La progettazione sistemi di rete IP Ethernet rappresenta un aspetto di assoluta importanza nella realizzazione di sistemi di automazione e controllo industriali moderni. L’impiego di soluzioni di networking ethernet-based consente infatti di sviluppare infrastrutture di comunicazione flessibili, scalabili ed economiche, in grado di soddisfare le esigenze applicative più eterogenee.
Quando si progetta una rete Ethernet per uso industriale è necessario considerare numerosi aspetti tecnologici e metodologici. Dal punto di vista tecnico è fondamentale scegliere gli elementi di rete in grado di soddisfare requisiti come velocità, capacità, robustezza e standardizzazione. Questi includono apparati di commutazione, instradamento e cavi.
Altrettanto importante è definire un modello logico-fisico di implementazione della rete che ottimizzi vari fattori. Ad esempio la topologia fisica deve bilanciare continuità del servizio, efficienza e costi, mentre la suddivisione logica delle risorse deve massimizzare le prestazioni.
La progettazione dell’indirizzamento IP svolge un ruolo centrale, poiché ne derivano scalabilità e flessibilità future. Un approccio ingegneristico completo considera tutte queste sfaccettature, dalla componentistica alla pianificazione, al fine di sviluppare soluzioni integrate, affidabili e in grado di evolversi nel tempo. Questi concetti tecnico-metodologici risultano fondamentali per la realizzazione di moderne soluzioni di networking nella progettazione sistemi di rete IP Ethernet per impieghi industriali.
I componenti fondamentali che compongono un sistema Ethernet IP sono gli switch, i router, i cavi di rete e i dispositivi di campo. Gli switch rappresentano gli elementi centrali di una rete Ethernet IP, in quanto permettono di instradare il traffico dati tra i vari nodi della rete. Uno switch industriale è un dispositivo di rete che dispone di diverse porte di rete, solitamente realizzate con connettori RJ45, che servono per collegare sia i dispositivi fieldbus (dispositivi di campo) come PLC, I/O, sensori, attuatori, eventuali altri switch o router. Gli switch permettono di creare diverse topologie di rete come quella ad anello o maglia che risultano fondamentali per la progettazione e realizzazione reti resilienti.
I router hanno un ruolo importante quando si rende necessario connettere subnet diverse, instradando in modo sicuro e affidabile i flussi di dati. I principali protocolli di routing utilizzati sono RIP, OSPF ed EtherNet/IP Tag routing. Queste soluzioni permettono di dividere il traffico di rete in maniera ordinata e ridondante.
Sono poi utilizzati cavi di rete industriali, spesso in rame, che devono rispondere a stringenti specifiche per resistere a condizioni ambientali difficili. I cavi possono essere schermati, fibra ottica, wireless e devono essere scelti in base alla tipologia di dati trasmessi, distanze e interferenze elettromagnetiche.
Infine, i dispositivi di campo come PLC, I/O distributed, gestionali di processo, HMI, azionamenti intelligenti e altri strumenti connessi, che popolano fisicamente la rete e si integrano con essa attraverso gli switch grazie ad interfacce standard come EtherNet/IP. L’insieme di questi componenti hardware e la progettazione di una rete adeguata costituiscono i pilastri fondamentali per la realizzazione di sistemi di automazione e controllo industriali ethernet-based, garantendo l’affidabilità e le performance richieste dalla progettazione sistemi di rete IP Ethernet.
La progettazione della topologia di rete riveste un ruolo di primaria importanza nella realizzazione di sistemi di automazione e controllo industriali Ethernet-based, poiché deve soddisfare requisiti di affidabilità, prestazioni e scalabilità.
Le principali topologie supportate dagli standard di riferimento sono la topologia ad anello, la topologia a stella e la topologia a maglia. Ciascuna presenta peculiarità da valutare attentamente in funzione delle specifiche esigenze progettuali.
La topologia ad anello permette di instradare il traffico su un unico percorso, rendendo la rete automaticamente protetta dagli errori grazie alla ridondanza dei collegamenti tra switch. Tuttavia, in caso di guasto anche temporaneo di un solo dispositivo la comunicazione sull’intero anello risulta compromessa.
La topologia a stella centralizza tutti gli switch in un punto di raccolta, semplificando la gestione ma rendendo il networking dipendente dal corretto funzionamento dello switch centrale. La topologia a maglia infine, grazie alla molteplicità di percorsi tra switch, consente la massima ridondanza a costo di una maggior complessità progettuale soprattutto per la progettazione sistemi di rete IP Ethernet e la progettazione sistemi di rete SDH e PDH.
La scelta della topologia ottimale deriva da un’attenta analisi dell’infrastruttura esistente e delle reali esigenze operative, optando per soluzioni ibride che riescano a coniugare ridondanza, affidabilità e semplicità gestionale.
La corretta pianificazione dell’indirizzamento IP e della suddivisione in subnet costituisce un aspetto fondamentale nello sviluppo di architetture di rete elaborate, in quanto ne determina la scalabilità, le prestazioni e la gestibilità.
Per progettare tale struttura di indirizzamento è necessario in primo luogo scegliere il metodo di assegnazione degli indirizzi IP, che può avvenire attraverso una notazione dot-decimale descrittiva della topologia oppure utilizzando schemi automatici di indirizzamento basati su maschere prefisso.
Una volta stabilito il metodo, si procede con la disposizione di classi e sottoreti, fissando i confini subnet in modo razionale sulla base della posizione dei dispositivi in rete e tenendo conto del numero massimo di host per subnet. Fondamentale è poi il calcolo delle subnet mask, che definiscono l’estensione dell’indirizzo di rete e quella dell’host e quindi i confini logici di ciascun segmento.
Infine, è necessaria la pianificazione degli apparati di instradamento, affinché la Progettazione e realizzazione implementazione reti fibra e il routing tra le diverse subnet create rispondano ai requisiti prestazionali richiesti dalla progettazione sistemi di rete IP Ethernet. Un’attenta progettazione dell’indirizzamento IP gioca dunque un ruolo determinante nell’ottimizzazione delle prestazioni complessive del sistema realizzato.