WO2020006612A1 - Sistema de rede segura em malha para compartilhamento de dados e respectivos dispositivos de acoplamento e interface - Google Patents

Sistema de rede segura em malha para compartilhamento de dados e respectivos dispositivos de acoplamento e interface Download PDF

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    • Y04S40/18—Network protocols supporting networked applications, e.g. including control of end-device applications over a network

Definitions

  • the present invention relates to an innovative mesh secure network system and its coupling and interface devices, pertaining to the field of computer and data sharing articles, more precisely the invention concerns the use of said technologies.
  • Software Defined Networking SDN
  • Software Defined Radio SDR
  • NetWork Functions Virtualization NFV
  • Mesh Networks in conjunction with mesh topology networks using highly robust, reliable and reliable networks. flexible for building and deploying an architecture that enables the operation of distributed and flexible services.
  • the meshed secure network system and its coupling and interface devices finds various applications such as automated input metering (metering), input interruption, communication communication system. contingency and alarms, Bluetooth communication system, RF network interconnection, etc.
  • mesh networks are commonly used to connect devices with low cost, high robustness and reliability.
  • Recent advances in the computing and communication capabilities of "System on Chip” microcontrollers enable the creation of increasingly complex applications running on these platforms.
  • the proposed architecture allows the use of a mesh network to virtualize other networks and allow complex, integrated applications to be created from software reconfiguration.
  • SDN Software Defined Networking
  • SDR Software Defined Radio
  • NFV NetworkWork Functions Virtualization: Allows entire classes of network functions to be virtualized. This is done by exporting low-level functionality (such as SDN and SDR) to high-level applications, and can create networks, services, applications and virtual devices that can interact with the real world transparently as if they were devices. and real networks.
  • low-level functionality such as SDN and SDR
  • the invention comprises the use of all these technologies in conjunction with mesh topology networks utilizing highly robust, reliable and flexible networks. for creating and deploying an architecture that enables the operation of distributed and flexible services.
  • Cloud servers share the same physical hardware infrastructure to run multiple instances of different operating systems, providing logical isolation between two users, thus saving a lot of money on hardware infrastructure.
  • Network virtualization is also widely applied in the industry, and various technologies are used from this concept: “VLAN”, “MPLS”, “IP-IP Tunnel”, “Tunnel 6in4", “tunnel 4in6”, “SSH “, etc. These technologies allow multiple independent networks to share the same physical infrastructure (such as cables, switches, routers, etc.).
  • US 7089089 B2 entitled “METHODS AND APPARATUS FOR CATCHING ENERGY READINGS FROM AN POWER MONITORING DEVICE”, discloses an energy monitoring device, including procedures for securely communicating device data.
  • the power monitoring device includes a public / private key pair used to digitally encrypt and / or sign communications by the device. This allows the recipients of these communications to authenticate communications to ensure that the device and / or communications have not been compromised.
  • the power monitoring device is further capable of communicating over an "ad hoc" mesh network, thereby facilitating communications between devices that are substantially inaccessible due to physical or economic limitations.
  • US Patent Document 7715951 B2 entitled "POWER SUPPLY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD PROVIDED BY AN ELECTRICAL UTENSIL", discloses a system for managing the power consumption provided by an electric utility for a power consumption device which includes at least one client device and one server. Each client device operates at least partially to control messages received from the server and controls the operation of one or more controllable devices. Each device selectively controllable enables and disables a power flow to one or more of the consumer devices. The server stores information, on a device basis per client, related to the power consumed by the consuming devices.
  • the server selects, based on client device information stored in the database, at least one client device for which to issue a power reduction message that indicates at least one of a quantity. to be reduced and a controllable device ID to be instructed to disable a power flow.
  • US8996188B2 entitled “RESIDENTIAL POWER MONITORING AND CONTROL SYSTEM AND METHOD"
  • the system and method can connect to a power source and a power consumption device by connecting the power consuming device to the power source.
  • the power consumption of the consuming device can then be measured and monitored.
  • This monitoring data can be stored and optionally sent to a control device on a data network.
  • the location of the power consumption device can also be determined, recorded and sent to a control device.
  • the system can also control the power usage of the power consumption device.
  • a remote server may connect multiple power monitoring systems for additional efficiencies and foster a community-based social network.
  • US2011 / 0063126 A1 entitled "RESOURCE MANAGEMENT COMMUNICATION HUB” discloses a communication architecture for managing / relaying utility information such as power, water or gas.
  • the system includes a hub with a first communication interface for receiving consumption data of a predetermined power load and a second communication interface for communicating with a metering device.
  • the second communication interface is configured to transmit the consumption data to the metering device and to receive control signals from the metering device where the consumption data is communicated using a first protocol and where the control signals are communicated using a second protocol. protocol.
  • US Patent Document 2010/0076615 A1 entitled "ELECTRIC POWER SUPPLY SYSTEMS, DEVICES AND METHODS, USE MONITORING, ANALYSIS AND ENABLING EFFICIENCY IMPROVEMENTS", refers to systems, devices and methods for the efficient use of utilities, particularly the distribution and supply of electricity at appropriate voltages, monitoring and use by end devices, and to facilitate consumers to change their energy use behavior, and easily adopt and install the appropriate sustainable, energy efficient technologies. or renewable.
  • Such end devices typically include traditional electrical, electronic and lighting fixtures that require AC or DC power supply or low voltage DC power via AC / DC converters.
  • US8588991 B1 entitled “SYSTEM, METHOD AND APARTMENT FOR ELECTRIC POWER NETWORK AND GRID ACTIVE ELEMENT NETWORK MANAGEMENT", discloses a system where grid elements are transformed into active grid elements after the initial registration of each grid element with the system, preferably through network-based communication between grid elements and a coordinator, either in coordination with or outside an IP-based communications network router.
  • a multiplicity of active grid elements works in the grid for source capacity, source and / or load limitation as source or capacity.
  • messages are managed over a network by a coordinator using IP messages for communication with grid elements, the power management system (EMS), and utilities, market participants and / or operators. network.
  • This solution has the ability to interconnect, manage and operate on any type of connectable equipment. For example: electricity, water, gas, traffic light control, residential and industrial machines, among others.
  • AMR Automatic Meter Reading
  • AMI Advanced Metering Infrastructure
  • FIG. 1 - Shows a diagram that illustrates the network layers and some of the possibilities of virtualization architecture.
  • a virtual network built on a base network (1) where you have a virtual network (1A) and base network (1 B); a typical IP-to-IP virtualization scenario (2), where you have application (2A), TCP / IP (2B), and ethernet / Wi-Fi (2C); a ZigBee virtual network over 6L0WPAN mesh (3), which has application (3A), ZigBee (3B), UDP / 6L0WPAN (3C) and IEEE802.15.5g (3D); a Bluetooth virtual network over 6L0WPAN mesh (4), which has application (4A), Bluetooth (4B), UDP / 6LoWPAN (4C) and IEEE802.15.5g (4D) and finally a TCP / IP virtual network over 6L0WPAN mesh (5), which has application (5A), TCP / IP (5B), UDP / 6L0WPAN (5C) and IEEE
  • FIG. 2 - Shows a diagram illustrating the main components of a typical network interconnect node as well as the data stream destined for the virtual network.
  • mesh base network (6) main radio (7), mesh network stack (8) (6L0WPN or similar), application (9), "NFP” (10), auxiliary radio (11) and virtualized network (12).
  • FIG. 3 - Shows a diagram that exemplifies and illustrates the network topology, showing the controller, which communicates with the interconnect node (through the base network) to the virtual network, with the clients.
  • the virtual network behaves like a real physical network in a transparent way.
  • controller 13
  • edge router 14
  • node 15
  • main radio (7) auxiliary radio network backbone (16
  • mesh physical base 17
  • interconnect node (18) (base network client; virtual network coordinator) and virtualized network (19).
  • FIG. 4 - Shows a network "Smart utility NetWork” (concept used for the solution), consisting of a network infrastructure for capturing data from the measurement of energy, water, gas and the like. Representing 0 electric meter (46), water meter (47), gas meter (48), 0 mobile data collector (49), utility provider (50), data collector (51) , external network (52).
  • FIG. 5 - Shows a diagram of the coupling device (20), or simply router, connected to the power consumption meter (46).
  • FIG. 6 - Shows a diagram of the interface device (33) or gateway, connected to the internet (53), by means of a "PoE” (Power Over Ethernet) source (54) consisting of ethernet ports (55) and AC power supply (56) .
  • PoE Power Over Ethernet
  • the "MESH SECURE NETWORK SYSTEM FOR SHARING DATA AND THEIR MATCHING AND INTERFACE DEVICES" object of this patent, refers to the operational leverage over a smart grid highly interconnected proprietary and semi-autonomously managed.
  • the architecture of the system being presented contains four main components: Base Network; Network controller; "NetWork Function Provider” and Network Interconnect Node.
  • NetworkWork Function Provider [047] It is the software component that runs on the network node capable of virtualizing applications and other networks. This component exports low-level network and radio functionality for access by the network controller.
  • Figure 2 illustrates the main components of a typical network interconnect node as well as the flow of data to the virtual network.
  • This technology finds various applications such as automated meter measurement system, contingency and alarm communication system, Bluetooth communication system, "RF" network interconnection, etc.
  • the automated meter measurement system comprises a system where meters using different radio frequency technologies (such as Zigbee, Bluetooth, RF etc.) can be accessed by the network node as long as the auxiliary radio supports the technology. of communication.
  • radio frequency technologies such as Zigbee, Bluetooth, RF etc.
  • the technology can be used to spread Bluetooth messages (or some other radio system) in the event of a disaster or contingency.
  • Bluetooth communication system It can be used to interconnect Bluetooth devices (such as mobile devices) to exchange messages in an urban environment without the need to use the cellular network.
  • RF radio frequency
  • the coupling device (20) is designed to be coupled to any other apparatus that requires action, such as reading power consumption, cutting and reclosing, water, gas, switching off and reclosing a semaphore, Reconnection of water supply at a particular location (building, industry, block, region and / or etc.).
  • This coupling device (20) is used for routing free radio frequency "actions" to other routers to a "gateway", forming a "Smart Mesh”.
  • the coupling device (20) also has radio frequency specific for interaction with equipment such as smartphone, tablet and others.
  • the coupling device (20) or router is an electronic device with AC / DC power supply (21), PIMA interface (22), relay (23), MCU processor (24), LED power (25), relay LED (26), PIMA LED (27), optional external antenna (28), connector (29), gateway radio (30), cellular radio (31) and bluetooth antenna (32).
  • the interface device (33) interfaces with cells made up of routers, servers, telecommunication antennas and the internet.
  • Said interface device (33) is consisting of an ethemet port (34), USB port (35), AC / DC power supply (36), MCU processor (37), SIM card (38), GSM module (39), GSM antenna (40), radio for router (41), router antenna (42), power LED (43), network LED (44) and GSM LED (45).
  • Networking refers to the exclusive communication between the source node and the destination node that the intermediate network components are unaware of, although involved in the process of interconnection between source and destination.
  • Flow control performed by "TCP" is an example of end-to-end protocol.
  • Mesh is a protocol alternative to the 802.11 standard for data and voice traffic guidelines beyond cable networks or wireless infrastructure. Users in buildings can connect to the meshed network, usually via Ethernet, or wirelessly over 802.11 networks.
  • ZigBee is a standard that will be set by an alliance of companies from different market segments called the "ZigBee Alliance". This protocol is being designed to enable reliable, low power consumption and low baud rates for monitoring and control applications.
  • SND Software-defined networks
  • network elements such as routers, switches, among others. With this virtualization, it is possible for these elements to be managed through software designed for this purpose. This gives greater flexibility in the management of these network elements, as Software-defined networks allow programmable network to exist.
  • Home automation is the term used in “Robotics”, defined as the integration of automatic mechanisms in a space, simplifying people's daily lives, satisfying communication, comfort and safety needs.

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Abstract

O presente pedido de patente idealiza um sistema de rede segura em malha para compartilhamento de dados e respectivos dispositivos de acoplamento e interface, pertencente ao campo dos artigos para informática e compartilhamento de dados; a invenção se trata da utilização de tecnologias ditas "Software Defined Networking" (SDN), "Software Defined Radio" (SDR), "Network Functions Virtualization" (NFV) e Redes em malha (mesh) em conjunto com redes de topologia "mesh", utilizando redes robustas, confiaveis e flexíveis para criação e implantação de uma arquitetura que permite a operação de serviços distribuídos e flexíveis; com o avanço da tecnologia da comunicação, surgiu a necessidade de obter processos de troca de dados e de atuação remota de forma eficiente e ágil, e a necessidade de gerenciar estas novas soluções com estruturas pouco complexas e de baixo custo inerente; as atuais e tradicionais redes (fibra ótica, roteadores, etc.) se mostram complexas e caras, uma vez que requerem ampla infraestrutura para sua instalação e exigem constante e dispendiosa manutenção; o objeto da presente patente, refere-se à alavancagem operacional sobre uma rede inteligente proprietária altamente interconectada e gerenciada de forma semiautônoma, cuja arquitetura contém quatro componentes principais: Rede base; Controlador de rede; Controlador de rede "Network Function Provider" e Nó de interconexão da rede.

Description

SISTEMA DE REDE SEGURA EM MALHA PARA COMPARTILHAMENTO DE DADOS E RESPECTIVOS DISPOSITIVOS DE ACOPLAMENTO E INTERFACE
Campo da invenção
[001] A presente patente de invenção tem por objeto um inovador sistema de rede segura em malha e respectivos dispositivos de acoplamento e interface, pertencente ao campo dos artigos para informática e compartilhamento de dados, mais precisamente a invenção se trata da utilização de tecnologias ditas "Software Defined Networking" (SDN), "Software Defined Radio" (SDR), "NetWork Functions Virtualization" (NFV) e Redes em malha (mesh) em conjunto com redes de topologia "mesh", utilizando redes altamente robustas, confiáveis e flexíveis para criação e implantação de uma arquitetura que permite a operação de serviços distribuídos e flexíveis.
[002] O sistema de rede segura em malha e respectivos dispositivos de acoplamento e interface, objeto do presente pedido de patente, encontra várias aplicações, tais como em sistema de medição automatizada de insumos (medidores), interrupção de insumos, sistema de comunicação de contingência e alarmes, sistema de comunicação Bluetooth, interconexão de redes "RF", etc..
[003] De uma maneira geral redes em malha (mesh) são comumente usadas para conectar dispositivos com baixo custo, alta robustez e confiabilidade. Avanços recentes na capacidade computacional e de comunicação de microcontroladores "System on Chip" possibilitam a criação de aplicações cada vez mais complexas que executam nessas plataformas. A arquitetura proposta permite o aproveitamento de uma rede em malha para virtualizar outras redes e permitir que aplicações complexas e integradas sejam criadas a partir de reconfiguração por software.
[004] As tecnologias principais utilizadas são: a) "Software Defined Networking" (SDN): permite que a topologia da rede seja reconfigurada logicamente através de software.
b) "Software Defined Radio" (SDR): permite que parâmetros de comunicação dos rádios (como por exemplo, taxa de dados, potência de transmissão, modulação, codificação, canal, parâmetros de espalhamento espectral, etc.) sejam reconfigurados através de software.
c) "NetWork Functions Virtualization" (NFV): permite que classes inteiras de funções de rede sejam virtualizadas. Isso se dá através da exportação de funcionalidades de baixo nível (como as de SDN e SDR) para aplicações de alto nível, podendo criar redes, serviços, aplicações e dispositivos virtuais que podem interagir com o mundo real de forma transparente, como se fossem dispositivos e redes reais.
d) "Redes em malha" (mesh): essa tecnologia permite a criação de redes altamente robustas de baixo custo operacional com aplicações principalmente em ambiente urbanos e suburbanos. A rede é caracterizada pelo fato de cada nó da rede ser capaz de funcionar como um repetidor, retransmitindo mensagens e, portanto, estendendo a cobertura e aumentando a robustez da rede. Quanto mais nós a rede tem, mais robusta ela é.
[005] A invenção compreende a utilização de todas essas tecnologias em conjunto com redes de topologia "mesh", utilizando redes altamente robustas, confiáveis e flexíveis para criação e implantação de uma arquitetura que permite a operação de serviços distribuídos e flexíveis.
[006] Trata-se, portanto, de um sistema desenvolvido com perfeição e eficiência, no intuito de oferecer um sistema de rede segura em malha, proporcionando grande confiabilidade ao que se presta, tanto por suas características funcionais, como pela confiabilidade do produto.
[007] Para um melhor entendimento do objeto do presente pedido segue abaixo algumas definições básicas.
[008] Virtualização de sistemas são comumente utilizados na indústria. Servidores em nuvem compartilham a mesma infraestrutura física de hardware para executar múltiplas instâncias de sistemas operacionais diferentes, oferecendo isolação lógica entre dois usuários, economizando assim muito dinheiro em infraestrutura de hardware. Atualmente, alguns servidores chegam a compartilhar milhares de ambientes virtualizados, que operam de forma transparente como se fossem milhares de servidores distintos.
[009] Virtualização de rede também é amplamente aplicada na indústria, e várias tecnologias são utilizadas a partir deste conceito: "VLAN", "MPLS", "Tunnel IP-IP", "Tunnel 6in4", "tunnel 4in6", "SSH", etc. Essas tecnologias permitem que várias redes independentes compartilhem a mesma infraestrutura física (como por exemplo, cabos, switches, roteadores etc.).
[010] Existe ainda uma arquitetura de rede alternativa que faz parte do grupo de arquiteturas "FIA" (Future Internet Architectures) chamada "RI NA" (Recursive InterNetwork Archítecture) que utiliza blocos lógicos simples que implementam todas as funções de redes que podem ser empilhados indefinidamente, simplificando a manutenção, mobilidade e projeto de redes.
Estado da técnica
[011] O documento de patente US 7089089 B2, intitulado "MÉTODOS E APARELHOS PARA CAPTURAR AS LEITURAS DE ENERGIA DE UM DISPOSITIVO DE MONITORAMENTO DE ENERGIA", revela um dispositivo de monitoramento de energia, incluindo procedimentos para comunicação segura de dados do dispositivo. O dispositivo de monitoramento de energia inclui um par de chaves pública/privada usada para criptografar e/ou assinar digitalmente as comunicações pelo dispositivo. Isso permite que os receptores dessas comunicações autentiquem as comunicações para garantir que o dispositivo e/ou as comunicações não foram comprometidos. O dispositivo de monitorização de energia é ainda capaz de comunicar através de uma rede "ad-hoc" "mesh", facilitando assim as comunicações entre os dispositivos que são substancialmente inacessíveis devido a limitações físicas ou económicas.
[012] O documento de patente US 7715951 B2, intitulado "SISTEMA E MÉTODO DE GESTÃO DO CONSUMO DE ENERGIA FORNECIDA POR UM UTENSÍLIO ELÉTRICO", revela um sistema para gerenciar o consumo de energia fornecida por um utilitário elétrico para um dispositivos de consumo de energia que inclui pelo menos um dispositivo cliente e um servidor. Cada dispositivo cliente opera pelo menos parcialmente para controlar as mensagens recebidas do servidor e controla a operação de um ou mais dispositivos controláveis. Cada dispositivo controlável seletivamente habilita e desativa um fluxo de energia para um ou mais dos dispositivos de consumo. O servidor armazena informações, em uma base de dispositivo por cliente, relacionadas à energia consumida pelos dispositivos de consumo. Quando uma redução de energia é solicitada pelo utilitário, o servidor seleciona, com base nas informações do dispositivo cliente armazenadas no banco de dados, pelo menos um dispositivo cliente para o qual emitir uma mensagem de redução de energia que indica pelo menos uma de uma quantidade de energia a ser reduzida e uma identificação do dispositivo controlável para ser instruído para desativar um fluxo de energia.
[013] O documento de patente US8996188B2, intitulado "SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAÇÃO E CONTROLE DE ENERGIA RESIDENCIAL", diz respeito a um sistema e método para monitorar e controlar o consumo de energia de um dispositivo elétrico. O sistema e o método podem se conectar a uma fonte de energia e a um dispositivo de consumo de energia, conectando o dispositivo que consome energia à fonte de energia. O consumo de energia do dispositivo consumidor pode então ser medido e monitorado. Esses dados de monitoramento podem ser armazenados e, opcionalmente, enviados para um dispositivo de controle em uma rede de dados. A localização do dispositivo de consumo de energia também pode ser determinada, gravada e enviada para um dispositivo de controle. O sistema também pode controlar o uso de energia do dispositivo de consumo de energia. Em alguns casos, um servidor remoto pode conectar vários sistemas de monitoramento de energia para obter eficiências adicionais e fomentar uma rede social baseada na comunidade. [014] O documento de patente US2011/0063126 A1 intitulada "HUB DE COMUNICAÇÃO PARA GERENCIAMENTO DE CONSUMO DE RECURSOS", revela uma arquitetura de comunicação para gerenciar/retransmitir informações utilitárias, como energia, água ou gás. Em um aspecto, o sistema inclui um hub com uma primeira interface de comunicação para receber dados de consumo de uma carga de energia predeterminada e uma segunda interface de comunicação para se comunicar com um dispositivo de medição. A segunda interface de comunicação é configurada para transmitir os dados de consumo para o dispositivo de medição e para receber sinais de controle do dispositivo de medição onde os dados de consumo são comunicados usando um primeiro protocolo e onde os sinais de controle são comunicado usando um segundo protocolo.
[015] O documento de patente US 2010/0076615 A1 , intitulado "SISTEMAS, DISPOSITIVOS E MÉTODOS DE FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA, MONITORAMENTO DE USO, ANÁLISE E HABILITAÇÃO DE MELHORIAS NA EFICIÊNCIA", refere-se a sistemas, dispositivos e métodos para a utilização eficiente de utilitários, mais particularmente à distribuição e fornecimento de eletricidade a tensões adequadas, monitorização e utilização por dispositivos finais, e para facilitar consumidores a alterar o seu comportamento de utilização de energia, e adoptar e instalar facilmente as tecnologias adequadas sustentáveis, energeticamente eficientes ou renováveis. Ditos dispositivos finais tipicamente incluem os tradicionais equipamentos elétricos, eletrónicos e aparelhos de iluminação que requerem fornecimento de energia CA ou CC ou baixa tensão de alimentação DC via conversores AC / DC. [016] O documento de patente US8588991 B1 , intitulado "SISTEMA, MÉTODO E APARATO PARA A REDE DE ENERGIA ELÉTRICA E GERENCIAMENTO DE REDES DE ELEMENTOS ATIVOS DA GRADE", revela um sistema onde os elementos da grade são transformados em elementos de grade ativos após o registro inicial de cada elemento de grade com o sistema, de preferência por meio da comunicação baseada em rede entre os elementos da grade e um coordenador, seja em coordenação com ou fora de um Roteador de rede de comunicações baseadas em IP. Uma multiplicidade de elementos ativos da grade funciona na grade para a capacidade da fonte, a fonte e/ou a limitação da carga como a fonte ou a capacidade. Também de preferência, as mensagens são gerenciadas através de uma rede por um coordenador usando mensagens IP para comunicação com os elementos da grade, com o sistema de gerenciamento de energia (EMS), e com os utilitários, participantes do mercado e/ou operadores de rede.
[017] Além dos documentos citados acima, seguem abaixo uma relação de documentos de patente, porém de menor relevância para a patente em questão.
[018] US7761910B2, intitulado "SISTEMA E MÉTODO PARA ATRIBUIR UMA IDENTIDADE A UM DISPOSITIVO ELETRÓNICO INTELIGENTE".
[019] US8583520B1, intitulado "SISTEMA, MÉTODO E APARATO DE LIQUIDAÇÃO PARA A PARTICIPAÇÃO EM UMA REDE DE ENERGIA ELÉTRICA".
[020] US20100217549A, intitulado
"SISTEMA E MÉTODO PARA MEDIÇÃO INTELIGENTE FRACIONARIA". [021] US7873441B2, intitulado "SISTEMA PARA EXECUÇÃO DE UM PLANO OPERACIONAL DE CARGA PARA CONTROLE DE CARGA".
[022] US8183995B2, intitulado "SISTEMAS E MÉTODOS PARA MODIFICAR O USO DE ENERGIA".
[023] US6985087B2, intitulado "MÉTODO E APARELHO PARA TELEMETRIA REMOTA SEM FIOS UTILIZANDO REDES AD HOC".
[024] US20130035992A, intitulado
"MÉTODO E SISTEMA PARA A UTILIZAÇÃO E CONSERVAÇÃO MAIS EFICIENTES DOS RECURSOS ENERGÉTICOS E HÍDRICOS".
Pontos deficientes do estado da técnica
[025] Como poderá ser observado nenhum desses documentos de patente conhecidos do estado da técnica apresentam as características do objeto do presente pedido de patente.
[026] A tecnologia da comunicação avança rapidamente, em paralelo, surge a necessidade de obter processos de troca de dados e de atuação remota de forma eficiente e ágil, e a necessidade de gerenciar estas novas soluções com estruturas pouco complexas e de baixo custo inerente. Neste contexto, as atuais e tradicionais redes (fibra ótica, roteadores, etc.) se mostram complexas e caras, uma vez que requerem ampla infraestrutura para sua instalação e exigem constante e dispendiosa manutenção.
[027] As empresas privadas e públicas estão buscando prover de forma rápida e ampla a seu público alvo novos serviços que tragam um bom retorno financeiro a um prazo razoável, sem ter de lançar mão de altíssimos investimentos. [028] Embora as tecnologias de virtualização de sistemas e de redes sejam amplamente utilizadas em ambientes empresariais, universidades e em redes cabeadas, não existe uma solução que implementa de forma eficaz esses conceitos em redes sem fio, sobretudo em redes de malha.
Solução proposta
[029] Em vista disso, ao longo do tempo foram procedidos estudos e pesquisas para atender a essa demanda do mercado, como resultado foi desenvolvido uma solução tecnológica que utiliza o conceito de "Smart Grid" com "Rede Mesh", a qual é capaz de atender praticamente todas as demandas propostas dentro do conceito de "IOT" (Internet Of Things).
[030] A partir da premissa de instalar equipamentos e softwares de interface bidirecionais conectados a outros equipamentos de medição, para interagir, atuar e geri-los de forma remota, foi desenvolvido o "SISTEMA DE REDE SEGURA EM MALHA PARA COMPARTILHAMENTO DE DADOS E RESPECTIVOS DISPOSITIVOS DE ACOPLAMENTO E INTERFACE", o qual compreende uma solução genérica de se utilizar um "NFP" para a criação de redes virtuais em ambientes de rede sem fio ou de rede "mesh".
[031] Trata-se de uma solução completa compondo os conceitos citados anteriormente, isto é, alavancagem operacional sobre uma rede inteligente proprietária altamente interconectada e gerenciada de forma semiautônoma.
[032] Esta solução tem a habilidade de interconectar, gerenciar e atuar em qualquer tipo de equipamento conectável. Como por exemplo: Equipamentos de fornecimento de eletricidade, água, gás, controle de semáforos, máquinas residenciais e industriais, entre outros.
[033] Partindo desta premissa, hoje, somada ao recurso de ponta, temos os seguintes conceitos complementares:
[034] "Automatic Meter Reading" (AMR): É a tecnologia que permite a coleta automática de dados do consumo - Ex. de energia, água, gás e quase quaisquer outras coisas.
[035] 'Advanced Metering Infrastructure" (AMI): Infraestrutura de rede para comunicação bidirecional automatizada entre dispositivos de medição e um centro de controle e operação.
Breve descrição dos desenhos da invenção
[036] A complementar a presente descrição de modo a obter uma melhor compreensão das características do presente invento e de acordo com uma preferencial realização prática do mesmo, acompanha a descrição, em anexo, um conjunto de desenhos, onde, de maneira exemplificada, embora não limitativa, se representou o seguinte:
[037] A FIG. 1 - Mostra um diagrama que ilustra as camadas de rede e algumas das possibilidades da arquitetura de virtualização. Onde se pode ver: uma rede virtual construída sobre uma rede base (1), no qual se tem uma rede virtual (1A) e rede base (1 B); um cenário típico de virtualização IP em IP (2), onde se tem aplicação (2A), TCP/IP (2B) e ethernet/Wi-Fi (2C); uma rede virtual ZigBee sobre 6L0WPAN mesh (3), onde se tem aplicação (3A), ZigBee (3B), UDP/6L0WPAN (3C) e IEEE802.15.5g (3D); uma rede virtual Bluetooth sobre 6L0WPAN mesh (4), onde se tem aplicação (4A), Bluetooth (4B), UDP/6LoWPAN (4C) e IEEE802.15.5g (4D) e finalmente uma rede virtual TCP/IP sobre 6L0WPAN mesh (5), onde se tem aplicação (5A), TCP/IP (5B), UDP/6L0WPAN (5C) e IEEE802.15.5g (5D).
[038] A FIG. 2 - Mostra um diagrama que ilustra os componentes principais de um nó de interconexão de rede típico assim como 0 fluxo de dados com destino à rede virtual. Onde se pode ver: rede base da malha (6), rádio principal (7), pilha da rede de malha (8) (6L0WPN ou similares), aplicação (9), "NFP" (10), rádio auxiliar (11) e rede virtualizada (12).
[039] A FIG. 3 - Mostra um diagrama que exemplifica e ilustra a topologia da rede, exibindo 0 controlador, que comunica com o nó de interconexão (através da rede base) até a rede virtual, com os clientes. Para os clientes finais, a rede virtual se comporta como uma rede física real de forma transparente. Onde se pode ver: controlador (13), roteador de borda (14), nó (15), rádio principal (7), rádio auxiliar
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"backbone" da rede (16), base física da rede (mesh) (17), nó de interconexão (18) (cliente da rede base; coordenador da rede virtual) e rede virtualizada (19).
[040] A FIG. 4 - Mostra uma rede "Smart utility NetWork" (conceito utilizado para a solução), composta de uma infraestrutura de rede para a captura de dados provenientes da medição de energia, água, gás e afins. Onde estão representados 0 medidor de energia elétrica (46), o medidor de água (47), o medidores de gás (48), 0 coletor móvel de dados (49), provedor de utilidade (50), coletor de dados (51 ), rede externa (52).
[041] A FIG. 5 - Mostra um diagrama do dispositivo de acoplamento (20), ou simplesmente router, conectado ao medidor de consumo de energia elétrica (46).
[042] A FIG. 6 - Mostra um diagrama do dispositivo de interface (33) ou gateway, conectado à internet (53), por meio de uma fonte "PoE" (Power Over Ethernet) (54), que é constituído por portas ethernet (55) e fonte de alimentação AC (56).
Descrição detalhada da invenção
[043] De conformidade com o quanto ilustram as figuras acima relacionadas, o "SISTEMA DE REDE SEGURA EM MALHA PARA COMPARTILHAMENTO DE DADOS E RESPECTIVOS DISPOSITIVOS DE ACOPLAMENTO E INTERFACE", objeto da presente patente, refere-se à alavancagem operacional sobre uma rede inteligente proprietária altamente interconectada e gerenciada de forma semiautônoma.
[044] Mais especificamente a arquitetura, do sistema em apresentação, contém quatro componentes principais: Rede base; Controlador de rede; "NetWork Function Provider" e Nó de interconexão da rede.
Rede base
[045] É a rede "de baixo" utilizada como infraestrutura de rede para se criar a rede virtualizada. Deve ser uma rede flexível suficiente para ter endereçamento fim-a-fim de todos os nós, e suportar entrega de datagramas. Normalmente é uma rede TCP/IP (IPv4 ou IPv6), ou uma rede proprietária. Pode ser também uma rede virtualizada.
Controlador de rede
[046] É um dos nós da rede, normalmente é executado no próprio gateway ou em algum servidor que orquestra, configura e controla todos os nós da rede, podendo mudar parâmetros de rádio e de comunicação de um nó que está fazendo a ponte entre a rede virtualizada e a rede base.
"NetWork Function Provider" [047] É o componente de software que executa no nó da rede capaz de virtualizar aplicações e outras redes. Esse componente exporta funcionalidade de baixo nível de rede e do rádio para ser acessada pelo controlador da rede.
Nó de interconexão da rede
[048] É o componente físico da rede que permite a comunicação. Normalmente é um nó que contém mais de um rádio que podem funcionar de forma simultânea.
[049] A figura 2 ilustra os componentes principais de um nó de interconexão de rede típico assim como o fluxo dos dados com destino a rede virtual.
[050] Essa tecnologia encontra várias aplicações, tais como sistema de medição automatizada de medidores, sistema de comunicação de contingência e alarmes, sistema de comunicação Bluetooth, interconexão de redes "RF", etc..
[051] O sistema de medição automatizada de medidores compreende um sistema onde medidores que utilizam diferentes tecnologias de rádio frequência (como por exemplo, Zigbee, Bluetooth, RF etc.) podem ser acessados pelo nó da rede desde que o rádio auxiliar suporte à tecnologia de comunicação.
[052] No sistema de comunicação de contingência e alarmes. A tecnologia pode ser usada para espalhar mensagens Bluetooth (ou algum outro sistema de rádio) em caso de catástrofe ou situação de contingência.
[053] No sistema de comunicação Bluetooth. Pode ser usado para interconectar dispositivos Bluetooth (como por exemplo, aparelhos celulares) a fim de trocar mensagens em um ambiente urbano sem a necessidade de uso da rede de celular. [054] Em interconexão de redes "RF". O sistema pode permitir que diferentes redes possam ser interconectadas através do nó que contém o componente "NFP".
[055] Para tais aplicações foi desenvolvido o dispositivo de acoplamento (20), ou simplesmente router, e o dispositivo de interface (33) ou "gateway".
[056] O dispositivo de acoplamento (20) foi idealizado para ser acoplado a qualquer outro aparelho que demande uma ação, tais como, leitura de consumo, corte e religamento de energia, água, gás, desligamento e religamento de um semáforo, corte e religamento do fornecimento de água em um determinado local (edifício, indústria, quarteirão, região e/ou etc.).
[057] Dito dispositivo de acoplamento (20) é utilizado para realizar o encaminhamento das "ações" via Rádio Frequência livre a outros "routers" até um "gateway", formando uma "Smart Mesh".
[058] O dispositivo de acoplamento (20) possui também rádio frequência específico para interação com equipamentos, tais como, smartphone, tablet entre outros.
[059] Mais especificamente o dispositivo de acoplamento (20) ou router é um dispositivo eletrónico, dotado de fonte de alimentação AC/DC (21), interface PIMA (22), rele (23), processador MCU (24), LED power (25), LED rele (26), LED PIMA (27), antena externa opcional (28), conector (29), rádio para gateway (30), rádio celular (31 ) e antena bluetooth (32).
[060] O dispositivo de interface (33) realiza a interface com células formadas por routers, servidores, antenas de telecomunicações e a internet.
[061] Dito dispositivo de interface (33) é constituído por uma porta ethemet (34), porta USB (35), fonte de alimentação AC/DC (36), processador MCU (37), SIM card (38), Módulo GSM (39), antena GSM (40), rádio para router (41 ), antena router (42), LED power (43), LED rede (44) e LED GSM (45).
[062] Para um melhor entendimento do objeto do presente pedido de patente, segue abaixo uma breve descrição de alguns elementos que integram a sistema em pauta.
"FIM-A-FIM"
[063] Em "networking", refere-se a comunicação exclusiva entre o nó de origem e o nó de destino no qual os componentes intermediários da rede não tem conhecimento, embora envolvidos no processo de interconexão entre a origem e o destino. O controle de fluxo realizado pelo "TCP" é um exemplo de protocolo fim-a-fim.
"REDE DE MALHA" (mesh)
[064] Rede "mesh", ou rede de malha, é uma alternativa de protocolo ao padrão 802.11 para diretrizes de tráfego de dados e voz além das redes a cabo ou infraestrutura wireless. Usuários nos edifícios podem se conectar à rede "mesh" de forma cabeada, em geral via Ethernet, ou sem fio, através de redes 802.11.
"ZIGBEE"
[065] ZigBee é um padrão que será definido por uma aliança de empresas de diferentes segmentos do mercado, chamada "ZigBee Alliance". Este protocolo está sendo projetado para permitir comunicação sem fio confiável, com baixo consumo de energia e baixas taxas de transmissão para aplicações de monitoramento e controle.
"REDES DEFINIDAS POR SOFTWARE" (SND)
[066] Redes definidas por Software (SND) são realizadas através da virtualização de elementos de rede, como roteadores, switchs, entre outros. Com essa virtualização, é possível que esses elementos sejam administrados através de Softwares feitos para essa finalidade. Com isso, se consegue uma maior flexibilidade na administração destes elementos de rede, visto que, as redes definidas por Software permitem que exista programabilidade na rede.
[067] O futuro das redes será definido por software. Esse foi o tema principal do recente Open Networking Summit, um encontro dedicado às redes definidas por software (SDN) e ao protocolo OpenFlow, que leva uma programação simplificada aos dispositivos de rede (switches e routers, físicos e virtuais, de diversos fornecedores) através de uma interface normalizada.
"DOMÓTICA"
[068] "Domótica" é o termo usado na "Robótica", definida como integração dos mecanismos automáticos em um espaço, simplificando o cotidiano das pessoas, satisfazendo necessidades de comunicação, de conforto e segurança.
[069] Pode-se assim, constatar através do exposto que o "SISTEMA DE REDE SEGURA EM MALHA PARA COMPARTILHAMENTO DE DADOS E RESPECTIVOS DISPOSITIVOS DE ACOPLAMENTO E INTERFACE" ora em questão, caracteriza-se como um sistema de grande utilidade, apresentando todas as qualidades práticas e de funcionalidade que justificam plenamente o pedido de patente de invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES:
1- "SISTEMA DE REDE SEGURA EM MALHA PARA COMPARTILHAMENTO DE DADOS", se refere a uma arquitetura de rede que tem a capacidade de interconectar, gerenciar e atuar em qualquer tipo de equipamento conectável, tais como equipamentos de fornecimento de eletricidade, água, gás, controle de semáforos, máquinas residenciais e industriais, entre outros; de uma maneira geral as conhecidas redes em malha (mesh) são comumente usadas para conectar dispositivos com baixo custo, alta robustez e confiabilidade, e avanços recentes na capacidade computacional e de comunicação de mícrocontroladores "System on Chip", permite a criação de aplicações cada vez mais complexas que podem ser executadas nessas plataformas, sendo assim a arquitetura proposta permite o aproveitamento de uma rede em malha para virtualizar outras redes e permitir que aplicações complexas e integradas sejam criadas a partir de reconfiguração por software, sendo assim a solução ora proposta permite o aproveitamento de uma rede em malha para virtualizar outras redes e permitir que aplicações complexas e integradas sejam criadas a partir de reconfiguração por software, caracterizada pela arquitetura conter quatro componentes principais, as quais sejam: a rede base, constituída pela a rede "de baixo" utilizada como infraestrutura de rede para se criar a rede virtualizada, a qual deve ser uma rede flexível suficiente para ter endereçamento fim-a-fim de todos os nós, e suportar entrega de datagramas, normalmente é uma rede TCP/IP (!Pv4 ou IPv6), ou uma rede proprietária e pode ser também uma rede virtualizada; o controlador de rede, que é um dos nós da rede, normalmente é executado no próprio gateway ou em algum servidor que orquestra, configura e controla todos os nós da rede, podendo mudar parâmetros de rádio e de comunicação de um nó que está fazendo a ponte entre a rede virtualizada e a rede base; o "Network Function Provider", que é o componente de software que executa no nó da rede capaz de virtualizar aplicações e outras redes, esse componente exporta funcionalidade de baixo nível de rede e do rádio para ser acessada pelo controlador da rede; e por fim o nó de interconexão da rede, que é o componente físico da rede que permite a comunicação, normalmente é um nó que contém mais de um rádio que podem funcionar de forma simultânea.
2- "DISPOSITIVO DE ACOPLAMENTO", de acordo com a reivindicação, foi desenvolvido para ser acoplado a qualquer outro aparelho que demande uma ação, tais como, leitura de consumo, corte e religamento de energia, água, gás, desligamento e religamento de um semáforo, corte e religamento do fornecimento de água em um determinado local (edifício, indústria, quarteirão, região e/ou etc., mais especificamente se trata de dispositivo eletrónico caracterizado por ser dotado de fonte de alimentação AC/DC (21), interface PIMA (22), rele (23), processador MCU (24), LED power (25), LED rele (26), LED PIMA (27), antena externa opcional (28), conector (29), rádio para gateway (30), rádio celular (31) e antena bluetooth (32).
3- "DISPOSITIVO DE INTERFACE", de acordo com a reivindicação 1 , realiza a interface com células formadas por routers, servidores, antenas de telecomunicações e a internet, caracterizado por ser constituído por uma porta ethernet (34), porta USB (35), fonte de alimentação AC/DC (36), processador MCU (37), SIM card (38), Módulo GSM (39), antena GSM (40), rádio para router (41), antena router (42), LED power (43), LED rede (44) e LED GSM (45).
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Free format text: 1) APRESENTAR, EM ATE 60 (SESSENTA) DIAS, NOVAS FOLHAS DAS REIVINDICACOES MODIFICADAS ADAPTADAS AO ART. 39 DA INSTRUCAO NORMATIVA 31/2013 UMA VEZ QUE O CONTEUDO ENVIADO NA PETICAO NO 870210000963 DE 05/01/2021 ENCONTRA-SE FORA DA NORMA, NAO ESTANDO NUMERADO CORRETAMENTE E APRESENTA OUTRAS INFORMACOES NO CABECALHO DAS PAGINAS.2) FAVOR EFETUAR, EM ATE 60 (SESSENTA) DIAS, O PAGAMENTO DE GRU CODIGO DE SERVICO 260 PARA A REGULARIZACAO DO PEDIDO, UMA VEZ QUE A PETICAO 261 NO 870220087339 DE 23/09/2022 NAO E CORRETA POIS A PUBLICACAO NA RPI DEU-SE DE ACORDO COM O APRESENTADO PELO REQUERENTE NA PETICAO INICIAL, NAO CARACTERIZANDO ERRO DO INPI E SIM ERRO DO INTERESSADO. DEVERA SER PAGA 1 (UMA) GRU CO

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Free format text: ANULADA A PUBLICACAO CODIGO 1.5 NA RPI NO 2704 DE 01/11/2022 POR TER SIDO INDEVIDA.

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Free format text: PARA REGULARIZAR A ENTRADA NA FASE NACIONAL DE ACORDO COM A FASE INTERNACIONAL DO PEDIDO PCT/BR2018/000037 E O ART 23 PARAGRAFO UNICO DA RESOLUCAO INPI NO 77/2013, SOLICITA-SE QUE SEJA APRESENTADO, EM ATE 60 (SESSENTA) DIAS, DOCUMENTO DE CESSAO DO DEPOSITO INTERNACIONAL PCT COM DATA DE ASSINATURA ANTERIOR A DATA DE ENTRADA NA FASE NACIONAL OU PROCURACAO VALIDA EM NOME DO DEPOSITANTE FRANCISCO MATHIEU.

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