Come adeguare l’infrastruttura di rete all’Industria 4.0

Nella realizzazione del paradigma dell’Industria 4.0 l’infrastruttura di rete ha un ruolo fondamentale. Vediamo quali sono gli aspetti di cui tenere conto quando si riorganizza la propria infrastruttura di rete in chiave 4.0.

 

 Adeguare l’infrastruttura di rete 

In genere, l’azienda che si trova a introdurre le tecnologie 4.0 ha un’infrastruttura IT già operativa, probabilmente formata da una o più reti locali Ethernet per connettere i PC ai server, una o più reti Wi-Fi, accessi in VPN per chi lavora fuori sede e reti WAN - di proprietà o affittate da un provider - per connettere le varie sedi. Adeguare l’infrastruttura di rete all’Industria 4.0 consiste, in pratica, nell’aggiungere alla rete IT le connessioni necessarie per l’IIoT (Industrial Internet of Things) scegliendo, fra le varie tecnologie e protocolli di rete disponibili per le connessioni in ambiente OT (Operation Technology), quelle più adatte alle svariate e specifiche esigenze aziendali.

 

  • Latenza dell'infrastruttura di rete

Quando è necessario collegare un impianto o una linea di produzione a un sistema remoto in configurazione IIoT, per poter monitorare o controllare le operazioni, è molto importante ridurre il più possibile il tempo che intercorre fra l’emissione di un segnale dall’impianto e l’arrivo del segnale stesso al computer centrale. Questo ritardo viene considerato critico poiché determinate operazioni possono essere svolte solo con latenze minime. Pensate per esempio al pilotaggio di un veicolo a guida autonoma, di quelli impiegati per trasferire pezzi negli stabilimenti, che deve reagire in tempo reale a eventuali ostacoli. Se dunque il monitoraggio di solito consente maggiori margini, il controllo richiede latenze bassissime, ottenibili per esempio con sistemi 5G che saranno presto in commercio.

 

  • Velocità di trasmissione

Strettamente collegato c’è anche il data rate, cioè la velocità di trasmissione della rete – tipicamente più è alto il data rate, più dati possono essere spostati e più si riduce la latenza. Ma attenzione, larghezza di banda e data rate possono essere condizionati dalla distanza. In una rete Wi-Fi, per esempio, all’aumentare della distanza fra i dispositivi aumentano gli errori che provocano ritrasmissione del pacchetto, riducendo la larghezza di banda. Se gli errori sono molti, alcuni protocolli scalano in basso verso modalità di trasmissione più robuste, ma anche più lente.

 

  • Infrastruttura di rete e larghezza di banda

Altra esigenza fondamentale è la larghezza di banda, ovvero il volume di dati da trasmettere in un dato periodo di tempo. Per ottimizzarla bisogna usare protocolli che trasmettano pacchetti di dati di dimensioni compatibili con i dati generati dai nostri dispositivi IoT, in modo da non sprecare spazio per trasmettere zeri.

 

Velocità di trasmissione e larghezza di banda sono due parametri differenti ma intimamente legati. In pratica quando si effettuano delle scelte per la connettività, si andrà a guardare la latenza e la velocità di trasmissione, associando a quest’ultima la larghezza di banda e prestando attenzione alla banda minima garantita (esempio: linea da 100Mbps bilanciata - parametro importante - con banda minima garantita di 95Mbps).

 

Oltre la velocità: cosa serve all'infrastruttura di rete

Oltre a queste esigenze prettamente “prestazionali”, ci sono altri aspetti che sono desiderabili quando si seleziona una tecnologia di rete. Per esempio, l’interoperabilità ovvero, vogliamo che la nostra rete possa connettere fra loro vari tipi di dispositivi o apparati simili ma di produttori diversi – raramente una linea di produzione è formata esclusivamente da macchinari di un singolo marchio. Altra caratteristica importante è la scalabilità, ovvero la capacità della rete di crescere per numero di nodi collegati, senza che questo impatti sulle prestazioni o sull’affidabilità del servizio. Questo aspetto è particolarmente importante perché l’esperienza sul campo dimostra che i nodi di una rete IIoT tendono quasi sempre ad aumentare dopo l’installazione iniziale, ben oltre il numero originalmente previsto. Questo avviene perché, in genere, in un progetto pilota ci si limita a un singolo impianto di una linea; ridimensionando il sistema e potenziando la copertura in IIoT sull’intera catena, il numero di sensori si rivela sempre maggiore del previsto, scoprendo durante l’esecuzione del progetto che ci sono altri parametri da tenere sotto controllo. Altre volte si vogliono aggiungere ulteriori sensori a linee già funzionanti e complete di una serie di sensori IIoT, per monitorare ulteriori aspetti non considerati nel progetto iniziale. Un altro parametro da tenere sott’occhio è il consumo dei dispositivi di rete quando stanno trasmettendo dati. Questo è fondamentale per gli apparecchi connessi alimentati a batteria, ma anche nel caso di installazioni fisse alimentate a corrente, la connessione di migliaia di sensori e decine di apparati di rete - dagli hub ai router eccetera - potrebbe innalzare in modo sensibile i consumi.

 

Sicurezza dell'infrastruttura di rete

Infine, un aspetto estremamente importante ma spesso sottovalutato, è quello della sicurezza. Ed è curioso vedere l’Industria 4.0 rifare nell’OT gli stessi errori fatti a suo tempo dall’IT anziché imparare dall’esperienza pregressa. Infatti, solo recentemente l’IT ha preso coscienza dei pericoli del mondo cyber: per esempio, qualche anno fa la crittografia delle prime reti Wi-Fi era debolissima e fra i tecnici IT girava la battuta che introdurre il Wi-Fi in azienda equivaleva a mettere una presa Ethernet nel parcheggio. Oggi, alcuni dei più comuni protocolli usati in ambito telecontrollo (per esempio, MQTT) non integrano nativamente nelle loro specifiche un sistema di sicurezza, il quale va aggiunto a posteriori. Ci si può consolare pensando che, in questo modo, è possibile scegliere anche il livello di sicurezza più adatto alla propria azienda: standard crittografici più o meno potenti, sistemi di autenticazione dell’utente a codice, biometrici o a doppio fattore, protezione delle porte e così via.

Determinare quali esigenze siano prioritarie, i livelli prestazionali di cui abbiamo bisogno e le nostre aspettative in termini di sicurezza, interoperabilità e scalabilità sono il primo passo da fare per stabilire che tipo di connettività ci serve. Se l’analisi è sufficientemente precisa e accurata, la scelta della tecnologia più adatta ai nostri scopi sarà nettamente semplificata.

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