14.8: Consideraciones prácticas - Comunicación Digital

Una consideración principal para las redes de control industrial, donde el monitoreo y control de los procesos de la vida real a menudo deben ocurrir rápidamente y en tiempos establecidos, es el tiempo máximo garantizado de comunicación de un nodo a otro. Si está controlando la posición de una válvula de refrigerante de reactor nuclear con una red digital, debe poder garantizar que el nodo de red de la válvula reciba las señales de posicionamiento adecuadas de la computadora de control en el momento adecuado. Si no, ¡podrían pasar cosas muy malas!

La capacidad de una red para garantizar el “rendimiento” de datos se llama determinismo. Una red determinista tiene un retardo de tiempo máximo garantizado para la transferencia de datos de nodo a nodo, mientras que una red no determinista no. El ejemplo preeminente de una red no determinista es Ethernet, donde los nodos se basan en circuitos aleatorios de retardo de tiempo para restablecer y volver a intentar la transmisión después de una colisión. Siendo que la transmisión de datos de un nodo podría retrasarse indefinidamente a partir de una larga serie de reajustes y reintentos después de repetidas colisiones, no hay garantía de que sus datos alguna vez sean enviados a la red. Sin embargo, de manera realista, las probabilidades son tan astronómicamente grandes que sucedería tal cosa que es de poca preocupación práctica en una red poco cargada.

Otra consideración importante, especialmente para las redes de control industrial, es la tolerancia a fallas de red: es decir, ¿qué tan susceptible es la señalización, topología y/o protocolo de una red particular a fallas? Ya hemos discutido brevemente algunos de los problemas relacionados con la topología, pero el protocolo afecta tanto a la confiabilidad. Por ejemplo, una red Maestro/Esclavo, si bien es extremadamente determinista (algo bueno para los controles críticos), depende completamente del nodo maestro para mantener todo en marcha (generalmente algo malo para los controles críticos). Si el nodo maestro falla por algún motivo, ninguno de los otros nodos podrá transmitir ningún dato, ya que nunca recibirán sus permisos de intervalo de tiempo asignado para hacerlo, y todo el sistema fallará.

Un problema similar rodea a los sistemas de paso de tokens: ¿qué sucede si el nodo que contiene el token fallara antes de pasar el token al siguiente nodo? Algunos sistemas de paso de tokens abordan esta posibilidad al hacer que unos pocos nodos designados generen un nuevo token si la red está en silencio durante demasiado tiempo. Esto funciona bien si muere un nodo que contiene el token, pero causa problemas si parte de una red se queda en silencio porque una conexión de cable se deshace: la parte de la red que se queda en silencio genera su propio token después de un tiempo, y esencialmente te quedan dos redes más pequeñas con un token que es pasándose alrededor de cada uno de ellos para sostener la comunicación. Sin embargo, se producen problemas si esa conexión de cable se vuelve a enchufar: esas dos redes segmentadas se unen a una nuevamente, y ahora hay dos tokens que se pasan alrededor de una red, ¡lo que resulta en que las transmisiones de los nodos colisionen!

No existe una “red perfecta” para todas las aplicaciones. La tarea del ingeniero y técnico es conocer la aplicación y conocer las operaciones de la (s) red (s) disponible (s). Sólo entonces el diseño eficiente del sistema y el mantenimiento pueden convertirse en una realidad.