5-8 minut

Sieci kampusowe dla przemysłu nowej generacji

Security by design to założenie, według którego bezpieczeństwo jest podstawą projektowania każdego elementu. Gwarantuje dodatkowo stabilność i niezawodność, oferując jednocześnie wysoką prędkość transmisji danych, niskie opóźnienia i straty oraz niespotykane dotąd możliwości rozbudowy i wprowadzania zmian. Są to cechy sieci kampusowych opartych na technologiach łączności 5G, które sprawiają, że stają się dziś niezbędną częścią transformacji w kierunku Przemysłu 4.0.

CZEGO SIĘ DOWIESZ Z TEGO MATERIAŁU: CZYM SĄ SIECI KAMPUSOWE I DLACZEGO ICH ROLA JAKO ROZWIĄZANIA DLA PRZEMYSŁU I USŁUG BĘDZIE ROSŁA? W JAKI SPOSÓB DZIAŁAJĄ SIECI KAMPUSOWE? JAKIE SĄ ICH NAJWAŻNIEJSZE ZALETY DLA PRZEMYSŁU PRZYSZŁOŚCI?

Na początek kilka słów wyjaśnienia czym są sieci kampusowe, czyli CAN. To sieci komputerowe łączące kilka sieci lokalnych (LAN) na ograniczonym geograficznie terenie. Nazwa kojarzy się z uniwersyteckimi kampusami – i słusznie, bowiem pierwsze instalacje tego rodzaju łączyły właśnie wewnętrzne uczelniane sieci – m.in. biblioteczne, administracyjne, obejmujące pracownie i sale wykładowe, a także dormitoria – na długo przed stworzeniem usługi WWW.

Przykładowo sieci kampusowe mogą działać na terenie potrzebnym do realizacji naszych usług biznesowych. Na tym obszarze możemy uruchomić wiele takich sieci lub działać w ramach jednej, ponieważ dziś sieci kampusowe to przede wszystkim połączenie wielu sieci w ramach jednej instalacji korporacyjnej.

Katalizator rewolucji przemysłowej

Najistotniejszymi czynnikami napędzającymi Przemysł 4.0 są cyfrowe technologie – przede wszystkim wykorzystanie Internetu Rzeczy, analiza wielkich zbiorów danych (big data) oraz sztuczna inteligencja operująca na tych danych. Celem jest zwiększenie wydajności, automatyzacja procesów administracyjnych i produkcyjnych oraz stworzenie nowych, innowacyjnych produktów i usług.

Tyle teorii, ale gdzie w tym wszystkim są sieci kampusowe? To centralny element umożliwiający zbieranie i analizę danych, gwarantujący bezpieczeństwo i prywatność danych oraz pozwalający na efektywną robotyzację procesów produkcyjnych[1]. W przedsiębiorstwach wytwórczych taka sieć może łączyć sferę IT (sieci informatyczne jak np. komputery osobiste) i OT (sieci operacyjne jak np. systemy czujników, mierników), co m.in. umożliwia analizę danych płynących z linii produkcyjnej przez narzędzia sztucznej inteligencji, a także ułatwia zarządzanie produkcją – konserwację i wymianę sprzętu, czy rekonfigurację linii. Taka analiza umożliwia również operatorom i administratorom na przewidywanie zdarzeń i reagowanie przed wystąpieniem usterki czy awarii.

W ten sposób może być realizowane inne fundamentalne założenie Przemysłu 4.0, jakim jest personalizacja produkcji. Łatwość konfiguracji maszyn „w locie”, za pośrednictwem sieci, pozwala na wytwarzanie na jednej linii kilku różnych produktów w zależności od potrzeb deklarowanych przez zamawiającego.

Pasmo na wyłączność

Tradycyjne sieci kampusowe są tworzone najczęściej przy użyciu sieci przewodowych LAN uzupełnianych przez bezprzewodowe sieci Wi-Fi lub przez sieci publiczne. Jednak to, co sprawdza się na uniwersytetach, czy w zastosowaniach administracyjnych nie zawsze może funkcjonować w otoczeniu produkcyjnym. I tu wkracza technologia łączności bezprzewodowej 5G[2], które niosą one wiele zalet.

W odróżnieniu od Wi-Fi nie grożą im zakłócenia spowodowane wykorzystaniem pasma przez inne punkty dostępowe i ich użytkowników. W niektórych konfiguracjach sieci kampusowej działającej w oparciu o 5G możliwe jest wydzielenie licencjonowanego pasma radiowego i oddzielne zarządzanie nim. Na etapie planowania można wskazać, jakie zasoby obliczeniowe potrzebne są w poszczególnych miejscach, gdzie niezbędna jest pełna dostępność i maksymalna przepustowość, a gdzie potrzebujemy tylko odczytać dane z liczników. W praktyce eliminuje to zakłócenia oraz znacząco podnosi poziom bezpieczeństwa przesyłanych danych. O ile w biurze chwilowa utrata sygnału nie będzie stanowiła większego problemu, o tyle w rozwiązaniach przemysłowych może to mieć ogromne znaczenie, z konsekwencjami w postaci zatrzymania produkcji i awariami sprzętu włącznie.

To również przewaga sieci kampusowych nad rozwiązaniami wykorzystującymi infrastrukturę publiczną – pełna, autonomiczna kontrola nad siecią pozwala nawet w przypadku problemów zapewnić obsługę krytycznych procesów. W przypadku prywatnej, wydzielonej sieci kampusowej możliwe jest bardzo szczegółowe określenie parametrów QoS nawet na poziomie najniższego gwarantowanego przepływu (GBR) w stosunku do użytkownika lub urządzenia.

W porównaniu z sieciami przewodowymi atuty własnej sieci kampusowej opartej na technologiach bezprzewodowych są oczywiste – brak konieczności okablowania budynków i hal produkcyjnych, elastyczność rozbudowy i łatwość konserwacji przy zachowaniu bardzo wysokich parametrów transmisji danych. Mobilność terminali oznacza również, że do sieci kampusowej mogą być podłączone pojazdy, roboty czy czujniki zainstalowane przy maszynach – co jest fundamentalne dla działania „inteligentnej fabryki”.

Największym atutem prywatnych sieci kampusowych zrealizowanych w technologii 5G jest jednak bezpieczeństwo. Oferowane przez T-Mobile rozwiązanie jest całkowicie niezależne od sieci publicznej. To administratorzy sieci kampusowej mają pełną kontrolę nad tym, kto może się do niej podłączyć, co jest dodatkową barierą przed nieautoryzowanym dostępem do firmowych zasobów. Zabezpieczenie sieci to nie tylko chronione prawnie pasmo częstotliwości i separacja od innych sieci radiowych, ale działające w sieci skanery ruchu sieciowego. Tutaj każde odstępstwo od standardowego funkcjonowania np. czujnika temperatury jest zgłoszone jako incydent i konieczna jest weryfikacja czy dany czujnik nie stał się bramą do nieautoryzowanego dostępu do naszych danych. To funkcjonująca na poziomie Internetu rzeczy doktryna „zero trust”, której głównym założeniem jest brak zaufania do każdej próby dostępu do danych firmy.

Działanie takiej zamkniętej sieci oznacza również dodatkowe bezpieczeństwo danych przetwarzanych w modelu edge computing – informacje nie muszą z niej wypływać na zewnątrz w celu podstawowej analizy. Niezbędne dane i aktualizacje można dodatkowo zabezpieczyć serwerami proxy, co daje pełną separację i izolację oraz gwarantuje pracę na aktualnych i w pełni zabezpieczonych systemach. Jednocześnie możliwa jest komunikacja z chmurą za pośrednictwem publicznej sieci operatora.

Co istotne, za działanie takiej sieci odpowiada T-Mobile na podstawie umowy z gwarancjami SLA, a za jej bezpieczeństwo Security Operations Center operatora.

Nowy wymiar automatyzacji produkcji

Jakie realne korzyści niesie wdrożenie sieci kampusowej do zakładów wytwórczych? Bezprzewodowa komunikacja z czujnikami pozwala na monitorowanie produkcji i wszystkich procesów logistycznych w czasie rzeczywistym. Co oczywiste – umożliwia to również monitorowanie i zarządzanie pojazdami – od suwnic, przez autonomiczne wózki widłowe, a skończywszy na autach poruszających się na terenie kampusu i dronach nadzorujących z pełną transmisją online wideo i analityką obrazu. Terminale bezprzewodowe dają też możliwość lokalizacji konkretnych pracowników i monitoring bezpieczeństwa fizycznego dostępu do pomieszczeń.

Jeżeli profil zakładu tego wymaga, przez sieć kampusową można również monitorować stan i lokalizację półproduktów i elementów przygotowanych do scalenia. Moduły komunikacyjne w produktach i maszynach dają też możliwość dostosowania procesu wytwórczego do bieżących potrzeb – czyli do personalizacji produkcji. Co więcej, ponieważ urządzenia te korzystają z sieci bezprzewodowej, przekonfigurowanie produkcji (przez fizyczne przeniesienie maszyn) nie sprawia większej trudności.

Stały monitoring umożliwia również wdrożenie tzw. predykcyjnej konserwacji – proaktywnego reagowania na dane płynące z urządzeń i przewidywania awarii, zanim się one zdarzą i wpłyną na inne elementy procesu produkcyjnego. Dzięki temu serwis może z wyprzedzeniem zamówić części zamienne i przygotować rozwiązania zastępcze. A nawet jeśli do takiej awarii dojdzie, zespoły serwisowe wyposażone w tablety i gogle AR przeprowadzą naprawy szybciej, niż w tradycyjnym otoczeniu.

To najbardziej praktyczne przykłady zastosowania sieci kampusowych w zakładach produkcyjnych. Szeroki strumień danych płynących z urządzeń podłączonych do takiej sieci daje jednak korzyści na poziomie strategicznym. Po pierwsze – to niezbędny element do trenowania algorytmów uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji oraz wykorzystywania tych technologii do opracowywania innowacyjnych produktów. Po drugie umożliwia to stworzenie tzw. cyfrowego bliźniaka – wirtualnej repliki obecnych produktów i procesów, pozwalającej na eksperymentalne modyfikacje bez zakłócania rzeczywistego funkcjonowania zakładu. W przypadku wielu zakładów automaty i roboty muszą czekać na wykonanie własnej zaprogramowanej pracy, co wiąże się z wydłużaniem czasu zwrotu takich urządzeń. Proste i szybkie wdrażanie i weryfikacje dodatkowy prac przez wirtualnych bliźniaków pomoże dodatkowo skracać czasy zwrotów z inwestycji.

Najważniejsze wnioski

Automatyzacja i robotyzacja to najważniejsze elementy napędzające transformację przemysłu. W jej centrum znajduje się sieć łącząca obszary IT i OT, umożliwiająca niezawodną, szybką i bezpieczną transmisję danych. Oparcie sieci kampusowej o technologię 5G niesie szereg bardzo wymiernych korzyści:

wyeliminowanie problemów z zakłóceniami i przerwami w łączności
pełne bezpieczeństwo i prywatność przesyłanych danych
wysokie i niezmienne parametry transmisji danych
brak konieczności okablowania budynków i utrzymywania infrastruktury sieciowej
mobilność pozwalająca na komunikację z pojazdami, dronami oraz przekonfigurowanie linii produkcyjnych
uczenie maszynowe i wykorzystanie analityki sztucznej inteligencji w prostym zarządzaniu siecią
dostępność i łatwa wymiana ogromnych ilości danych obliczeniowych bez konieczności instalowania dedykowanych dodatków do urządzeń, robotów czy maszyn
pełna wizualizacja w każdym obszarze firmy dzięki czujnikom i kamerom z podglądem na żywo
wszystkie sieci operacyjne i informatyczne pod kontrolą w jednym punkcie zarządzania i zabezpieczeń.

[1] https://www.fortinet.com/content/dam/fortinet/assets/white-papers/wp-fortinet-ntt-managed-campus.pdf

[2] https://www.detecon.com/drupal/sites/default/files/2019-10/kor%20190613_5G_Market_Survey_final.pdf