77 / 84
FEBBRAIO 2015
FIELDBUS & NETWORKS
77
Condizioni particolari
L’eterogeneità e la grande variabilità delle condizioni di utilizzo sul
piano di fabbrica generano tutta una serie di requisiti per la pro-
tezione dell’infrastruttura e l’integrità dei dati che difficilmente
possono essere contemplati in un singolo standard. L’ambiente di
fabbrica è un ambiente ostile dalle molte facce e richiede innan-
zitutto accorgimenti specifici per la protezione dei componenti più
tangibili dell’infrastruttura di rete: cavi, connettori e involucri.
Uno studio condotto da VDC Research sugli utilizzatori di reti in-
dustriali in Europa, Stati Uniti e Asia, ha raccolto le principali mo-
tivazioni che hanno portato alla modifica di componenti di rete
commerciali per un loro utilizzo nei settori industriale e dei trasporti.
Come si può vedere dal prospetto di Figura 1, che le ordina per impor-
tanza in una scala arbitraria da 0 a 7, tutte le motivazioni sono com-
prensibilmente connesse alla particolare severità delle condizioni di
utilizzo nel piano di fabbrica e riguardano le componenti meccanica
ed elettromagnetica dello strato fisico. Un requisito molto comune è
quello di ovviare alle disconnessioni o ai falsi contatti causati da vi-
brazioni, eccessiva umidità o altri agenti esterni; altre volte sono ne-
cessarie guaine e leghe metalliche resistenti a temperature estreme
o ad agenti corrosivi; altre volte ancora i livelli di tensione e i contatti
devono essere ripensati in modo da evitare scariche elettriche negli
ambienti a rischio di esplosione.
Personalizzazione multistrato
A seconda dei casi, le modifiche possono coinvolgere uno o più
aspetti della tecnologia di rete. A volte può essere necessario du-
plicare componenti hardware per creare ridondanza, o modificare le
interfacce di rete per implementare un più sofisticato meccanismo
di correzione degli errori; altre volte potrebbe bastare agire sui pro-
tocolli di più alto livello per offrire una maggiore flessibilità o robu-
stezza, per esempio sfruttando un meccanismo di incapsulamento
per rendere le modifiche trasparenti agli altri livelli. Spesso la per-
sonalizzazione riguarda solo elementi parziali della rete, ma nei casi
più estremi può essere necessario sviluppare una soluzione ‘custom’
da zero, con tutti gli oneri che ne conseguono in termini di tempi e
costi di sviluppo.
Per quanto non universalmente condiviso, il modello ISO/OSI (Open
System Interconnect) offre una rappresentazione sufficientemente
particolareggiata dei vari livelli (o strati) che fanno parte di un si-
stema di comunicazione. I sette livelli di astrazione che compongono
la pila OSI (applicazione, presentazione, sessione, trasporto, rete,
collegamento dati e fisico) sono illustrati in Figura 2 insieme alle
principali funzioni che possono svolgere, alla tipologia di hardware
in cui tali funzioni sono tipicamente implementate e al tipo di dato
trattato. Ogni strato offre un servizio allo strato successivo e utilizza
i servizi messi a disposizione dallo strato precedente. Le regole che
governano la sintassi e la semantica dei messaggi scambiati tra en-
tità di pari livello definiscono i protocolli di comunicazione. Gli strati
più bassi sono tipicamente implementati in hardware o in firmware,
mentre i protocolli degli strati superiori sono tipicamente codificati
in forma software. Ogni strato opera a un livello di astrazione diffe-
rente e comunica con gli strati contigui per mezzo di un’interfaccia.
Sebbene questo faciliti lo sviluppo indipendente delle diverse parti
dell’infrastruttura di rete, determinate modifiche, per essere effet-
tive, finiscono con l’interessare più strati simultaneamente.
Hardware speciale
Molti degli standard utilizzati oggi sono nati come soluzioni pro-
prietarie messe a punto da aziende alla ricerca di una tecnologia
competitiva in termini di efficienza, prestazioni, riduzione dei costi
o robustezza.
Il protocollo CAN (Controller Area Network), per esempio, è stato
sviluppato da Bosch nei primi anni ottanta come bus per applica-
zioni automotive, ma è stato successivamente standardizzato da ISO
ed è oggi utilizzato per una molteplicità di impieghi, in particolare
laddove sia richiesta un’elevata immunità alle interferenze elettro-
magnetiche. In anni più recenti, gran parte dei bus di campo pro-
prietari utilizzati in automazione industriale e controllo di processo
hanno incorporato le specifiche proprie della tecnologia Ethernet.
Oggi, con l’affermazione degli standard aperti e la maturazione delle
tecnologie di rete per applicazioni specifiche (sicurezza, controllo
assi, visione artificiale) è più facile che l’attività di personalizzazione
delle reti di comunicazione verta su modifiche limitate e circoscritte
a contingenze specifiche.
Si presentano tuttavia situazioni in cui una soluzione completamente
personalizzata, ossia la creazione di un prodotto, se non addirittura
di un’architettura completamente nuova, è l’unica alternativa possi-
bile. Le modifiche degli strati che interessano l’hardware ‘pensante’
della rete sono le più complesse e costose da apportare e richiedono
risorse e tempo che pochi soggetti possono permettersi. Lo sviluppo
di una soluzione di rete end-to-end richiede infatti studi di fattibilità,
una progettazione dettagliata, personale qualificato per lo sviluppo
di hardware e software (in particolare le interfacce di comunicazione
e il codice necessario a implementare i protocolli ‘custom’), nonché
test mirati per la verifica di funzionalità e prestazioni.
Figura 1 - Ragioni (in ordine di importanza da 0 a 7) dell’adattamento
di switch commerciali per l’impiego in applicazioni nel settore
industriale e dei trasporti
Figura 2 - A seconda delle particolari esigenze da soddisfare la
personalizzazione di un’architettura di rete può avere luogo a uno
o più livelli del sistema di comunicazione, qui rappresentati nel
modello ISO/OSI
Fonte: VDC Research