La analítica de Big Data se acerca al borde

La analítica de Big Data se acerca al borde

 

Para los operadores de fábrica, la reciente ratificación del estándar IEEE 802.3cg señala la aparición de una nueva manera radicalmente diferente para conectar dispositivos en el borde de la red, liberándolos de las restricciones de una infraestructura basada en las interfaces de comunicación 4-20 mA y HART existentes.

El estándar 802.3cg, también conocido como 10BASE-T1L, es un tipo de protocolo Ethernet industrial para conexión en red. Permite derribar las barreras entre los dispositivos operativos básicos que prestan servicio en una fábrica o en una planta de proceso, o sea sensores y válvulas, actuadores y switches de control, y los datos de empresa, allí donde reside la inteligencia de la nueva ‘fábrica inteligente’.

Las redes 10BASE-T1L parecen encaminarse a ser consideradas un habilitador importante de la transformación hacia la implementación de operaciones de fábrica basadas en datos y en analítica.

En el corazón de las implementaciones de Industria 4.0 está el deseo de aprovechar lo que ofrece Big Data. Un nuevo software de analítica puede transformar ahora la manera en que la industria opera y mantiene los equipos e instalaciones de fábrica. Los conocimientos que aporta la analítica son más profundos cuando pueden descubrir patrones en un conjunto de datos aparentemente dispares.

Cuanto más datos y más tipos de datos se puedan capturar confiablemente de los dispositivos de una fábrica, más oportunidades se tendrán para que el software pueda soportar funciones avanzadas, tales como monitoreo de condiciones y mantenimiento predictivo.

El bajo ancho de banda de los datos de las interfaces 4-20 mA y HART y el limitado alcance para integrarlos en las infraestructuras computacionales de una empresa han obstaculizado tradicionalmente la aplicación de analítica a estos puntos finales ya existentes. También han restringido la posibilidad de gestionar la operación del dispositivo en forma remota.

La conectividad de 10BASE-T1L promete extender las ventajas de productividad y eficiencia que pueden derivarse de esos datos a los rincones más remotos en fábricas y plantas de proceso, donde sensores y otros puntos finales operan actualmente fuera del alcance de la red de empresa.

Hoy en día, la instalación de equipos 10BASE-T1L se basa en lo que define el estándar 802.3cg:

  • Una tasa máxima de transmisión de datos de 10 Mbits/s a través de una longitud de cable de hasta 1 km.
  • Hasta 500 mW de alimentación a puntos finales en aplicaciones de seguridad intrínseca Zona 0, lo que permite la operación de una gama mucho más amplia de puntos finales más sofisticados que lo que puede soportar un sistema 4-20 mA o HART. También puede suministrar hasta 60 W de alimentación en aplicaciones no de seguridad intrínseca, que depende del cableado.
  • Posibilidad de reutilizar cableado de par retorcido existente ya instalado.
  • Numerosas opciones de gestión de dispositivos, que incluye el envío de datos de diagnóstico desde el dispositivo conectado y la provisión de actualizaciones de software al mismo.
  • Una dirección IP (Internet Protocol) para cada nodo, extendiendo así la capacidad de IoT al borde de la red de fábrica. La dirección IP permite no sólo monitorear un nodo sino también gestionarlo en forma remota.
  • Integración con la infraestructura de red de la empresa.

Desde el punto de vista del hardware, la implementación de equipos 10BASE-T1L normalmente es fácil, ya que el medio físico para sus comunicaciones es un cable de par retorcido. Podría ser incluso el mismo cableado que ya transporta comunicaciones 4-20 mA o HART. El estándar 802.3cg también acepta instalación en entornos peligrosos (a prueba de explosión).

Es probable que las primeras implementaciones de 10BASE-T1L sean de equipos híbridos que soportan tanto la interface ya existente, por ejemplo 4-20 mA, como el nuevo protocolo Ethernet industrial.

 

Factores críticos

Hay dos factores críticos a la hora de implementar un proyecto con 10BASE-T1L. Una vez conocidos los detalles operativos de una implementación de 10BASE-T1L, es fácil perder de vista la razón por hacerla: levantar el velo sobre la operación de los puntos finales, por ejemplo sensores, y enviar abundantes cantidades de datos desde allí a motores de analítica de datos a nivel de empresa.

En consecuencia, el mayor riesgo para el éxito de un proyecto basado en 10BASE-T1L no está en los puntos finales en sí mismos o en la infraestructura física: el problema suele estar cuando no hay una provisión adecuada de datos a la hora de manejar y usar los datos provenientes de puntos finales recién conectados. 

Por lo tanto, al comenzar una instalación 10BASE-T1L, hay que plantearse algunas preguntas:

  • ¿Qué tipos de conocimientos piensa derivar de los datos que se podrán adquirir de los sensores y otros puntos finales?
  • ¿Cómo se integrarán los datos en los sistemas de control a nivel de empresa? ¿El formato de los datos provenientes de los puntos finales es compatible o necesita traducción?
  • ¿Cómo se utilizarán los conocimientos obtenidos a partir de la analítica de datos para lograr mejoras en el proceso o en el sistema?

El segundo factor crítico tiene que ver con la seguridad. La naturaleza de la amenaza a los puntos finales cambia drásticamente tan pronto se conectan a través de una red 10BASE-T1L. Antes, cuando la conexión era vía 4-20 mA, la única manera que el punto final fuera ‘hackeado’ era a través de una interferencia física con el propio dispositivo o con los cables conectados al dispositivo. Una conexión 4-20 mA es inmune a las amenazas que van por la red.

La superior conectividad aportada por el estándar 802.3cg, que incluye una dirección IP para cada nodo, hace que todos los puntos finales sean vulnerables a un ataque remoto a través de la red de empresa. El firewall físico inherente que aísla los puntos finales 4-20 mA o HART de la red desaparece tan pronto se instala 10BASE-T1L.

Esto significa que los nodos individuales y la propia infraestructura de red tendrán que estar protegidos mediante la implementación de distintas tecnologías de software:

  • Autenticación segura de dispositivos vía las IDs encriptadas de cada dispositivo;
  • Encriptación de las transmisiones de datos;
  • Firewalls para evitar que entidades externas consigan acceso para proteger los dispositivos.

     

 

El estándar IEEE 802.3cg

 

El estándar IEEE 802.3cg para 10BASE-T1L permite la comunicación de 10 Mbps y alimenta hasta 1 km sobre un solo cable de par retorcido. Se espera que esta tecnología reemplace las tradicionales comunicaciones 4-20 mA o tensión analógica bipolar que proliferan en los dispositivos de campo de hoy en día.

10BASE-T1L provee hasta 500 mW de alimentación en aplicaciones de seguridad intrínseca y hasta 60 mW (en función del cable) en aplicaciones de seguridad no intrínseca.

Los estándares definen protocolos unificados de comunicación y alimentación, con una infraestructura de red común para los nodos de borde.

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