Por qué necesitan las fábricas redes definidas por software

Imagina la fábrica del futuro. Miles de dispositivos -maquinaria de producción, motores, bombas, sensores, cámaras- conectados, recopilando datos detallados y comunicándose a la perfección.

Este flujo de datos fiable significa que algoritmos inteligentes pueden supervisar toda la instalación y realizar ajustes sutiles para optimizar la eficiencia, el uso de la energía y la productividad. Si se detecta un fallo en una máquina, se emite una alerta y se llama a un ingeniero. Se publica un nuevo parche de software IoT y todos los dispositivos se actualizan sin que nadie se dé cuenta. Se despliega un sistema de mantenimiento intensivo de datos, y el equipo de IT aumenta el ancho de banda Wi-Fi para garantizar que funciona sin problemas.

Todo esto es posible gracias a varias innovaciones, una de las cuales es el Software Defined Networking, o SDN.

SDN consiste en digitalizar todas las partes móviles de la red, de modo que todo pueda unirse y controlarse a través de una única interfaz de usuario. Los cambios y actualizaciones pueden hacerse de forma coherente en toda la red con sólo pulsar un botón.

Con SDN, toda la fábrica y su red IIoT (Industrial IoT) pueden gestionarse y configurarse dinámicamente mediante un único controlador SDN, que maneja todos los elementos que hacen que una red funcione y se adapte sin que los usuarios se den cuenta: supervisión de la red, reenvío de paquetes, comprobaciones del estado de los dispositivos de red, equilibrio de carga, gestión de colas, programación y conocimiento de la calidad de la experiencia (QoE). Las SDN también tienen muchos menos problemas que las redes formadas por conmutadores y gateways físicos, lo que reduce el tiempo dedicado a la resolución de problemas y la reconfiguración. Esto crea una red flexible, escalable, eficiente, segura y resiliente.

¿Está la fabricación preparada para SDN?

SDN has traditionally been associated with telecoms companies which benefit enormously from flexible networks that can be quickly configured to meet changing customer needs. But SDNs are growing in popularity in industry too. Intel is upgrading its chipmaking facilities to SDN. IDC’s 2023 Future of Connectedness Sentiment found that 41% of manufacturers cite the flexibility to change bandwidth capacity in near real-time as a top reason for SDN investment.

That said, SDN is still relatively new in manufacturing. There is a need for a greater understanding of its benefits and challenges, so manufacturers can go in with their eyes open – ensuring that the transition is seamless and able to deliver what the manufacturer wants.

Las SDN se han asociado tradicionalmente a las empresas de telecomunicaciones, que se benefician enormemente de redes flexibles que pueden configurarse rápidamente para satisfacer las cambiantes necesidades de los clientes. Pero las SDN también son cada vez más populares en la industria. Intel está modernizando sus instalaciones de fabricación de chips para adaptarlas a SDN. Según el informe de IDC 2023 Future of Connectedness Sentiment, el 41% de los fabricantes citan la flexibilidad para cambiar la capacidad de ancho de banda casi en tiempo real como una de las principales razones para invertir en SDN.

Fig. 1:  Diseño de redes basado en SDN para plantas de fabricación.

¿Qué aspecto tiene una red definida por software?

Una SDN es una forma rentable de crear una conectividad de red fiable y sin interrupciones con cualquier combinación de enlaces de comunicaciones disponibles, ya sean inalámbricos (Wi-Fi/5G) o cableados (Ethernet/LAN) (como se muestra en la Fig. 2).

Cada vez son más los dispositivos IoT industriales (IIoT) conectados que se instalan en toda la planta de fabricación. En una SDN, las pasarelas de edge se instalan alrededor de la planta para proporcionar conectividad inalámbrica a estos dispositivos IIoT. Los dispositivos habilitados para IoT, como enrutadores, conmutadores, cortafuegos y dispositivos de almacenamiento, ayudan a reenviar los datos a través de la pasarela edge de forma eficiente.

Dentro de la fábrica, se establece una edge cloud, un espacio de alojamiento virtual localizado que gestiona los dispositivos y las gateways. Dentro de ella se encuentra un controlador SDN, que gestiona miles de dispositivos IIoT, establece y mantiene la conectividad de red con cada uno de ellos y gestiona automáticamente el enrutamiento de datos entre ellos, garantizando una conectividad continua de baja latencia, independientemente de la ubicación de las máquinas o del tipo de conexión.

Por último, una SDN incluye una red de gateways industriales inteligentes para optimizar el tráfico y los costes, al mismo tiempo que proporciona un transporte de datos cifrado de end-to-end a los centros de datos corporativos.

Fig. 2:  Conectividad sin fisuras entre Wi-Fi y Ethernet, basada en SDN (imágenes de una fuente de Internet)

¿Cuáles son las ventajas de SDN para las instalaciones de fabricación?

Las SDN ofrecen varias ventajas a las redes de fábricas. Entre ellas se incluyen:

• Simplifica la gestión de la red, al separar el plano de control (inteligencia de red y decisiones de reenvío de datos) del plano de datos (recogida de datos), como se muestra en la Fig. 3.
• Permite configurar automáticamente el enrutamiento de los nuevos dispositivos añadidos.
• Proporciona un sistema de control y gestión centralizado y programable para la red de la fábrica, utilizando políticas de alto nivel, todo ello sin cambiar la arquitectura de red de la fábrica existente.
• La gestión centralizada facilita la optimización y configuración de la red de fábrica de forma eficiente y automatizada
• Ofrece interoperabilidad/conectividad sin inconvenientes mediante la interconexión con diferentes tecnologías cableadas e inalámbricas
• Permite la gestión dinámica de dispositivos inteligentes
• Facilita la alimentación de datos en tiempo real, procesados en el edge, para una toma de decisiones rápida y automática
• Proporciona una mayor optimización del tráfico de datos/enrutamiento de paquetes basado en el procesamiento en el edge, junto con tolerancia a fallos durante la producción.
• Permite una entrega más rápida de los paquetes de datos
• Reduce OPEX y CAPEX
• Mejora la escalabilidad

Fig. 3: Separación entre el plano de control y el de datos, basada en SDN (las imágenes/iconos proceden de Internet)

Una SDN reconoce y prioriza automáticamente el flujo de tráfico de datos, evita la congestión de la red y proporciona un traspaso sin interrupciones entre redes cableadas (LAN) e inalámbricas (Wi-Fi), lo que garantiza la continuidad de las operaciones de fabricación, incluso en caso de una interrupción inesperada del enlace. El resultado son conexiones persistentes y de baja latencia diseñadas para apoyar la colaboración en tiempo real en toda la operación de fabricación, desde la fábrica hasta las ventas, la planificación, la distribución y la atención al cliente.

La SDN también puede personalizarse para adaptarla a la planta de fabricación. Los diseñadores de productos pueden crear redes privadas para realizar tareas, como la supervisión y el control de la maquinaria, y ofrecer políticas personalizadas para gobernar el tráfico de la red de la fábrica. Esto confiere una gran flexibilidad para satisfacer las necesidades de los usuarios y adaptarse a medida que esas necesidades cambian.

Fig.4:  Conmutación / conectividad sin fisuras basada en SDN

Conclusión

Las SDN permiten una transferencia de datos rápida y persistente entre varios dispositivos industriales para gestionar aplicaciones de misión crítica. Esto mejora la eficiencia operativa, aumenta la productividad y reduce el riesgo de inactividad por problemas de conectividad.

Cómo te puede ayudar Capgemini

Las SDN en la fabricación son relativamente nuevas. Capgemini aporta años de experiencia trabajando en SDNs en la industria de las telecomunicaciones, donde hemos construido una comprensión detallada de las tecnologías involucradas y los desafíos de la integración, junto con conexiones a un ecosistema de actores tecnológicos clave que deben reunirse para ofrecer una SDN eficaz. Además, ofrecemos un profundo conocimiento de las redes de fabricación, incluidos Wi-Fi, gateways e IoT, que forman parte de nuestro ADN desde hace mucho tiempo. Todo ello nos convierte en el socio ideal en su viaje hacia la SDN de fabricación.