La automatización industrial se beneficiará de la integración 5G-TSN, una vez que 5G pueda soportar redes sensibles al tiempo. Conozca los obstáculos que la industria debe superar antes de que la integración 5G-TSN sea una realidad.
Por Lukas Bechtel
La fabricación inteligente está en pleno apogeo, lista para alcanzar una masa crítica, pero las plantas industriales tienen trabajo que hacer para prepararse para esta transformación.
Según Deloitte, el 86% de los fabricantes cree que las iniciativas de fabricación inteligente impulsarán la competitividad de la industria en los próximos cinco años; el 83% piensa que estas iniciativas cambiarán la forma de fabricar los productos.
Sin embargo, sólo el 5% de los fabricantes cuenta con una planta de fabricación inteligente en funcionamiento, y sólo el 30% tiene iniciativas de fabricación inteligente en marcha.
Integración 5G-TSN: fundamental en el camino hacia la fabricación inteligente
En un blog reciente, explicábamos el potencial de la 5G para llevar las capacidades en tiempo real de TSN (time-sensitive networking) a las redes inalámbricas para apoyar la comunicación industrial.
La TSN introduce mecanismos de calidad de servicio, fiabilidad y configuración que permiten que distintos tipos de tráfico de datos compartan la misma red garantizando un rendimiento fiable en un tiempo determinado.
La unificación de 5G y TSN podría crear nuevas oportunidades para entornos industriales totalmente conectados y más productivos, permitiendo la visibilidad de las operaciones de planta y señalando oportunidades de mejora para que los directivos y empleados puedan trabajar de forma más inteligente y tomar mejores decisiones.
Aunque el 5G posee las capacidades necesarias para trabajar con TSN, y la organización de normalización 3GPP ha dado pasos sustanciales hacia la integración de los sistemas 5G con TSN, todavía existen obstáculos para hacerlo realidad.
Hay tres grandes retos que la industria debe superar antes de que la automatización industrial pueda beneficiarse de la integración 5G-TSN. Veámoslos más de cerca.
1.-Comunicación de datos a través de las capas OSI
La comunicación industrial funciona a través de protocolos Ethernet dentro de la Capa 2 del modelo OSI. Mientras, la comunicación basada en IP se encuentra en la Capa 3.
Para las redes industriales, ambos tipos de direccionamiento son igualmente importantes. Normalmente, los protocolos industriales utilizan el direccionamiento de Capa 2 para la comunicación entre PLC y sensores o actuadores. Las aplicaciones SCADA y de monitorización utilizan el direccionamiento de Capa 3.
Para permitir el reenvío de comunicaciones de Capa 2 y Capa 3 a través de una red 5G, el 3GPP ha desarrollado dos tipos de unidades de datos de protocolo (PDU) y funciones de plano de usuario (UPF): Ethernet e IP. Simplificando, el equipo de usuario decide, basándose en las cabeceras del paquete, si el sistema 5G debe gestionar el paquete como un switch (para Ethernet) o como un router (para IP) de comunicación.
Pero los sistemas centrales 5G industriales actuales no admiten esta diferenciación en la comunicación. Sólo admiten la comunicación IP. Consideremos un conmutador tradicional. Este dispositivo «aprende» dónde están las direcciones de capa 2. Cuando el conmutador recibe paquetes de datos, sabe dónde colocarlos. El sistema 5G se comporta como un router. Cuando recibe una comunicación de Capa 2, básicamente tira la información a un lado en lugar de pasarla como debería. No sabe qué hacer con la comunicación de capa 2. Actualmente, la 5G no admite la comunicación de datos entre capas.
2.-Falta de sincronización horaria
Para automatizar los flujos de trabajo, garantizar la calidad y evitar fallos en los equipos, las redes industriales o los segmentos de red requieren sincronización para soportar bucles de control que funcionen correctamente. Por ejemplo, un bucle de control permite que un PLC controle un brazo robótico inalámbrico, o que varios sensores comuniquen sus datos a la nube, con una sincronización temporal que permita una secuencia coherente de eventos.
Para gestionar un bucle de control o una secuencia de eventos se necesitan protocolos de tiempo, como el PTP (protocolo de tiempo de precisión). Pero ni IEEE 1588 (PTP) ni IEEE 802.1AS son compatibles actualmente con 5G.
Para integrar los sistemas 5G en aplicaciones de automatización industrial, 3GPP ofrece posibilidades de implementar la sincronización horaria (por ejemplo, mediante mensajes SIB9). Aunque están definidas en las normas, estas funciones aún no han llegado a los productos para redes industriales.
3.-Capacidades de calidad de servicio
En una LAN Ethernet tradicional, todos los datos procedentes de los dispositivos se tratan de forma similar. Pero en las redes industriales y de control, la calidad de servicio es necesaria para controlar y gestionar el tráfico, garantizar el correcto rendimiento de las aplicaciones de misión crítica y minimizar interferencias como la latencia, la pérdida de paquetes y el jitter. Esta diferenciación de los tipos de tráfico garantiza la entrega de datos y el servicio.
Dado que las características definidas por el 3GPP para permitir la QoS aún no están disponibles en los sistemas centrales 5G para redes industriales, todo el tráfico procedente de un dispositivo final se trata con la misma prioridad. Esta falta de QoS durante la transmisión de datos 5G crea problemas de rendimiento que pueden tener consecuencias como el tiempo de espera de las aplicaciones.
Las soluciones 5G-TSN están en camino
Belden está trabajando para desarrollar una arquitectura que ayude a los entornos industriales a dar los primeros pasos hacia la integración 5G-TSN para que, cuando llegue el momento, estén preparados para aprovechar las oportunidades que ofrece de forma rentable.
Nuestras soluciones ayudarán a las plantas de fabricación a construir el futuro mediante la integración de 5G y TSN para una integración inalámbrica y por cable sin fisuras.
En futuros blogs, compartiremos más información sobre cómo son estas soluciones y cómo están ayudando a los entornos industriales a prepararse para lo que está por venir en la transformación digital.
Acerca del autor
Lukas Bechtel lleva en Belden desde 2012, ascendiendo desde ingeniero de automatización de pruebas hasta arquitecto tecnológico en nuestra oficina de CTO. También es profesor e investigador en la Universidad de Esslingen, donde enseña a los estudiantes seguridad informática y de redes y redes industriales, a la vez que estudia áreas como Industria 4.0, comunicación inalámbrica y comunicación y seguridad industriales.
esta es una traducción y adaptación del articulo original de Belden https://www.belden.com/Blogs/Industrial-Automation/2024/01/30/3-Problems-to-Solve-Before-Plants-Can-Benefit-from-5G-TSN-Integration
