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El papel vital de las pasarelas IoT industriales como puente entre TI y OT

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El papel vital de las pasarelas IoT industriales como puente entre TI y OT Imagen: IoT Analytics
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Según el informe IoT Gateway Market Report 2023-2027, el mercado de pasarelas de IoT industrial (IIoT) de 900 millones de dólares experimentó un crecimiento acelerado entre 2021 y 2022, que se prevé que continúe gracias a varios vientos favorables. Las pasarelas IIoT están permitiendo la convergencia de TI y OT al compartir datos de forma segura y eficiente entre los equipos de OT a nivel de suelo y los equipos de TI o la nube, con la implementación normalmente como parte de una de las cuatro arquitecturas de IoT más amplias. Hay varios avances en las pasarelas IIoT, por ejemplo, en seguridad, computación periférica y almacenamiento.

Según IoT Analytics, proveedor global líder de perspectivas de mercado e inteligencia empresarial estratégica para Internet de las Cosas (IoT), el mercado de gateways IoT industriales se aceleró significativamente de 2021 a 2022, creciendo ~14,7% para alcanzar los 860 millones de dólares (38% del mercado global de gateways IoT). Se puede encontrar más información en el nuevo Informe de Mercado de Pasarelas IoT 2023-2027 de IoT Analytics, que incluye definiciones detalladas de las pasarelas IoT, proyecciones de mercado, impulsores de adopción de adopción, panorama competitivo, tendencias destacadas y estudios de casos.

Knud Lasse Lueth, CEO de IoT Analytics, comenta que "las pasarelas IoT industriales son fundamentales para conectar los sistemas heredados con la tecnología moderna. También desempeñan un papel importante para apoyar la migración de las aplicaciones de fabricación a la nube. En el futuro también espero que una serie de aplicaciones más pequeñas se asienten directamente en las pasarelas IIoT, aprovechando la tecnología de contenerización, el almacenamiento y la computación más potentes y, en algunos casos, incluso los chips de IA para la inferencia ML."

Kalpesh Baviskar, analista de IoT Analytics, añadió que "las pasarelas IoT han surgido como una solución muy rentable para desplegar sistemas IoT con múltiples sensores. Desempeñan un papel crucial en la conexión de equipos heredados y dispositivos que antes no estaban conectados. En últimos años, hemos asistido a la integración de procesadores de alto rendimiento y conjuntos de chips de IA en las pasarelas IoT, transformándolas en pasarelas IoT de borde. Estas pasarelas pueden realizar análisis y procesamiento de datos locales, reduciendo significativamente la cantidad de datos que deben enviarse a la nube. Esto puede suponer un importante ahorro de costes y una mejora del rendimiento de las aplicaciones IoT."

Pasarelas IIoT: Mercado y función

El mercado de pasarelas IoT industriales, que está liderado por empresas como Cisco, Siemens, Advantech y MOXA, se aceleró significativamente de 2021 a 2022, creciendo ~14,7% para alcanzar los 860 millones de dólares (38% del mercado global de pasarelas IoT), y prevemos un crecimiento continuo al menos hasta 2027. Los factores que impulsan este crecimiento son los siguientes:

- Conectar lo no conectado. Muchas empresas están reequipando sus equipos heredados con sensores y controladores, utilizando pasarelas IIoT para realizar la transformación necesaria de protocolos y datos y transferir los datos a un punto final de TI.

- Las aplicaciones de software están migrando. Las empresas con equipos conectados están trasladando algunas aplicaciones clave a la nube, con las pasarelas IIoT emergiendo como el principal punto de nexo para el flujo de información dentro y fuera de las instalaciones industriales. Algunas aplicaciones también se ejecutan ahora localmente en la propia pasarela.

- Hardware más potente. Las nuevas pasarelas mejoradas con procesadores multinúcleo integrados, conjuntos de chips de IA y elementos de seguridad están permitiendo un procesamiento y una transmisión de datos más rápidos y seguros (a un punto final de TI o a la nube).

Estos factores reflejan nuestra valoración de que las pasarelas IIoT se están convirtiendo en la coyuntura para la convergencia de TI y OT.

Nota: Cuando hablamos de pasarelas IIoT, nos referimos a hardware (reforzado) que conecta sensores, dispositivos IIoT y equipos industriales a servidores en la nube o locales o PLC/IPC que operan en redes industriales distintas. Para una definición exacta, consulte nuestro informe.

Cómo las pasarelas IIoT conectan los mundos IT y OT

Muchas empresas mantienen equipos heredados que no tienen sensores ni dispositivos de control. Incluso si el equipo heredado tiene sensores o controladores que se conectan localmente, como a una interfaz hombre-máquina o a un panel de PC en la planta de producción, puede que no ofrezca opciones de conectividad o utilice protocolos de mensajería que utilizan los equipos finales (como un servidor de TI o la nube). Mientras tanto, las empresas que poseen equipos habilitados para IoT pueden desear mover datos fuera de las instalaciones (por ejemplo, a equipos de TI remotos o a la nube) o mejorar el cálculo de datos locales para respuestas automatizadas antes de transmitir los datos.

En estos casos, las pasarelas IIoT pueden conectarse con sensores autónomos o integrados, ya sea de forma inalámbrica o por cable a través de módulos maestros de E/S, para transmitir datos a servidores informáticos o en la nube. Como se describe a continuación, encajan en muchas arquitecturas que se encuentran en las soluciones de IoT industrial.

Pasarelas IIoT en arquitecturas IoT

Tanto si una empresa construye como si compra una solución IoT, la solución se alineará con una arquitectura IoT para recopilar y transmitir datos al punto final. Aunque una arquitectura directa de sensor a nube no requiere el uso de una pasarela IIoT, las pasarelas IIoT suelen encontrarse en 4 tipos generales de arquitecturas IoT.

1- Sensores/dispositivos a PLC/IPC a pasarela IIoT a la nube

En entornos industriales con hardware de automatización existente, la arquitectura de sensores/dispositivos a PLC/IPC a pasarela IIoT a la nube es muy común. Los sensores o actuadores de campo están conectados a maestros de módulos de E/S. Estos maestros de módulos de E/S transmiten datos al PLC o IPC local. A continuación, el PLC/IPC se conecta a la pasarela IIoT, que sirve de puente entre el PLC/IPC y la nube.

Esta arquitectura puede ser muy potente, pero también potencialmente peligrosa. La pasarela IIoT puede configurarse técnicamente para acceder de forma remota a toda la arquitectura que se encuentra debajo del PLC/IPC. Si bien esta configuración permite que cualquier dato fluya entre IT y OT y, por lo tanto, cualquier caso de uso imaginable, también tiene la mayor superficie de ataque potencial (potencialmente toda la instalación), por ejemplo, en caso de una arquitectura de seguridad mal configurada.

2- De los sensores a los módulos de E/S, de las pasarelas IoT a la nube

En la arquitectura de sensor a módulo maestro de E/S a pasarelas de IoT a la nube, los sensores simples se conectan a los módulos maestros de E/S. El módulo maestro de E/S utiliza entonces un cableado y un cable de red para conectar los sensores. A continuación, el maestro de módulos de E/S utiliza estándares de conectividad por cable o inalámbricos para transferir datos a las pasarelas IIoT, evitando cualquier PLC o IPC. Esta arquitectura demuestra ser muy eficaz en escenarios en los que múltiples sensores se organizan en clústeres: el maestro de módulos de E/S actúa como nodo central para cada clúster de sensores, recopilando y transmitiendo eficientemente los datos a la nube a través de una pasarela IIoT.

3- Sensores en dispositivos a pasarela IoT a nube

En la arquitectura de sensores en dispositivos a pasarela IoT a la nube, los dispositivos equipados con uno o varios sensores integrados se conectan directamente a la pasarela IIoT. Esta arquitectura suele desplegarse cuando se utilizan dispositivos IoT no autónomos (es decir, dispositivos que no pueden conectarse a Internet por sí mismos).

4- Sensores a pasarela IoT a la nube

En la arquitectura de sensores a pasarela IoT a la nube, las pasarelas IIoT permiten conexiones entre sensores y servidores en la nube directamente. Esta arquitectura puede encontrarse, por ejemplo, cuando se retroadaptan sensores específicos en un activo (por ejemplo, para la monitorización del estado) con el deseo de pasar por alto todas las demás redes existentes (para no interferir con ellas y crear un nuevo riesgo de seguridad).

Avances en las capacidades de las pasarelas IIoT

A medida que las pasarelas IIoT se han ido generalizando en las soluciones IIoT, han ido adquiriendo capacidad para ofrecer más a sus usuarios. En general, las pasarelas IIoT suelen ofrecer 8 funciones clave:

- Traducción de protocolos
- Gestión de datos
- Gestión de dispositivos
- Computación
- Comunicación
- Gestión de recursos
- Gestión de la seguridad
- Gestión de la calidad del servicio

A medida que el mercado de pasarelas IIoT ha ido creciendo, estas funciones han ido avanzando. Los siguientes son sólo algunos ejemplos de avances.

- Gestión de la seguridad

A medida que aumenta el número de dispositivos conectados, el riesgo de ciberataques y accesos no autorizados se hace más significativo. Esto es especialmente cierto para las empresas que buscan conectar equipos de fábrica a servidores externos de TI o en la nube. Afortunadamente, para hacer frente a estos riesgos, los proveedores de pasarelas IIoT están incorporando proactivamente características de seguridad en sus productos y adhiriéndose a las regulaciones y estándares específicos de la industria, lo que permite que la supervisión y el control de OT residan de forma segura detrás de capas de políticas y controles de acceso.

Una serie notable de normas es la IEC 62443, aprobada en 2021, que dirige todos los productos certificados IEC 62443 para adherirse a los requisitos específicos de desarrollo de productos desde las primeras etapas de diseño. Este conjunto de normas se ha convertido en requisitos técnicos obligatorios en muchos países, y según Pascal LeRay, Jefe de Seguridad Cibernética de Bureau Veritas, "un número creciente de clientes [están] exigiendo a los fabricantes pruebas del nivel de seguridad de sus equipos IoT industriales."

En nuestra investigación, las empresas de pasarelas IIoT señalaron la importancia de incorporar estándares de seguridad en sus productos. El CEO de Teltronic, Juan Ferro, declaró que "[l]a repentina irrupción de la ciberseguridad en el sector ha sido interpretada por Teltronic como una oportunidad para mejorar tanto [nuestros] productos como los procesos asociados", y añadió que la adopción preventiva de estándares de seguridad les situaba por delante de otras empresas de su sector.

Junto con las normas, las pasarelas IIoT incorporan cada vez más seguridad de hardware, utilizando elementos seguros integrados en los procesadores o en la placa de circuito impreso/módulos como módulos de plataforma de confianza (por ejemplo, TPM 2.0). La pasarela IoT A1 de Ultratronik integra el elemento seguro EdgeLock SE051 de NXP, y la serie RELIAGATE 10-14 de Eurotech mantiene las certificaciones IEC 62443-4-1, -4-2 y PSA de nivel 1 y cuenta con un chipset de seguridad TPM 2.0 -OPTIGA TPM SLM 9670 de Infineon Technologies.

- Computación

Las pasarelas IoT en general han tendido hacia una mayor potencia de procesamiento. En las soluciones industriales, esto ha ayudado a las empresas a desplazar el procesamiento de datos y la computación hacia el borde de la solución -más cerca del punto de recogida de datos-, lo que les ahorra ancho de banda y potencia de comunicaciones y libera a sus servidores informáticos y de nube para gestionar otras tareas. Además, ha habido una tendencia a integrar chipsets de IA en algunas pasarelas IoT para facilitar la computación en los bordes. Un ejemplo notable es la pasarela de análisis de vídeo IoT AIOT-AVID de AAEON, que incorpora la unidad de procesamiento de visión (VPU) Myriad X de Intel.

La capacidad de procesar y automatizar datos en tiempo real puede significar mucho para los resultados de una empresa, como afirmó un vicepresidente senior: "Los milisegundos de latencia [entre] un robot industrial y muchos sistemas en tiempo real pueden ser la diferencia entre un peligro para la seguridad y una línea de montaje productiva."

Gestión de datos y recursos

El almacenamiento local de datos facilita el procesamiento de datos en el perímetro. Además, algunos casos de uso industrial pueden requerir la clasificación y el análisis de datos antes de su transmisión a un servidor informático o en la nube, ya sea debido a una conectividad de red limitada o al deseo de un uso más eficiente de los equipos informáticos.

La necesidad de almacenamiento local de datos ha dado lugar a soluciones de memoria flash eMMC y SSD en las pasarelas IoT en general. A mediados de este año, Robustel lanzó tres pasarelas IIoT basadas en ARM con distintos tamaños de DDR y eMMC para satisfacer las necesidades de las aplicaciones. Unos meses después, Compulab anunció su IOT-GATE-RPI4, una pasarela IIoT basada en Raspberry Pi que ofrece hasta 128 GB de memoria eMMC y ranuras mPCIe para ampliar el almacenamiento SSD hasta 256 GB. Otros ejemplos son la pasarela IIoT serie AIG-301 de MOXA con 16 GB de eMMC y Hirschmann OpEdge-8D de Belden con 64 GB de memoria flash SSD.

Gestión de dispositivos

Con el almacenamiento integrado llega la capacidad de contenerizar aplicaciones para su despliegue en pasarelas IoT, incluido el software de gestión de dispositivos. Tradicionalmente, el despliegue de aplicaciones en pasarelas IoT implicaba instalarlas directamente en el sistema operativo del equipo, lo que tenía limitaciones en términos de escalabilidad, flexibilidad y facilidad de gestión. Sin embargo, las empresas utilizan cada vez más la contenedorización como estrategia de despliegue de aplicaciones en pasarelas IIoT, ofreciendo plataformas como Kubernetes y tiempos de ejecución como Docker. Estas tecnologías proporcionan una forma de crear entornos de ejecución ligeros y aislados, conocidos como contenedores, donde las aplicaciones pueden ejecutarse de forma coherente en varias plataformas y entornos.

Muchos OEM de gateways también están creando tiendas de aplicaciones con cientos de aplicaciones listas para usar que los usuarios finales pueden implementar en sus gateways (y en la nube), como la tienda ctrlX de Bosch Rexroth, Industrial Edge Marketplace de Siemens y WISE-Marketplace de Advantech.

Principales ventajas de las pasarelas IIoT

En nuestro análisis de 65 casos prácticos, hemos identificado numerosas ventajas de las implantaciones de pasarelas IIoT basadas en diversos casos de uso. A continuación se enumeran 3 de los principales beneficios citados por las empresas.

1- Mejor integración de TI/OT

De hecho, este es un objetivo clave de la implementación de pasarelas IIoT, y nuestro análisis muestra que muchas empresas lo han logrado. Un objetivo común de la integración TI/OT es la supervisión y respuesta remotas. Como ejemplo, Vitesco Technologies Italia utilizó 4ZeroBox de Zerynth, un sistema IIoT local para la monitorización en tiempo real y el mantenimiento predictivo. Esta solución permitió a Vitesco predecir el mal funcionamiento de las válvulas neumáticas con 24 horas de antelación, lo que redujo el tiempo de inactividad del montaje y aumentó la productividad.

2- Reducción de los costes laborales

Las pasarelas IIoT a menudo se implementan con fines de automatización y, como tales, pueden reducir los costos laborales, el esfuerzo humano y los errores humanos. Mientras que Vitesco vio una reducción del 50% en su necesidad de mano de obra manual con su aplicación 4ZeroBox, el fabricante de acero colombiano Corpacero redujo los costos asociados con la mano de obra de reparación después de asociarse con Senzary para implementar las soluciones RotaryIQ e InsightsIQ para el mantenimiento predictivo y la gestión remota de la máquina.

3- Ahorro de energía

El proveedor de software analítico de gestión de energía empresarial Wattics se asoció con Kontron para utilizar el KBox A-101 de Kontron como "nodo de borde" central para el software Wattics Sentinel en las instalaciones del cliente. Se conecta a la red energética local y a la red Sentinel, facilitando la configuración de contadores, la recogida fiable de datos, el preprocesamiento, la compresión y la comunicación segura.

Perspectivas del mercado de pasarelas IoT

Con muchas empresas que buscan adaptar sus equipos o mejorar sus soluciones IoT, hemos observado un sólido crecimiento en el mercado de gateways IIoT (8,1% CAGR) entre 2018 y 2022, con una aceleración específicamente de 2021 a 2022. Evaluamos que esta tendencia continuará, ya que los casos de uso en la fabricación y ciertas aplicaciones continúan demandando procesamiento en tiempo real, baja latencia y manejo seguro de datos. Además, las siguientes 5 tendencias, que se analizan en mayor profundidad en el Informe sobre el mercado de las pasarelas IoT 2023-2027, respaldan esta valoración:

- Las pasarelas IoT son cada vez más modulares, lo que permite a los proveedores de pasarelas IIoT ofrecer una gama de opciones y configuraciones para satisfacer las necesidades de los clientes y permitir una fácil escalabilidad.
- Las pasarelas IoT admiten más opciones de conectividad inalámbrica, como soluciones celulares seguras con tecnología eSIM/iSIM, lo que permite a las pasarelas IIoT gestionar múltiples dispositivos conectados en un perímetro de operaciones ampliado.
- Los proveedores de pasarelas IIoT están colaborando para combinar soluciones de hardware y software, simplificando las implantaciones y reduciendo los costes.
- El hardware OT está empezando a consolidarse (por ejemplo, los maestros de módulos de E/S se están pasando a las pasarelas IIoT).
- La virtualización de las cargas de trabajo (por ejemplo, PLC virtuales) permite a los IPC y a las pasarelas IIoT realizar tareas que antes estaban estrechamente vinculadas a otras piezas de hardware.

Las pasarelas IIoT desempeñan un papel fundamental en la reducción de la brecha entre la maquinaria heredada y los sistemas modernos, facilitando las reconversiones y las instalaciones abandonadas. A medida que las industrias se esfuerzan por lograr la conectividad global y la gestión centralizada de los dispositivos OT, las pasarelas IIoT seguirán desempeñando un papel importante en la integración de las operaciones en varias ubicaciones.

Qué significa esto para los proveedores de pasarelas IoT

5 preguntas clave que los proveedores de pasarelas IoT deberían hacerse basándose en las conclusiones del informe:

1- ¿Siguen cumpliendo nuestras pasarelas IIoT las normas de seguridad actualizadas?
2- ¿Nuestros clientes requieren capacidades de IA en el borde como oferta general?
3- ¿Hemos explorado las opciones de almacenamiento local de datos para aumentar el cálculo y reducir la latencia?
4- ¿Deberíamos contenerizar nuestras aplicaciones IIoT de borde? Y si es así, ¿cómo?
5- ¿Permiten nuestras soluciones generales una integración TI/OT sin fisuras para los clientes? Si no es así, ¿deberíamos centrarnos en soluciones a medida para nuestros clientes?

Qué significa para quienes adoptan IoT

5 preguntas clave que los adoptantes de IoT deberían plantearse basándose en las conclusiones del informe:

1- ¿Hemos evaluado las distintas pasarelas IIoT disponibles y su impacto potencial en nuestra estrategia global de IoT?
2- ¿Qué arquitectura o arquitecturas de IoT estamos utilizando? ¿Puede una pasarela IIoT ofrecer mejoras?
3- ¿Cumplen nuestras actuales pasarelas IIoT las normas de seguridad actuales? Si no es así, ¿qué actualizaciones necesitamos para cumplir estas normas?
4- ¿Hemos evaluado las posibles ventajas de la computación periférica (por ejemplo, automatizar los controles localmente en función de los datos)?
5- ¿Deberíamos aprovechar el almacenamiento local de datos y las aplicaciones en contenedores para mejorar la gestión y las actualizaciones de los dispositivos?

(IoT Analytics)

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