産業用ネットワーク仮想化とその利点の上昇

産業用ネットワークの仮想化とは?

産業用ネットワーク仮想化は、運用技術(OT)ネットワークが設計、展開、管理されている方法の根本的なシフトです。伝統的に、各機能の専用の物理スイッチ、ルータ、ケーブルに依存する産業用ネットワーク。このアプローチは、スケールと変更が困難だった硬質インフラにつながりました。仮想化は、ネットワーク制御とデータ平面を基礎ハードウェアからデカップリングします。アプリケーションごとに1つの物理的なネットワークを持つ代わりに、複数の論理(仮想)ネットワークが共有された物理的な機能が、各セキュリティ管理を管理するかどうかを監視します。各セキュリティポリシーは、独自のネットワーク管理と、および、独自のセキュリティ管理が管理されています。

実際には、これは単一の産業イーサネットスイッチがリアルタイム制御の交通(例えば、Profinet または EtherNet/IP)、ビデオ監視のための別の、および企業の IT の接続のための 3 分の仮想ネットワークをホストすることができることを意味します。分離は、別の物理的なケーブルを通してソフトウェアで強制されます。仮想 LANs (VLAN)、バーチャル拡張可能な LAN (VXLAN)、ネットワーク機能仮想化(NFV)、およびソフトウェア定義されたネットワーク (SDNF) のような技術は、このネットワークを結合します。[DNF] は、ネットワークを構成します。

産業設定における仮想化の主な利点

柔軟性と敏捷性の向上

産業環境は静的ではありません。生産ラインは再構成され、新しいマシンが追加され、変更を処理します。仮想化されたネットワークでは、ケーブルやスイッチを引っ張らず、数分で新しい論理セグメントを作成できます。例えば、サブコントラクターがメンテナンスのためのプラントフロアへの一時的なアクセスを必要とする場合、仮想ネットワークは限られた権限でスポンピングされ、作業が完了したときにダウンします。この敏捷性は、再ツールのリードタイムを削減し、メーカーが市場需要に迅速に対応するのに役立ちます。

セグメント化によるセキュリティの向上

セキュリティは、OT の最重要課題です。仮想化は、さまざまなタイプのトラフィック間で細かい分割を可能にします。 ISA/IEC 62443 規格は、産業用ネットワークをゾーンとコンジットに分割することを推奨しています。仮想ネットワークは、ソフトウェア内のこれらのゾーンを強制します。妥協された IoT センサーは、制御されたファイアウォールを介して通信する別の仮想ネットワークにあるため、ロボットアームを制御する PLC にピボットすることはできません。この分離は、パッチができないレガシーデバイスも保護します。それらは、仮想境界線を隠すことができる間、彼らは、仮想境界線を隠すことができます。

コスト削減とハードウェアのフットプリント削減

物理スイッチとケーブルは、資本支出(CapEx)と運用支出(OpEx)を削減します。電力消費量、冷却、物理的なスペースも減少します。ブラウンフィールドプラントでは、仮想化は、複数の老化ネットワーク島を単一の管理可能な布に統合することができます。ITスタッフは、スイッチクローゼットに人員を送信するのではなく、リモートでネットワークの変更を管理することができるので、メンテナンスがより効率的になります。

信頼性と断食性の向上

仮想ネットワークは、ソフトウェア内の冗長パスとフェイルオーバー機構で構成できます。物理的なリンクが失敗すると、SDNコントローラーはミリ秒内のトラフィックをリルーティングできます。監視ツールは、仮想セグメントのより深いテレメトリーを実行し、エンジニアがレイテンシのスパイクまたはパケットロスの正確なソースをピンポイントするのを支援します。このレベルのオブザベーシビリティは、純粋に物理的なネットワークで達成するのが困難です。

課題と考察

レガシー産業プロトコルとの互換性

多くの工場は、Profibus、Modbus RTU、ControlNet などのレガシーなフィールドバスに依然として依存しています。これらのプロトコルは、仮想化された Ethernet 環境向けに設計されていません。ゲートウェイやプロトコルの翻訳者はしばしば必要です。例えば、Modbus TCP トラフィックは仮想化できますが、Modbus シリアルは最初に変換する必要があります。さらに、EtherCAT のようなリアルタイムの決定的なプロトコルは、正確なタイミングと低速の仮想化によって導入された余分なレイテンシの影響を受けることができます。[FLTLT] 仮想化技術は、しかし、より良いテストが必要です。

リアルタイムパフォーマンスを維持

産業用途の需要決定的な遅延。仮想化は、パケットのカプセル封入とハイパーバイザーまたはSDNコントローラーによる処理により、オーバーヘッドを追加します。厳密なタイミング要件を満たすために、ネットワークエンジニアは仮想化スイッチ内の時間感度ネットワーク(TSN)機能を使用する必要があります。 TSN規格(IEEE 802.1Qbv、802.1Qbu)は、仮想ネットワークが、他の仮想ネットワークが混雑している場合でも、高優先トラフィックが境界遅延で送信されることを保証することができます。TSNなしでは、仮想化システムまたはドライブが無効にはなりません。

複雑な構成と管理

仮想ネットワークの設定は、OTとITネットワークの両方で専門知識を必要とします。 VLAN、VXLANトンネル、SDNポリシーの初期設定は複雑です。構成の移行は、セキュリティホールや接続の損失につながることができます。企業は、システムインテグレータとトレーニングやパートナーに投資する必要があります。 AnsibleやTerraformのようなオートメーションツールは、仮想ネットワークの状態をコードとして管理し、工場全体に一貫性を確保するのに役立ちます。

導入ベストプラクティス

] パイロットプロジェクトで始まり、非重要な生産セルでパフォーマンスとセキュリティを検証します。
[] コア、分布、アクセスレイヤーで階層構造設計を割り当て、仮想ネットワークを物理トポロジーにマッピングします。
[] 制御、安全、IT トラフィックの VLAN を別々に使用し、それら間の厳格なファイアウォールルールで使用します。
シングルポイントの故障を避けるために、内蔵冗長でSDNコントローラーをDeploy SDNコントローラー[]。
[ネットワーク監視]を統合し、仮想ネットワーク境界を理解し、異常に対してアラートを生成できるツール。
[] 目的、デバイス、セキュリティポリシーで、トラブルシューティングと監査を簡素化するすべての仮想ネットワークを文書化します。

未来の展望:仮想化と業界 4.0

業界 4.0 が進むにつれて、産業用ネットワーク仮想化はスマートファクトリーのバックボーンになります。 OT と IT の両立は、データ分析、AI、リモート操作の必要性によって促進され、加速されます。 5G ネットワークは、低レイテンシとネットワークのスライシング機能を備え、モバイルアセット(AGV、ドローン)を仮想エンドポイントとして処理できるようにすることで仮想化を補完します。エッジコンピューティングは、仮想ネットワーク機能としてデプロイされることが多いため、接続をコアに保つためのコアのデータをローカルに処理します。

仮想化は、ハードウェアを購入するのではなく、セキュリティサービスレベルを保証した仮想ネットワークに加入している企業である製造業のための[[[]]]のような新しい運用モデルを可能にします。このモデルは、先行投資を削減し、より簡単にスケーラビリティを可能にします。今後、自動回復ネットワークは、AI主導SDNを介して、人間の介入なしで障害を回避するトラフィックを自動的に再ルートすることができます。

セキュリティフレームワークはゼロトラストの原則を仮想ネットワークに組み込むように進化します。各デバイスは仮想セグメントに参加する前に認証されなければならないため、マイクロセグメントはエンドポイントにすべての方法が拡張されます。 [NISTのサイバーセキュリティフレームワークは、これらの制御を産業環境で実施するためのガイダンスを提供します。

実世界事例:自動車工場における仮想化

大手自動車メーカーは、既存の施設を運用しながら、電気自動車の生産ラインを拡大するという課題に直面し、数十台の独立したネットワークで稼働しています。SDNを使用して、産業仮想ネットワークを展開することにより、プラントの統合15の物理的なネットワーク島を3つのコアスイッチに拡張しました。バーチャルネットワークは、ボディショップロボット(リアルタイム)、ペイントショップ(高度信頼性)、アセンブリライン(混合トラフィック)、およびプラント全体のセキュリティカメラのために作成されました。その結果、40%の節約コストが削減され、新システムと同等の速度が向上しました。

コンテンツ

産業ネットワークの仮想化はもはや未来の概念ではありません;それは現代製造業のプレスニーズに取り組む実用的なソリューションです。柔軟性、セキュリティ、コスト削減、信頼性を提供することで、仮想化は企業が迅速かつ安全に変化する適応を促すことを可能にします。課題は残りますが、特にリアルタイムのパフォーマンスと従来の互換性の周りに、業界はそれらを克服するための基準とツールを開発しています。5G、エッジコンピューティング、AIは工場の操作に統合され、仮想化は、今日の仮想化が、産業ネットワークの競争と競争の激しい成長を促進するスマートテクノロジーを保持する接着剤になります。