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TSN, MQTT y OPC UA conectividad para la Industria 4.0

TSN, MQTT y OPC UA se perfilan como  tecnologías clave para el desarrollo de la conectividad en la Industria 4.0

TSN, MQTT y OPC UA conectividad para la Industria 4.0

Vivimos en un mundo con coches autónomos y cohetes de aterrizaje automático reutilizables. Tales sistemas complejos de múltiples sensores, computadoras y actuadores forman un sistema ciberfísico.

Algunos sistemas ciberfísicos operarán a escalas que desafiarán la comprensión. Desde convoyes de vehículos autónomos que se comunican entre sí e infraestructura de autopistas, a ciudades inteligentes que coordinan recursos, evitan la congestión del tráfico, coordinan aparcamientos, reducen las emisiones y la energía, a redes eléctricas nacionales inteligentes y mucho más.

Para habilitar dicha automatización, debe ser posible un control del sistema con tiempo preciso. Un buen ejemplo de la necesidad de tal sincronización precisa es tomar datos de dos o más sensores que están cronometrados con precisión junto con el nodo de cálculo donde los datos se combinan y se procesan.

Antes de la disponibilidad de Time Sensitive Networks (TSN), MQ Telemetry Transport y OPC UA varias tecnologías patentadas (por ejemplo, Fieldbus) se han utilizado para proporcionar dicha capacidad, o incluso se han utilizado enfoques más simplistas pero costosos, como un sensor medido con precisión cableado para garantizar un retraso uniforme del sensor o actuador al controlador.

Sin embargo, con un número creciente de estándares IEEE adoptados, la capacidad de utilizar un enfoque basado en estándares para TSN ha crecido considerablemente. TSN proporciona los tres elementos esenciales de sincronización precisa: jitter y latencia acotados y ancho de banda garantizado en una red Ethernet o inalámbrica.

MQTT es un estándar OASIS y es un protocolo de conectividad de máquina a máquina (M2M). Está diseñado como un transporte de mensajería de publicación / suscripción extremadamente ligero, con bajo ancho de banda y alta latencia. Los principios de diseño son minimizar el ancho de banda de la red y los requisitos de los recursos del dispositivo Al tratar de garantizar la fiabilidad y cierto grado de seguridad de la entrega. Estos principios también resultan ser el protocolo ideal del mundo emergente "machine-tomachine" (M2M) o "Internet of Things" de los dispositivos conectados.

La especificación del protocolo MQTT es pública y se publica abiertamente con una licencia libre. La Internet Assigned Numbers Authority (IANA)) ha reservado el puerto TCP / IP 1883 para trafico MQTT. El puerto TCP / IP 8883 también está registrado, para usar MQTT sobre SSL.

Mecanismos clave que permiten una Time-Sensitive Network

Los estándares IEEE TSN permitieron implementar una solución con una precisión de sincronización de microsegundos, en siete saltos de red más saltos con precisión de temporización reducida, con una latencia garantizada en el peor de los casos y un ancho de banda garantizado. Los estándares TSN de 2011 tenían los elementos esenciales para entornos industriales y automotrices, como la necesidad de una configuración dinámica y estática de rutas de flujo y reservas para garantizar un funcionamiento rápido y robusto en un entorno conocido

Estos cambios están siendo impulsados ​​por compañías líderes en la industria (p. Ej .: BMW, GE, Intel, Rockwell, CISCO, etc.) que reconocen los beneficios de establecer una base común para un conjunto de industrias sin sentido que comparten la necesidad de soluciones confiables en red que son ampliamente apoyados y adoptados.

Los nuevos estándares TSN están agregando características para el control central, la sincronización de tiempo de todos los dispositivos de red y una latencia aún más baja. Para lograr la latencia más baja posible, IEEE 802.1Qbv define un Shaper con reconocimiento de tiempo


TSN Beneficios clave

Estándar: parte de la suite de estándares IEEE 802

Partición: separación virtual de clases de tráfico, permite la convergencia de otros protocolos en una red física.

Compatible: integra protocolos Ethernet industriales existentes, incluidos Profinet y EtherNet / IP.

Escalable: escala de sistemas pequeños a muy grandes sin comprometer la seguridad, la protección o el rendimiento.

Seguridad: Se pueden implementar los estándares de seguridad y las funciones de administración existentes; el particionamiento evita la denegación de servicio.

MQTT Beneficios clave

Estándar: Forma parte de la suite OASIS y Internet Assigned Numbers Authority (IANA) han reservado el puerto TCP / IP 1883 para trafico MQTT.

Apertura: la especificación del protocolo se ha publicado abiertamente con licencia libre 

Compatible: el principio de MQTT resulta ideal para el protocolo de la emergente "máquina a máquina" (M2M de "Internet de las cosas" (ioT).

Seguridad los estándares de seguridad y las funciones de administración existentes pueden implementarse a través de SSL o como una aplicación de encriptación de datos.


OPC-UA Beneficios clave

Estándar: Arquitectura unificada de OPC: el estándar de interoperabilidad industrial

Seguridad: construido por diseño - probado por expertos en seguridad

Internacional: estándar IEC62541 - modelo de información aceptado a nivel mundial - semántica flexible para mercados verticales

Disponibilidad abierta de código abierto en GitHub

Escalable desde pequeños dispositivos a la nube

Independiente del proveedor, mercado, sistema operativo, idioma

Transporte TCP / HTTPS / UDP / AMQP / MQTT / extensible.

 

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