Diseño para Infraestructuras Ethernet Industrial (IEIDS) de Belden.
Durante los días 5 y 6 de abril Belden ha realizado un seminario sobre los últimos avances de Ethernet Industrial en los sectores del transporte y la energía, cubriendo campos como los estándares Time Sensitive Networking (TSN) y las aplicaciones inalámbr
Las jornadas contaron con la presencia de altos cargos de la empresa como Richard Weatherburn, Germán Fernández, Ciaran Burns y Berry Medendorp, así como con especialistas de la filial española.
La transformación de Belden a partir de 2007, con la compra de Hirschmann y Lumberg Automation, ha sido notoria. En 10 años han pasado de ser un suministrador reputado de cables a un proveedor de soluciones de transmisión de señales con un gran liderazgo en algunas de las tecnologías actuales.
Durante la primera jornada se trataron temas como las tendencias y retos en el mercado del transporte, estudios de casos de conectividad inalámbrica tren a tierra, la infraestructura de comunicaciones, la tecnologí¬a nueva y del futuro - trenes con 10Gbps a bordo, y casos de éxito en el campo de los transportes.
El segundo día se focalizó en las aplicaciones de energía tratándose temas como los mecanismos de redundancia para disponibilidad de red mejorada, las ventajas de los estándares Time Sensitive Networking (TSN) para redes de aplicaciones de misión crí¬tica, la ciberseguridad para aparatos eléctricos, las soluciones Belden para la industria de las renovables, y algunos casos de éxito en el campo de la energí¬a.
Tocaremos en este artículo, de forma general, algunos de los temas y mensajes del Seminario.
La revolución de Ethernet en los trenes
Disponer de acceso a Internet mientras se viaja en tren puede plantear un desafío. Cuando se desarrollaron planes de cobertura de redes móviles, se consideró que la prioridad eran los usuarios de carreteras y las zonas urbanas. Por
ello, en algunas rutas ferroviarias, las conexiones para un teléfono móvil estándar o un dispositivo inteligente suelen ser intermitentes o, incluso, inexistentes. Para ser una alternativa de viaje creíble, las operadoras de trenes se muestran cada vez más interesadas en proporcionar acceso a Internet a los pasajeros a través de Wi-fi y puntos de acceso WAN a bordo, muchos de los cuales combinan varias señales GSM con Wi-fi fuera del tren y enlaces por satélite. En la actualidad, la prestación de este servicio también es considerada un diferenciador por parte de los pasajeros (especialmente si se proporciona de forma gratuita), pero esta situación cambiará a medida que más operadoras ferroviarias pongan en marcha tales servicios.
Los trenes son largos y estrechos, por lo que no resultan el entorno ideal para instalar una red Ethernet que tiene que seguir funcionando incluso cuando parte del equipo falle. En un entorno de automatización de fábrica, este requisito de redundancia se puede lograr mediante el uso de una topología de anillo e incluso enrutando el cableado a través de diferentes zonas de los edificios. Aunque este concepto se utiliza en los trenes, el enrutado de los cables puede plantear un problema (sobre todo, en los extremos de los vagones). La arquitectura habitual que se utiliza actualmente en los trenes es la de una red troncal Ethernet a lo largo de todo el tren y cada vagón equipado con una red “local” para interconectar todo el equipo. La red troncal suele constar de dos tendidos de cable Ethernet independientes, que se conectan al final de cada vagón. Dentro de los vagones se utilizan dos topologías principales: • Topología lineal, en la que todo el equipo sigue una ruta hasta un conmutador único conectado a la red troncal. • Topología de anillo, en la que dos conmutadores están conectados a la red troncal y se crea un anillo redundante dentro de cada vagón para que todo el equipo disponga de más de una ruta hasta la red troncal. La topología de anillo se utiliza habitualmente cuando hay presencia de datos imprescindibles o en tiempo real y la topología lineal para datos de menor importancia.
Aparte de la estructura física única de un tren, el hecho de la movilidad añade otras dificultades. La red Ethernet de a bordo tiene que entender cosas tales como el sentido de la marcha, dónde están la parte delantera y trasera del tren (y convoyes) y el efecto de alargar o acortar la longitud del tren.
Para ayudar a superar estos desafíos, se ha emitido un conjunto de normas IEC (serie IEC 61375)3 con el fin de definir una arquitectura y funcionalidad que garanticen tanto la interoperabilidad entre equipos de diferentes proveedores como una gestión segura de la topología física del tren.
Durante el Seminario, Belden analizó de forma detallada tres aspectos tecnológicos que resuelven con los productos Ethernet de su marca Hirschmann: • El emparejamiento de anillos redundantes dentro de un convoy. • La conexión inalámbrica entre convoyes y vagones. • La funcionalidad del nodo de red troncal de Ethernet en trenes IEC 61375.
Mecanismos de redundancia para disponibilidad de red
Otro de los temas tratados fueron los mecanismos de redundancias y la comparación de las tecnologías disponibles actualmente.
Las conclusiones de la ponencia fueron las siguientes: -Implementar la Redundancia sólo cuando realmente se requiera. -Usar Tecnologías Estándar. -Utilizar RSTP como primera opción, normalmente en redes pequeñas. El punto crítico, según la aplicación, puede ser la inconsistencia de los tiempos de recuperación. -Utilizar MRP/FAST MRP para redes grandes con tiempos de recuperación rápidos y predecibles. -Usar PRP/HSR para redes grandes y/o pequeñas cuando se necesite una red sin interrupciones.
Ventajas de los estándares Time Sensitive Networking Ethernet es una tecnología de comunicación ampliamente aceptada y una parte indispensable de la automatización industrial. Sin embargo, existe una aplicación que el Ethernet estándar ha luchado por conseguir: la comunicación en red con exigencias estrictas de determinismo.
Actualmente se está desarrollando en el IEEE el Time-sensitive Networking (TSN) como una nueva tecnología que ofrece un nivel completamente nuevo de determinismo en las redes Ethernet estándar IEEE 802.1 e IEEE 802.3.
Esto significa que las futuras redes Ethernet podrán proporcionar: • Latencias end-to-end calculables y garantizadas. • Fluctuaciones de latencia muy limitadas (jitter). • Pérdida de paquetes extremadamente baja. A través de las aportaciones de Belden al grupo de trabajo de TSN IEEE 802.1, se han logrado grandes avances para ayudar a definir y alcanzar un nivel de determinismo que atienda las necesidades en tiempo real de las redes de control modernas y futuras; y es posible aprovechar esta tecnología ahora mismo.
Con TSN, es posible por primera vez la transmisión de datos determinista con el estándar Ethernet (según IEEE 802.1 y 802.3). El espectro operativo de TSN permite su uso en diversos campos de aplicación con, en parte, fuertes diferencias en los requerimientos de latencia de transmisión, fluctuación de fase (jitter) y tolerancia a fallos.
Sin embargo, el proceso de estandarización en el ámbito de la creación de redes TSN todavía no se ha completado y se espera que dure unos años más. Por consiguiente, existen varios mecanismos de TSN que todavía están en proceso de estandarización. Es igualmente imaginable que en el futuro se agregarán mecanismos adicionales a la familia TSN ya existente.
Sin embargo, los mecanismos centrales del protocolo TSN se han completado y se han demostrado con éxito. Estos mecanismos, como Time-aware Scheduler, ya pueden integrarse en los productos y sus beneficios pueden ya verse.
Del mismo modo, a través del proceso de estandarización IEEE 802, se garantiza la compatibilidad con versiones anteriores: las redes TSN que ya están instaladas pueden seguir utilizándose en el futuro. Por lo tanto, TSN ya no es una tecnología futura - ha llegado el momento.