Desde 2015, el protocolo MQTT ha sido reconocido como líder en la Industria 4.0, destacándose junto con Sparkplug como una herramienta clave en el ámbito del Internet de las Cosas (IoT), destacándose por su flexibilidad y compatibilidad con diversas plataformas y sectores. A pesar de sus ventajas, su implementación en entornos industriales presenta desafíos significativos relacionados con la interoperabilidad, integración de dispositivos heterogéneos y ciberseguridad. Este artículo analiza cómo MQTT, complementado por la especificación Sparkplug B y el uso de computación periférica, puede superar estos retos para crear redes IIoT seguras y escalables.
Fundamentos del protocolo de comunicación MQTT para la Industria 4.0
MQTT fue diseñado originalmente como un protocolo de comunicación para redes industriales en la década de 1990, respondiendo a la necesidad de mejorar la transmisión de datos en infraestructuras SCADA. En el contexto de la Industria 4.0, su arquitectura de publicación-suscripción permite reducir el tráfico de red, ya que los dispositivos publican datos solo cuando detectan cambios, eliminando la necesidad de consultas constantes.
Este protocolo destaca por sus rutas temáticas flexibles y una carga útil optimizada, lo que asegura una transmisión eficiente y un uso racional del ancho de banda. Además, sus avanzados mecanismos de tolerancia a fallos, como los niveles de calidad de servicio (QoS) y los mensajes de última voluntad y testamento, garantizan una alta confiabilidad para aplicaciones críticas.
Gracias a estas características, MQTT se posiciona como un aliado estratégico en la gestión de grandes volúmenes de datos dentro de redes industriales, consolidándose como una tecnología clave para la transformación digital y la conectividad en la Industria 4.0.
Funcionalidades específicas de este protocolo de comunicación:
1.-Comunicación de publicación-suscripción: El modelo de publicación-suscripción mejora la transmisión de información al eliminar la necesidad de sondear dispositivos constantemente. En el enfoque tradicional, los datos solo se actualizan cuando se realiza una solicitud específica, y las consultas suelen repetirse en intervalos regulares.
2.-Rutas temáticas flexibles: En este sistema, los clientes se conectan al corredor con un identificador único, pero no hay un esquema para direccionar dispositivos individuales. En su lugar, los datos se organizan y acceden mediante «temas», que son rutas jerárquicas fáciles de leer y estructuradas.
3.-Carga útil del mensaje: MQTT es un protocolo diseñado para que aplicaciones y dispositivos se comuniquen eficientemente en redes, especialmente en IoT. A diferencia de HTTP, que se centra en la interacción humano-servidor, MQTT prioriza la comunicación directa entre máquinas (M2M).
Ampliación de las capacidades de MQTT con Sparkplug B
Sparkplug B enriquece las funcionalidades de los clientes básicos de MQTT, permitiendo la implementación de nuevas funciones y mensajes más explícitos. Estas mejoras, aunque representan un costo adicional son fundamentales para la especificación y su adaptabilidad en entornos industriales.
Definición de carga útil: Sparkplug B utiliza un formato de carga útil estandarizado que organiza datos complejos mediante pares clave-valor. Cada métrica puede incluir campos opcionales como nombre, descripción, tipo de datos o indicadores históricos, lo que permite manejar información estructurada de forma eficiente.
Supervisión local con certificados de nacimiento y defunción
- Certificado de defunción: Formaliza el mensaje de última voluntad de MQTT, activado por desconexiones inesperadas. Identifica si pertenece a un nodo (NDEATH) o a un dispositivo (DDEATH).
- Certificado de nacimiento: Es un mensaje inicial (NBIRTH o DBIRTH) que confirma la conexión de un nodo o dispositivo en la red.
Asignación de la aplicación principal: En entornos industriales, una única aplicación crítica, como un host IIoT o un sistema SCADA, suele gestionar operaciones. Sparkplug permite designar un nodo de aplicación como principal, con exclusividad para emitir comandos en la red.
Construcción de redes MQTT para la transformación digital en la Industria 4.0
La combinación de MQTT, Sparkplug B y computación periférica es una solución poderosa y escalable que optimiza las redes industriales modernas. Al permitir el procesamiento local de datos antes de su transmisión a la red central, se mejora tanto el rendimiento como la seguridad, mientras que la interoperabilidad entre dispositivos de distintos fabricantes queda asegurada. Estos avances facilitan la integración de dispositivos heredados en las infraestructuras actuales, ofreciendo a las empresas la flexibilidad de escalar sus redes y adoptar aplicaciones avanzadas como gemelos digitales o inteligencia artificial. El enfoque abierto y personalizable de estas tecnologías proporciona a las organizaciones una base sólida para la transformación digital.
Conclusión
Procetradi, con su amplia experiencia de más de 27 años, se posiciona como un referente en la implementación de soluciones de automatización industrial y redes inteligentes, especialmente con el uso de tecnologías como MQTT, Sparkplug B y computación periférica. Su enfoque innovador permite a las empresas del sector industrial optimizar sus operaciones, garantizar la interoperabilidad entre dispositivos y escalar sus redes con eficacia.
La alianza con Opto 22 fortalece aún más su capacidad para ofrecer soluciones integrales que acompañan a las empresas en su evolución hacia la Industria 4.0, asegurando infraestructuras confiables y preparadas para enfrentar los retos de la digitalización en el sector industrial.
