ANÁLISIS DEL TIEMPO DE RESPUESTA Y
CONSUMO DE DATOS DE LA RED MÓVIL,
PARA EL ROUTER CLOUD
INDUSTRIAL DELTA DX-3001H9-V
Revista TECH Carlos Cisneros ISNN 2737-6036, Año 2023, Congreso CICT2023, páginas 7
ANÁLISIS DEL TIEMPO DE RESPUESTA Y CONSUMO DE
DATOS DE LA RED MÓVIL, PARA EL ROUTER CLOUD
INDUSTRIAL DELTA DX-3001H9-V
ANALYSIS OF RESPONSE TIME AND DATA CONSUMPTION OF
THE MOBILE NETWORK, FOR DELTA DX-3001H9-V
INDUSTRIAL CLOUD ROUTER
Dennys Santiago Tucunango Oviedo1,
Luis Fernando López Ayala2,
Cristian David Márquez Zurita3
1Instituto Superior Tecnológico Carlos Cisneros, Ecuador, dennys.tucunango@istcarloscisneros.edu.ec
2Instituto Superior Tecnológico Carlos Cisneros, Ecuador, fernando.lopez@istcarloscisneros.edu.ec
3Instituto Superior Tecnológico Carlos Cisneros, Ecuador, cristian.marquez@istcarloscisneros.edu.ec
RESUMEN
La aplicación del teleservicio o soporte remoto dentro del proceso de diagnóstico y mantenimiento de equipos
y maquinarias es parte del avance en relación a industria 4.0, de modo que un técnico de servicio puede a
través del internet y equipos M2M ejecutar un diagnóstico y en el mejor de los casos solventar las dificultades
presentadas, evitando así los gastos de traslados. Este documento presenta un análisis tanto del tiempo de
respuesta del envío y recepción de datos, así como del consumo de datos de la red móvil que provee acceso
a internet al Router Industrial de la marca Delta, al momento de establecer conexión y transferir información a
un controlador Lógico Programable Siemens S7-1200, para determinar consumos y la rapidez con la que se
podría brindar soporte remoto a este tipo de dispositivos. Los resultados obtenidos resaltan que en cuanto a
al tiempo de respuesta, al manejar una red 3G, los tiempos se van extendiendo en función del tamaño del
programa que se desea transferir o recibir del PLC, ya que incide el lugar de ubicación del router y la cobertura
de la operadora que provee el servicio, por lo que se puede pensar en routers con conectividad 4G o 5G, si es
demandante transferir datos en tiempos reducidos. En cuanto al consumo de datos se puede determinar que
es relativamente bajo en función de la cantidad de datos que puede proveer una operadora para la navegación,
y además que el servicio remoto no es una actividad constante, por lo que no se incurriría en gastos mayores
al del traslado de una persona al sitio.
Palabras clave: Teleservicio, Router, Industrial, 3G, VPN, M2M, latencia.
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ABSTRACT
The application of teleservice or remote support within the process of diagnosis and maintenance of equipment
and machinery is part of the advance in relation to industry 4.0, so that a service technician can, through the
internet and M2M equipment, execute a diagnosis and in the best of cases solve the difficulties presented, thus
avoiding travel expenses. This document presents an analysis of both the response time of sending and
receiving data, as well as the data consumption of the mobile network that provides Internet access to the Delta
brand Industrial Router, when establishing a connection and transferring information to a Siemens S7-1200
Programmable Logic Controller, to determine consumption and the speed with which remote support could be
provided to this type of devices. The results obtained says that in terms of connection speed when managing
a 3G network, these times are extended depending on the size of the program that is to be transferred or
received from the PLC and the latency of the network, since the location of router affects it and the coverage
of the operator that provides the service, so you can think about routers with 4G or 5G connectivity, if it is
demanding to transfer data in reduced times. Regarding data consumption, it can be determined that it is
relatively low based on the amount of data that an operator can provide for navigation, in addition, the remote
service is not a constant activity, so the costs are not greater than the transfer of a person to the site.
Keywords: Teleservice, Router, Industrial, 3G, VPN, M2M, latency
Recibido: 18/09/2023 Aceptado: 27/10/2023
Received: 18/09/2023 Accepted: 27/10/2023
:
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1. INTRODUCCIÓN
La aplicación del teleservicio o soporte remoto
dentro del proceso de diagnóstico y mantenimiento
de equipos y maquinarias a nivel industrial es parte
del avance en relación a industria 4.0 [1], debido a
que un técnico de servicio puede a través del internet
y equipos M2M (Machine to Machine) ejecutar un
diagnóstico de manera independiente y en la
mayoría de casos solventar las dificultades
presentadas, evitando así los gastos que se originan
por el traslado y logística [2].
A nivel industrial este soporte está muy relacionado
a los sistemas de automatización que integran las
máquinas, donde se tienen controladores
programables, interfaces gráficas, ordenadores
industriales entre otros equipos, a los cuales se
requiere tener acceso. La mayoría de estos
dispositivos mantienen un protocolo de
comunicación basado en TCP IP (Protocolo de
Control de Transmisión/ Protocolo de Internet), por
lo que el uso de routers industriales que incluyan
funciones de Red Virtual Privada (VPN), así como
acceso a internet a través de la Red Móvil, es una de
las opciones para el enlace de manera remota [3].
Es así que el router industrial es un dispositivo de
red especializado, diseñado para su uso en entornos
industriales y entornos hostiles, a diferencia de los
enrutadores de consumo, que normalmente se
utilizan en hogares y oficinas, además estos
dispositivos admiten protocolos industriales como
Modbus o Profinet, para interactuar con máquinas y
sistemas de control industrial [4].
Para la conectividad admiten la red móvil 3G, 4G o
incluso 5G, además de las conexiones Ethernet por
cable tradicionales. Este respaldo celular garantiza
la resiliencia y flexibilidad de la red en instalaciones
remotas o temporales permitiendo también una
gestión remota del equipo, lo que permite a los
administradores configurar y monitorear el
dispositivo desde una ubicación central [5].
El router utilizado para esta aplicación es del
fabricante Delta Electronics, el cual permite conexión
a internet en 3G con una tasa de transmisión de
datos de descarga de 21.6 Mbps y de subida de 5.76
Mbps, lo suficiente para las operaciones de conexón
de manera remota para el tráfico de datos con un
Controlador Lógico Programable (PLC) [6].
Por tanto, el objeto de estudio es analizar el tiempo
de respuesta y consumo de datos móviles que se
tendría al momento de requerir acceso a un PLC del
fabricante Siemens, modelo S7-1200, conectado por
su puerto ethernet de velocidad de transferencia,
máxima de 100 Mbit/s [7], al puerto LAN del router,
y por otro lado un ordenador con acceso a internet,
que disponga del software TIA Portal.
Esta conexión será posible gracias a la funcionalidad
de creación de un túnel seguro a través de una
(VPN), que le permite crear una conexión segura y
cifrada a otra red a través de Internet, asegurando la
privacidad y seguridad en línea [8].
2. MATERIALES Y MÉTODOS
Para el presente trabajo se hace uso de los
siguientes componentes hardware y software, vistos
en la tabla 1.
Tabla 1: Componentes hardware y software
utilizados
Hardware /
Software
Características
Router
Industrial
Delta DX-
3001H9-V
Soporta protocolo VPN
Conectividad 3G. UMTS/HSPA+
Redundancia doble chip.
Antena 2.5dBi omni direccional
PLC S7-
1200 CPU
1215C
Alimentación 24VDC.
Memoria integrada de 125Kbyte
Memoria de carga de 25Mbyte
Área
de datos remanentes
14Kbyte.
Protocolo Profinet
Interfaz física RJ45
Cable
Profinet
Blindado con 4 núcleos
Conductor AWG22 0,64 mm
Adicional a los elementos antes detallados se hace
necesario los equipos y programas enlistados.
- Tarjeta SIM operadora Claro Ecuador
- Ordenador Portátil
- Software TIA Portal V17
- Software DIA Cloud
El esquema de conexión de los componentes se
presenta en la figura 1.
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Figura 1: Esquema de conexión a través de router
industrial.
La latencia de la red móvil 3G de claro al momento
de las pruebas es de 44ms, mientras que la
velocidad de navegación es de 4,98Mbps de bajada
y 3,42Mbps de subida, así como se puede ver en la
figura 2.
Figura 2: Test de velocidad red móvil 3G Claro
El presente trabajo se desarrolla a través de una
investigación experimental, de modo que se
establecen relaciones causa y efecto, manipulando
una variable independiente en este caso el tamaño
del programa desarrollado para el PLC y se observa
su efecto en las variables dependientes, en este
caso el consumo de datos y el tiempo de respuesta
en un entorno controlado.
La primera fase se basó en la recolección de datos
a través de la observación directa con la ayuda del
software de monitoreo del router donde se puede
determinar las tasas de transmisión de datos al
momento de transferir un programa desde el
ordenador al PLC, en donde se toma nota de los
diferentes datos a medida que se incrementa el
tamaño del programa a ser enviado.
En una segunda fase se realiza el proceso de
descarga del programa desde el PLC al ordenador,
de la misma manera monitoreando desde el software
de diagnóstico del router las tasas de transmisión de
datos para analizar cantidad de datos utilizados y
tiempos de respuesta a medida que el tamaño del
programa alojado en el PLC incrementa.
En una tercera etapa se establece una conexión en
línea al PLC y se analiza la cantidad de datos
recibidos y enviados en un determinado intervalo de
tiempo para obtener el consumo.
Finalmente se analizan los datos obtenidos en un
cuadro comparativo y se discuten estos resultados.
3. RESULTADOS
Dentro de la primera etapa del proceso se procedió
a la creación del túnel seguro, momento en el cual
se crea el puerto virtual de DiaCom, el cual tiene un
tráfico de datos inicial de 0 bytes para el envió y
recepción, así como se observa en la figura 3.
Figura 3: Conexión de túnel seguro y registro de
bytes iniciales.
Se procedió a realizar el envío de un primer
programa cuyo tamaño es de 5820 Bytes, más los
datos de configuración que tiene un valor de 43
Bytes, como se observa en la figura 4.
Figura 4: Utilización memoria del PLC.
Se puede observar cómo se tiene un registro de
envío de datos desde el router de 11515 Bytes,
mientras que de recepción del router se tiene 12874
Bytes, en tanto que el tiempo que tardo este proceso
es de 2 minutos con 10 segundos, así como se
puede observar en la figura 5.
Figura 5: Tráfico de Datos envió programa PC-
Router-PLC.
Se realizó este proceso incrementando
proporcionalmente el tamaño del programa para
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analizar los datos obtenidos, y estos se muestran en
la tabla 2.
Tabla 2: Datos obtenidos en la descarga de
programa PC-Router-PLC
Tamaño
Programa
[Byte]
Datos
enviados
[Byte]
Datos
recibidos
[Byte]
Tiempo
Respuesta
[min:seg]
5863
11515
12874
2:10
11525
39340
35843
3:15
24201
70903
59814
5:23
47980
108763
82960
6:38
95200
149619
105189
7:25
Como se puede observar para la operación de
transferencia del programa al PLC, se tiene un
consumo de datos en unidades de Megabytes
relativamente pequeños, que van en el orden de
0.01MB hasta 0.15MB para el envío y 0.01MB hasta
0.10MB para la recepción de programas de 5KB
hasta 95KB, que implica ocupar un 2% de la
memoria total del PLC.
En la segunda etapa se realizó el proceso de
extracción del programa del PLC al ordenador,
donde se han establecido los mismos tamaños de
programa para el PLC, y se obtienen los datos
presentados en la tabla 3.
Tabla 3: Datos obtenidos en la descarga de
programa PLC-Router-PC
Tamaño
Programa
[Byte]
Datos
enviados
[Byte]
Datos
recibidos
[Byte]
Tiempo
Respuesta
[min:seg]
5863
38130
93236
3:23
11525
60124
118540
4:05
24201
85568
143213
6:53
47980
106634
168410
7:48
95200
127985
195002
8:34
Para el proceso de descarga de un programa alojado
en el PLC, utilizando como pasarela el router hacia
el ordenador, se obtuvo un consumo de datos en
unidades de Megabytes de igual manera
relativamente pequeños, que van en el orden de
0.03MB hasta 0.12MB para el envío y 0.09MB hasta
0.19MB en la recepción, mientras que el tiempo
incrementa de manera proporcional al tamaño del
programa.
Para el tercer análisis se realizó una conexión en
línea al PLC para navegar durante un intervalo de
tiempo, para un mismo programa de tamaño fijo, y
los datos obtenidos se muestra en la tabla 4.
Tabla 4: Datos utilizados en conexión en línea entre
PC-Router-PLC
Tamaño
Programa
[Byte]
Tiempo
Online
[min]
enviados
Datos
recibidos
[Byte]
5863
1
24345
5863
2
40388
5863
3
56604
5863
4
72354
5863
5
88536
Para esta conexión denominada online, donde se
monitorea el estado del PLC a través de un
ordenador utilizando como pasarela el router, el
consumo de datos es proporcional en función del
tiempo que se mantenga la conexión online. Se
puede ver como el consumo de datos para el envío
va en el orden de 0.01MB para el primer minuto
hasta 0.04MB a los 5 minutos de conexión, mientras
que en la recepción va desde 0.02MB para el primer
minuto hasta 0.08MB a los 5 minutos de permanecer
conectado.
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Para el primer caso de transferencia de un programa
desde el PC al PLC mediante el router, el consumo
de datos de envío es mayor al de recepción y no
necesariamente el consumo de datos móviles es el
mismo que el del tamaño del programa preparado
para el PLC [11], de modo que este se compone
además de datos que se envían a la memoria
remanente, y a la memoria de trabajo del PLC. Esto
se puede observar en la figura 6.
Figura 6: Representación gráfica Tamaño programa
vs Consumo Datos, transferencia programa PC-PLC
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Por otro lado, el tiempo que conlleva el proceso de
envió de un programa, va incrementando en función
del tamaño del programa a transferir, sin embargo
no es un incremento lineal, de modo que esto
depende de la velocidad de la conexión de internet
10, y la latencia, esto se puede ver en la figura 7.
Figura 7: Representación gráfica del Tiempo
Respuesta vs Tamaño Programa, transferencia
programa PC-PLC.
Para el caso de la transferencia del programa del
PLC al PC, los datos de recepción serán mayores a
los de envió y no son del mismo tamaño al del
programa del PLC, considerar que se transfieren
datos adicionales de la memoria remanente y de
trabajo del PLC al PC, esto se observa en la figura
8.
Figura 8: Representación gráfica del Tamaño
programa vs Consumo Datos, transferencia
programa PLC-PC
En cuanto al tiempo de respuesta, presenta un
comportamiento similar, donde no se considera una
linealidad, por la velocidad de navegación que
mantenga el router y la latencia [9], esto se puede
observar en la figura 9.
Figura 9: Representación gráfica del Tiempo
Respuesta vs Tamaño Programa, transferencia
programa PLC-PC.
Finalmente, en la tercera etapa de pruebas se puede
observar como para un monitoreo online del PLC,
cuando este contiene un programa de tamaño fijo, el
consumo de datos por cada minuto transcurrido
incrementa de manera constante, de modo que se
mantiene la misma cantidad de datos de recepción y
envió a lo largo del tiempo, por lo que se tiene un
consumo lineal, esto se observa en la figura 10.
Figura 10: Representación gráfica Consumo datos
vs Tiempo Online, conexión en línea PC-PLC.
5. CONCLUSIÓN
Bajo las pruebas y análisis desarrollados se puede
considerar que la conexión para soporte remoto a un
PLC, a través de un router con conectividad a
internet con red 3G, es una opción aceptable de
modo que el consumo de datos que se podrían tener
es relativamente bajo, y en la actualidad las
operadoras ofrecen planes de datos con un número
considerable de Megabytes, que van desde los
100MB o 200MB, hasta el orden de Gigabytes.
Mientras que los tiempos de respuesta a pesar que
incrementan en función del tamaño de los
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programas que se desean transferir o recibir del
PLC, hay que considerar que el servicio remoto no
es una actividad que se la ejecuta diariamente a toda
hora, por lo que resulta más conveniente a nivel
económico y logístico que realizar un traslado hacia
el sitio donde se encuentre el dispositivo a verificar.
Sin embargo, si se desea mejorar los tiempos de
respuesta hay que considerar que existen routers
que permiten navegar en 4G y 5G, pero también se
debe tomar en cuenta que la cobertura de estas
redes no está disponible en todo el territorio
ecuatoriano, por lo que finalmente navegaría en una
red 3G.
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