Reestructuración de las arquitecturas de datos industriales con UNS y MQTT

En un episodio reciente del podcast «Augmented Ops», analizamos el panorama en rápida evolución de las arquitecturas de datos industriales junto a Vatsal Shah, fundador y director ejecutivo de Litmus Automation. Bajo el título«MQTT, Unified Namespace y la nueva pila de datos industriales», el debate con Shah analiza en profundidad arquitecturas como Unified Namespace (UNS) y protocolos de comunicación como Message Queuing Transport Telemetry (MQTT), que son fundamentales para las infraestructuras de datos modernas que demandan los fabricantes.

Basándose en su experiencia como ingeniero de automatización —durante la cual trabajó con muchos de los proveedores consolidados del sector— y tras fundar Litmus y desarrollar un nuevo conjunto de herramientas, Shah ofrece su visión sobre los retos de integración de datos a los que se enfrentan muchos fabricantes. En concreto, destaca la urgente necesidad de tender un puente entre los mundos de la tecnología de la información (TI) y la tecnología operativa (TO) mediante una arquitectura de datos abierta e interoperable.

Shah explica las importantes limitaciones con las que se topó al trabajar con las herramientas existentes de proveedores tradicionales del sector de la automatización industrial, lo que finalmente le llevó a fundar Litmus. Los problemas a los que se enfrentó solían girar en torno a la dificultad de integrar sistemas con componentes que abarcaban diferentes plataformas y proveedores. Shah cuenta que, mientras trabajaba en un proyecto del sector del petróleo y el gas, él y su equipo se enfrentaron al reto de unificar los sistemas de Emerson, Honeywell, Fisher, Rosemount y Siemens para que todos compartieran una única base de datos. Esto requería un nivel de integración entre múltiples sistemas diferentes que las herramientas existentes no podían lograr de manera eficiente.

La única solución de la que disponían en aquel momento era escribir código a medida en Visual Basic, un proceso que no solo requería mucho tiempo, sino que además carecía de la escalabilidad y la flexibilidad necesarias para las operaciones industriales modernas. Ninguna de las soluciones existentes lograba poner los datos de OT a disposición de los sistemas de TI y de otros sistemas de forma ágil y optimizada.

Para Shah, en aquel momento, crear una empresa era secundario frente a la resolución de los retos técnicos: «No sabía si iba a fundar la empresa, pero lo único que queríamos era ponernos manos a la obra y resolver este problema». Finalmente, fundó Litmus Automation con el objetivo de crear una plataforma de conectividad que ofreciera una experiencia de integración más fluida, permitiendo a las organizaciones aprovechar sus datos de OT de forma más eficaz en diferentes sistemas y plataformas.

Shah destaca el papel fundamental que desempeña el Espacio de Nombres Unificado(UNS, por sus siglas en inglés) en la modernización de las arquitecturas de datos industriales, haciendo hincapié en su función clave a la hora de tender un puente entre las tecnologías de la información (TI) y las tecnologías operativas (TO). «Las TO son un caos. Las TI necesitan datos ya mismo. Tiene que haber un terreno común entre ambas», afirma Shah al explicar la necesidad del UNS.

A diferencia de los modelos tradicionales ISA-95 o Purdue, el UNS aprovecha una arquitectura de «centro y radios» con un intermediario de mensajes central, al que pueden conectarse todos los elementos —desde las máquinas de la planta de producción hasta los sistemas de gestión de la calidad (QMS) y de planificación de recursos empresariales (ERP)— a través de un protocolo de comunicación abierto. Esto elimina la necesidad de crear conexiones punto a punto específicas cada vez que se necesitan intercambiar datos entre dos nodos del espacio de nombres, y permite disponer de una infraestructura mucho más flexible y escalable.

Shah considera que los fabricantes necesitan un marco abierto e interoperable que facilite el intercambio y la integración de datos entre una amplia variedad de sistemas. Con la llegada de UNS, los fabricantes pueden integrar nuevos sistemas más rápidamente, al tiempo que se potencia la capacidad de los desarrolladores ciudadanos al facilitarles el acceso a los datos desde cualquier parte de la organización.

Según explica, con un espacio de nombres unificado, «el departamento de operaciones (OT) decide qué tipo de datos se van a enviar y cómo se van a organizar. El departamento de TI decide cómo se van a utilizar, cómo se va a garantizar su seguridad y cómo se va a proporcionar el contexto adecuado que requieren todas las aplicaciones inteligentes».

A pesar del potencial revolucionario de esta arquitectura, Shah reconoce los retos que persisten debido a las limitaciones del protocolo de transporte de datos que utiliza: MQTT. El protocolo es abierto, ligero, de tipo «publicar-suscribirse» y puede configurarse para enviar notificaciones por excepción, lo que lo hace ideal para los casos de uso de UNS. Sin embargo, sostiene que la especificación de MQTT debe seguir perfeccionándose para poder dar soporte a implementaciones de Unified Namespace a gran escala.

Señala que «MQTT ha avanzado mucho… pero aún queda un largo camino por recorrer». Para satisfacer las exigencias de las infraestructuras a escala empresarial y estar a la altura de las capacidades de procesadores de flujos de datos como Kafka, Shah sostiene que el protocolo necesita mejoras en cuanto a resiliencia y escalabilidad. Considera que esto es lo que lleva a las organizaciones de TI a percibir que MQTT aún no ofrece la base integral y preparada para el futuro que se requiere. Uno de los avances de MQTT que ha tenido como objetivo satisfacer las exigencias de los fabricantes es la especificación Sparkplug B.

Shah explica que, aunque MQTT es independiente del tipo de datos en la capa de transporte, Sparkplug B introdujo un formato estructurado para organizar los datos que puede facilitar la integración. Sin embargo, también señaló las limitaciones de Sparkplug B, en particular su alcance limitado. Aunque resulta muy adecuado para organizar datos estandarizados procedentes de dispositivos periféricos y sistemas SCADA, «en el momento en que se opta por datos más analizados, datos derivados, datos contextualizados o metadatos, hay que pensar un poco más allá de Sparkplug B», argumenta Shah.

En definitiva, su opinión sobre la especificación es que la estructura de carga útil menos flexible de Sparkplug B lo hace inadecuado para la amplia gama de casos de uso necesarios para tender un puente entre OT e IT, tal y como pretende lograr un Espacio de Nombres Unificado (UNS). Será necesario seguir desarrollando los protocolos de transporte de datos para que las organizaciones puedan aprovechar al máximo las ventajas que promete la arquitectura UNS.