Що таке промислова мережа віртуалізації?

Промислова мережа віртуалізації є фундаментальним зсувом в тому, як технології роботи (OT) мережі архітекторуються, розгортаються і керовані. Традиційно промислові мережі спираються на виділені фізичні комутатори, маршрутизатори та кабелі для кожної функції. Цей підхід призвело до жорсткої інфраструктури, яка була дорогою для масштабування і важко змінити. віртуалізація декупує мережевий контроль і площину даних з основного обладнання. Замість того, що має одну фізичну мережу за заявкою, кілька логічних (віртуальних) мереж, що працюють на спільній фізичній тканині. Кожна віртуальна мережа працює як якщо вона має власний виділений апарат, з незалежними політиками безпеки, управління трафіком і правилами якості.

У практиці це означає один промисловий Ethernet-переключник може розмістити віртуальну мережу для оперативного трафіку в режимі реального часу (наприклад, Profinet або EtherNet / IP), інший для відеоспостереження, а третій для підключення ІТ. Розділення здійснюється в програмному забезпеченні, не через окремі фізичні кабелі. Технології, такі як Віртуальні локальні мережі (VLANs), віртуальні екстензивні локальні мережі (VXLAN), Віртуальна віртуалізація (NFV), і програмно-визнані мережі (SDN) поєднуються для цього. [[FLT: 0] EEE 802.1Q стандарти забезпечують динамічний контролер для VLAN , Nmatic

Ключові переваги віртуалізації в промислових налаштуваннях

Покращена гнучкість та довговічність

Промислові середовища не статичні. Виробничі лінії перенастрочені, додаються нові машини, а також зміни процесів. З віртуальними мережами новий логічний сегмент можна створювати за хвилину без витягування кабелів або вимикачів. Наприклад, коли субпідрядник потребує тимчасового доступу до рослинного поверху для технічного обслуговування, віртуальна мережа може бути розсипчаста з обмеженими дозволами, а потім знизиться при завершенні роботи. Ця агритмія зменшує час ретулінгу і допомагає виробникам реагувати швидше на ринкові вимоги.

Покращена безпека через сегментацію

Безпека є топ-попитом в OT. Virtualization дозволяє дрібнозернувати сегментацію між різними видами трафіку. Стандарт ISA/IEC 62443 рекомендує поділ промислових мереж в зони і кондуї. Віртуальні мережі використовують ці зони в програмному забезпеченні. Проти компромісний датчик Інтернету не може сприяти PLC, що контролює робототехнічну руку, тому що вони знаходяться на окремих віртуальних мережах, які тільки спілкуються через керований брандмауер. Ця ізоляція також захищає пристрої спадкових даних, які не можуть бути патчовані – вони можуть бути приховані за віртуальними кордонами, поки не операційні.

Економія витрат і зменшення обладнання

Фізичні вимикачі та кабелі знижують витрати капіталу (CapEx) та операційні витрати (OpEx). Споживана потужність, охолодження та фізичного простору також зменшуються. У коричневому полі заводі віртуалізація може консолідувати кілька орендних мереж на одну, керовану тканину. Обслуговування стає більш ефективним, тому що ІТ-персоналу може керувати мережевими змінами віддалено, а не відправивши персоналу до перемикача.

Підвищена надійність і швидке запобіжне знезараження

Віртуальнізовані мережі можуть бути налаштовані з надмірними шляхами і недосконалими механізмами в програмному забезпеченні. Якщо фізична посилання не зникає, контролери SDN можуть перезапустити трафік в межах мілісекундів. Інструменти моніторингу виконують більш глибоку телеметрію на віртуальних сегментах, допомагаючи інженерам, натискаючи точний джерело пробігу затримки або втрату пакету. Цей рівень спостережності є більш важким для досягнення чисто фізичних мереж.

Виклики та рекомендації

Сумісність з промисловими протоколами Legacy

Багато заводи все ще спираються на полібуси спадщини, такі як Profibus, Modbus RTU або ControlNet. Ці протоколи не були розроблені для віртуалізації Ethernet-середовища. Шлюзи або перекладачі протоколів часто потрібні. Наприклад, Modbus TCP трафік може бути віртуалізований, але серіал Modbus повинен бути перетворений. Крім того, реальні детермінаційні протоколи, такі як EtherCAT вимагають точного часу і низького Джиттера, який може бути використаний додатковими затримками, введених віртуалізації. технологія EtherCAT працює на стандарти, щоб краще підтримувати віртуалізовані середовища, але обов'язкові тести.

Підтримка продуктивності реального часу

Промислові додатки вимагають детермінативної затримки. Віртуальна обробка додає накладні через акцептову акапсуляції та обробки контролером гіпервізора або SDN. Для задоволення суворих вимог до часових часових мереж інженери повинні використовувати часові мережі (TSN) можливості в віртуальних комутаторів. TSN стандарти (IEEE 802.1Qbv, 802.1Qbu) дозволяють віртуалізації мереж, щоб гарантувати, що трафік високої чіткості передається з обмеженою затримкою, навіть коли інші віртуальні мережі не заплутані. Без TSN, віртуалізація може бути не придатним для управління рухом або синхронізації дискових систем.

Комплексна конфігурація та управління

Налаштування віртуальних мереж вимагає експертизи як в OT, так і в IT мережі. Початкова конфігурація VLANs, VXLAN тунелів, так і на політику SDN може бути складним. Різне налаштування може призвести до безпеки отворів або втрати підключення. Компанії повинні інвестувати в навчання або партнера з системними інтеграторами. Інструменти автоматизації, такі як Ansible або Terraform може допомогти управляти віртуальною мережею як код, що забезпечує консистенцію по всій рослині.

Найкращі практики

  1. Start з пілотним проектом на некритичній виробничій клітині для перевірки продуктивності та безпеки.
  2. Прийняти ієрархічний дизайн з ядром, розподілом і шарами доступу, картуванням віртуальних мереж до фізичних топологій.
  3. Використовувати окремі VLANs для контролю, безпеки та IT-трафіку, з суворими правилами брандмауера між ними.
  4. Deploy SDN контролери з вбудованою надмірністю, щоб уникнути однієї точки збою.
  5. Інтеграція мережевого моніторингу інструментів, які розуміють межі віртуальної мережі і можуть генерувати сповіщення для аномалії.
  6. Документуйте кожну віртуальну мережу з метою, пристроями та політиками безпеки для спрощення усунення несправностей та перевірок.

Майбутнє Outlook: віртуалізація та промисловість 4.0

Як індустрія 4.0 заздалегідь, промислова мережа віртуалізації буде спинбонень смарт-фабрик. Заперечення OT і IT акселективне, кероване потребою аналітики даних, AI та віддалених операцій. 5G мереж, з їх низькою стійкою та мережою, що використовується для оптимізації, дозволяючи рухомим активам (AGVs, безпілотників) розглядатися як віртуальні кінцеві точки. Обчислення краю, часто розгортається як віртуальні функції мережі, процеси даних локально під час підтримки підключення до ядра.

Віртуальна робота також дозволяє нові операційні моделі, такі як network-as-a-service для виробництва, де компанії підписуються на віртуальні мережі з гарантованими рівнями обслуговування, а не придбання апаратних засобів. Ця модель зменшує інвестиції в передню частину і дозволяє легше масштабувати. Шукаю далі попереду, самозбиральні мережі, які автоматично перетворюють трафік навколо збої без втручання людини, стануть можливим завдяки AI-driven SDN.

Рамки безпеки будуть розвиватися, щоб включити принципи нульового довіри в віртуальні мережі. Кожен пристрій повинен бути автентифікованим перед вступом до віртуального сегмента, а мікро-сегментація буде розширюватися до кінцевої точки. NIST's Cybersecurity Framework] забезпечує керівництво щодо реалізації цих контрольних елементів в промислових умовах.

Приклад реального світу: віртуалізація в автомобільному заводі

Основним автомобільним виробником зіткнувся з проблемою розширення своєї виробничої лінії для електромобілів, при цьому працює вже існуючий об'єкт з десятками ізольованих мереж. Розгортаючи промислове віртуозне мережування за допомогою SDN, завод консолідував 15 фізичних мережних островів на 3 основні вимикачі. Віртуальні мережі були створені для роботи кузова (реально-часових), пейнт-магазин (висока надійність), монтажної лінії (змішується трафік), а також загальнодоступних камер безпеки. Результатом було зниження витрат на каблінгу, 20% швидше введення нових станцій, а також поліпшення часу реагування інцидентів, тому що команди безпеки можуть ізолювати компромісну систему зору за секундами без впливу на виробництво.

Висновок

Промислова мережа віртуалізації більше не є футуристичною концепцією; це практичне рішення, яке стосується пресування потреб сучасного виробництва. Надаючи гнучкість, безпеку, економія коштів, надійність, віртуалізація надає компаніям адаптуватися до швидко і надійно. Хоча проблеми залишаються, зокрема, навколо виконання і сумісності спадщини, промисловість розробляє стандарти і інструменти для подолання їх. Як 5G, кромальні обчислення, і AI стають більш інтегрованими в заводські операції, віртуалізація буде клей, який має розумну промислову мережу разом. Компанії, які інвестують в розуміння і реалізації віртуалізації сьогодні будуть краще позиціонувати, щоб конкурувати в цифровій промисловій епозі.