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Consejo Nacional para el Entendimiento Público de la Ciencia.

Importancia de los sistemas de tiempo real


Pedro Guevara López + ; José De Jesús Medel Juárez + ; Asdrúbal López Chau + Laboratorio De Tiempo Real Centro De Investigación En Computación – Ipn


1. Introducción.
Hay un tipo de sistemas informáticos cuya función no consiste en mantener grandes bases de datos, realizar cálculos complicados ni proporcionar información a numerosos puestos de trabajo. Con frecuencia ignoramos su existencia, aunque están omnipresentes en nuestra vida cotidiana. Ayudan a volar a los aviones, a rodar a los trenes y controlan el motor o los frenos de nuestro automóvil. También los podemos encontrar en el televisor, la lavadora o el horno de microondas de nuestras casas, e incluso en algunas aspiradoras de polvo o en máquinas de afeitar eléctricas. Forman parte esencial de los teléfonos móviles y, en mayor escala, sirven para gestionar miles de llamadas telefónicas en las centrales digitales. Son un elemento imprescindible para garantizar el suministro de energía eléctrica, el tráfico aéreo y la circulación de trenes, y para asegurar la calidad y la seguridad de incontables procesos industriales.

2. ¿Qué es un Sistema de Tiempo Real (STR)?
En la mayoría de los casos cuando una computadora interactúa con un proceso real (mundo físico) es necesario que las acciones de control se efectúen dentro de unos intervalos de tiempo bien definidos, con objeto de que el estado del sistema controlado, que tiene su dinámica propia, no evolucione hacia valores incorrectos o indeseables. Para ello no basta que el funcionamiento del sistema de control sea correcto desde un punto de vista lógico, es decir, que el cálculo de las salidas del sistema a partir de sus entradas y de su estado interno sea correcto, sino que además debe ser correcto desde un punto de vista temporal. De nada sirve realizar la acción si se hace demasiado tarde o demasiado pronto. Por tanto, el tiempo en que se ejecutan las acciones del sistema es relevante; ésta característica difiere totalmente de lo que es habitual en otros tipos de sistemas informáticos y justifica la denominación de Sistemas de Tiempo Real (STR).
Una definición que presentan Alan Burns y Andy Wellings de STR es la siguiente: “Un sistema en Tiempo Real es cualquier sistema donde el tiempo en que se produce su salida es significante. Esto es debido a que generalmente la entrada corresponde a algún instante del mundo físico y la salida tiene relación con ese mismo instante. El retrazo transcurrido entre la entrada y la salida debe ser lo suficientemente pequeño para considerarse una respuesta puntual” [BW97].
Por otro lado, se tiende a confundir los sistemas rápidos con los STRs, ya que en general se tiene la idea de que si un sistema produce una salida cuasi inmediata al ser estimulado, se trata de un STR; pero un STR debe ser capaz de terminar sus tareas en un tiempo especificado (y no necesariamente rápido). De hecho la diferencia entre un STR y otro sistema cualquiera, es poco visible si no se tienen los conceptos claros como la definición anterior. Puede verse que en ésta definición nunca se utilizó la palabra “rápido” para definir STR. Un sistema rápido produce su salida sin considerar las restricciones de tiempo del ambiente con que interactúa, para esa clase de sistemas no es importante el tiempo en el cual los datos llegan al sistema o el tiempo al cual la salida es producida, únicamente interesa la rapidez de cómputo, ejemplo de este tipo de sistemas son las simulaciones o los compiladores [Lop00].


3. ¿Existen Sistemas de Tiempo Real en México?
En nuestro país hay instituciones muy importantes por los servicios que prestan, algunas de éstas son [Gue99]:
- Compañía de Luz y Fuerza del Centro (CLyFC).
Es el organismo que atiende el servicio de distribución y comercialización de energía eléctrica en la zona central del país. Para prestar este servicio es necesario contar con un sistema de supervisión en Tiempo Real a través del Centro de Operación y Control (COC), desde donde es posible monitorear las fallas remotas en las subestaciones de potencia de ésta institución.
- Comisión Federal de Electricidad (CFE).
La Comisión Federal de Electricidad es la encargada de la generación, transmisión, distribución y comercialización de energía eléctrica en México. Cuenta con una capacidad productiva aproximada de más de 31,600 MW. Para brindar un buen servicio se utiliza un sistema de monitoreo y control ubicado en el Centro Nacional de Control de la Energía (CENACE), donde se supervisa y controla en Tiempo Real gran parte del sistema de transmisión eléctrica nacional.
- Sistema de Transporte Colectivo “Metro” (STC).
El sistema de Transporte Colectivo Metro diariamente transporta mas de cuatro millones de pasajeros. Esto no es una tarea fácil, y para lograr un tránsito fluido, eficiente y sin demoras, es necesario un sistema de señalización de tráfico, que está instalado en el Puesto de Control Central (PCC), donde se realiza el monitoreo en Tiempo Real de los trenes en cada una de las líneas.

Figura 2. Los STR están presentes en el Metro, en CLyFC y CFE entre otros.
Pero, ¿qué tienen que ver los STR con las instituciones anteriores?. Estas instituciones cuentan con equipos computarizados que tienen dos aspectos en común: a) Tienen contacto con el mundo físico a través de sensores mediante los cuales se recogen datos del mundo físico y actuadores (ver figura 3) con los que se envía la información procesada para la manipulación de éste [But97]. Por ejemplo, las computadoras de CLyFC y CFE trabajan con subestaciones eléctricas, mientras que los sistemas del Metro trabajan con trenes. b) El mundo físico dicta restricciones de tiempo que deben ser cumplidas; en las subestaciones eléctricas se deben respetar los tiempos de disparo de los interruptores de potencia antes de que una falla destruya el sistema eléctrico o se quede sin energía una zona más amplia de la prevista. En el metro se supervisan los trayectos de los trenes de una estación a otra, de tal manera que todos ellos se sincronicen para evitar demoras o posibles accidentes.


Figura 3. Diagrama de bloques de un sistema de Tiempo Real genérico.

3. Conclusiones.
Los Sistemas de Tiempo Real son parte importante de nuestra vida diaria, gracias a ellos tenemos energía eléctrica, transportes, y muchos productos y servicios que nos hacen la vida más fácil. Los STR son imprescindibles en la sociedad, tanto que paradójicamente no nos damos cuenta de que están aquí presentes.
Muchas veces hablamos de SRT y sistemas rápidos en forma indiferente, e inclusive creemos que un sistema donde la salida se obtiene al instante respecto a la entrada es un STR, pensamos que cuanto más veloz es una computadora es mejor, sin importar el uso que se le dé Un STR es un sistema a la medida, mandado a hacer y no puede ser general, éste depende del mundo físico con el que va a interactuar y las restricciones que el mundo va a imponer.
Los STR son un área de estudio dentro de las ciencias de la computación, existen universidades y centros de investigación que destinan laboratorios exclusivos para su estudio alrededor del mundo, uno de ellos es el Laboratorio de Sistemas de Tiempo Real del Centro de Investigación en Computación donde colaboran los autores de este documento.

Fuentes.
Cómo citar este artículo ISO690.
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Aleph-Zero No. 22


Revista de Educación y Divulgación de la Ciencia, Tecnología e Innovación

22, febrero-marzo 2001: divulgación: unión entre ciencia y sociedad .

Divulgadores. Brenda Sarquiz Martínez +;.

Importancia de los sistemas de tiempo real .

Divulgadores. Pedro Guevara López + ; José De Jesús Medel Juárez + ; Asdrúbal López Chau + Laboratorio De Tiempo Real Centro De Investigación En Computación – Ipn.

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Divulgadores. Alfredo Campos Enríquez + Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, México..

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Kultur@leph. Ana Laura Álamo Ferrer + Universidad Del Claustro De Sor Juana Inés De La Cruz, México.

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