Aquesta tesi s'emmarca en l'estudi de les arquitectures intel•ligents de control distribuït i dels sistemes de comunicacions emprats. Més concretament el treball se centra en l'optimització del sistema de control per mitjà de l'avaluació del rendiment en el middleware a través dels paràmetres de qualitat de servei i de l'optimització del control emprant polítiques de qualitat de servei.
El principal objectiu d'aquest treball ha sigut estudiar, dissenyar, desenvolupar i avaluar una arquitectura de control distribuït, basant-se en l'estàndard de comunicacions Data Distribution Service for Real-Time Systems (DDS) proposat per l'organització Object Management Group (OMG).
A mesura que augmenten els requisits dels sistemes intel•ligents de control distribuït, augmenten els requeriments de les comunicacions. El paper dels middleware que donen suport als sistemes de control distribuït ha anat evolucionant incrementant les seues característiques. Entre les característiques més destacables que el middleware requereix es troben el suport a la gestió temporal i el control del flux dels missatges.
Per a poder oferir aquestes característiques, és necessari que les arquitectures disposen de fórmules que permeten el monitoratge i la valoració d'aquestes característiques. Aquestes fórmules donen lloc als paràmetres de qualitat de servei (QoS). Per a gestionar els paràmetres l'arquitectura ha de proporcionar els mecanismes que permeten configurar-los en funció dels requisits. Aquests mecanismes es coneixen com a polítiques de QoS. A més de poder avaluar el servei oferit, les arquitectures han de poder avaluar el compliment intern dels objectius de control, amb aquest objectiu apareix el concepte de paràmetres de qualitat de control (QoC).
La varietat de sistemes on s'apliquen les arquitectures intel•ligents de control distribuït és molt àmplia. Dels múltiples entorns, destaquen els sistemes sense fils de xarxes de sensors (WSN) per la quantitat d'informació que ha de transmetre's i els sistemes de control en xarxa (NCS) per les restriccions en el processament. Tots dos tipus de sistemes conflueixen en les xarxes sense fils de sensors i actuadors (WSAN) com a paradigma de sistema que ha de donar suport a una gran quantitat d'informació amb estrictes requisits de processament. Les tendències actuals en arquitectures distribuïdes de control estan orientades a sistemes WSAN.
Tenint en compte els requeriments anteriors, com a tema central de la tesi es proposa el disseny d'una arquitectura distribuïda de control intel•ligent que de suport a la QoS, tant en el mesurament per mitjà dels paràmetres, com en la gestió per mitjà de les polítiques de QoS. Les polítiques han de permetre la variació de les característiques de la comunicació en funció dels requisits de control, expressats aquests últims per mitjà dels paràmetres de QoC. A l'arquitectura desenvolupada se li ha cridat FSACtrl.
Per a determinar els requisits de l'arquitectura FSACtrl, s'han estudiat les revisions dels autors més rellevants sobre les característiques més destacades de les arquitectures distribuïdes de sistemes de control. A partir d'aquestes característiques s'han dissenyat els elements de l'arquitectura FSACtrl. Els elements que donen suport a les comunicacions s'han basat en els de l'estàndard DDS de la OMG, mentre que els elements de control s'han basat en l'estàndard Sensor Web Enablement (SWE) del Open Geospatial Consortium (OGC).
El model DDS està basat en el paradigma de comunicacions de Publicació i Subscripció. En aquesta tesi, es proposa ampliar el model Data Centric Publish Subscribe (DCPS), part de l'estàndard DDS, amb una sèrie d'elements que permeten la gestió dels esdeveniments que puguen produir-se al llarg del funcionament del sistema. El model SWE està basat en l'estandardització del control per mitjà d'elements bàsics que s'encadenen per a realitzar un processament més complex. En aquesta tesi es proposa ampliar el model de control amb la inclusió d'elements de comunicacions del model DCPS i el suport a la QoC.
Per a la validació de l'arquitectura s'ha implementat un entorn de disseny i simulació del control. L'entorn ho forma una aplicació de disseny visual dels elements de l'arquitectura que permet l'execució dels algorismes de control i un simulador de robots mòbils que permet incloure diversos tipus de sensors, fonts de dades i obstacles en el mitjà en el qual el vehicle desenvolupa la navegació.
Com a exemple d'ús dels elements de l'arquitectura FSACtrl s'han implementat els cinc primers vehicles de Braitenberg. Els tres primers vehicles es caracteritzen per mancar de funcions de control pròpiament aquestes, per la qual cosa són adequats per a poder avaluar el funcionament de l'arquitectura com middleware. El quart vehicle inclou funcions de control bàsiques, per la qual cosa resulta convenient per a comprovar com embeure part del control en la capa de comunicacions. El cinquè vehicle inclou el processament lògic i és el que s'empra per a comprovar com la gestió dinàmica de les comunicacions basada en el control permet optimitzar el funcionament del sistema.
Els resultats del treball experimental desenvolupat són satisfactoris. Es demostra la viabilitat de l'arquitectura com middleware amb suport al control, i principalment es comprova com la gestió en les comunicacions de part de les tasques de control permet optimitzar el funcionament del sistema.
Les aportacions principals de la tesi són diverses. S'ha desenvolupat una important labor d'estudi de caracterització de les arquitectures distribuïdes de control. Així mateix s'han estudiat els paràmetres de les comunicacions que donen suport a les arquitectures de control. S'ha dissenyat una arquitectura que, basant-se en estàndards, permet aconseguir les característiques del sistema, avaluar mitjançant paràmetres el rendiment del funcionament del sistema i, per mitjà de les polítiques de QoS permet optimitzar el funcionament en funció de les característiques del control.
Finalment, destacar que la tesi s'emmarca dins dels projectes d'investigació KERTROL i SIDIRELI en els quals participa el grup d'investigació d'Informàtica Industrial de l'Institut d'Automàtica i Informàtica Industrial (ai2) i en el qual desenvolupa la seua labor d'investigació l'autor. El treball desenvolupat ha sigut publicat en diversos congressos de l'àrea, tant nacionals com a internacionals.