 121 ohms nas extremidade



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Conectores



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Daisy-Chaining



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REDES LOCAIS INDUSTRIAISDEVICENETCAMADA ENLACE

Enlace segue sistema CAN.

Formas de comunicao suportadas atravs do modelo produtor/consumidor

Master/Slave: escravos s enviam dados em resposta a varredura do mestre.

Multi-master: vrios mestres e vrios escravos.

Mudana de estado dos dados: envio de dados entre estaes predefinidas sempr

houver alterao de estado.

Produo cclica de dados: estaes enviam dados entre si em intervalos fixos de



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REDES LOCAIS INDUSTRIAISDEVICENETCAMADA DE APLICAO

CIP: Common Industrial Protocol

Definio do campo Identifier Estabelece prioridade no processo de arbitragem

usado pelos ns receptores para identificar mensagens

Dois tipos de mensagens: Mensagens de I/O para dados de controle crticos no tempo

Mensagens explicitas para funes cliente/servidor

Fragmentao para dados maiores que 8 bytes

Deteco de identificadores duplicados

Verificao de consistncia dos dados de aplicao

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