Revista Conectividad
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Volumen 3, Número 2
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Variantes de la Tecnología OPC-UA y su utilización en la
interconexión de Controladores Industriales con diferentes
protocolos de comunicación
Variants of OPC-UA Technology and its use in the interconnection of
Industrial Controllers with different communication protocols.
Fernando Jácome1, Luis Daniel Andagoya-Alba2 , Rommel Valencia3, Henry Osorio4,
Patricio Paredes5
1 Next Generation Plant Services, fjacome@nps-tech.com
2 Instituto Tecnológico Universitario Rumiñahui, luis.andagoya@ister.edu.ec
3 Rhelec Ingeniería CIA LTDA, rommel.valencia@rhelec.ec
4 DTV TELECOM CIA. LTDA, hosorio@dtv.ec
5 Instituto Tecnológico Universitario Rumiñahui, patricio.paredes@ister.edu.ec
Autor para correspondencia: fernandojacomes@hotmail.com
Fecha de recepción: 2022.02.18 Fecha de aceptación: 2022.05.30
Fecha de publicación: 2022.07.12
RESUMEN
En el área industrial existe una variabilidad de tecnologías controladores con diversas
características, dificultando de esta forma su intercomunicación e interoperabilidad, debido
a esto se ha propuesto la tecnología OPC-UA como una alternativa que permite la
intercomunicación entre controladores de diferentes fabricantes. El presente trabajo tuvo
como objetivo el análisis del uso de esta tecnología para la intercomunicación de
controladores industriales con diferentes protocolos de comunicación, el método utilizado
fue a través del análisis de casos de estudios con diferentes características referentes a
seguridades, cifrado y firma digital. Los resultados mostraron que el uso del sistema de
comunicación OPC-UA redujo las complejidades de configuración ya que soporta sistemas
abiertos, toleró cortafuegos y la configuración. Permitiendo la validación inmediata de
variables desde el sistema SCADA hasta los controladores industriales sin previa
configuración. Con esto se concluyó que la comunicación OPC-UA puede reemplazar
eficazmente al sistema tradicional OPC.
Palabras clave: Tecnología OPC-UA, intercomunicación, protocolo de comunicación,
controlador industrial.
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ABSTRACT
In the industrial area there is a choice of controller technologies with different characteristics,
which makes this form of intercommunication and interoperability difficult, due to this OPC-
UA technology has been proposed as an alternative that allows intercommunication between
controllers from different manufacturers. The objective of this work is to analyze the use of
this technology for the intercommunication of industrial controllers with different
communication protocols through the analysis of case studies with different characteristics
regarding security, encryption and digital signature. The results showed that the use of the
OPC-UA communication system reduced the configuration complexities as it supported open
systems, tolerated firewalls and configuration. Allowing the immediate validation of
variables from the SCADA system to the industrial controllers without prior configuration.
With this it can be concluded that the OPC-UA communication can successfully replace the
traditional OPC system.
Key words: OPC-UA technology, intercommunication, communication protocol, industrial
controller.
INTRODUCCIÓN
Dentro del área industrial existe una gran cantidad de mecanismos de comunicación entre
controladores y sistemas SCADA, dependiendo de las aplicaciones y de los procesos a
controlar se pueden tener controladores de diferente fabricante provocando que en una misma
industria se tenga diferentes protocolos de comunicación, dificultando de esta forma su
intercomunicación e interoperabilidad. Adicionalmente se debe tener en cuenta la seguridad
que estos procesos de intercomunicación deben tener para evitar posibles ataques que pueden
dañar los procesos afectando a las maquinas que forman parte de los mismos. Por lo cual es
necesario validar la tecnología óptima para su procesamiento. (Eckhardt et al., 2018; Yuan
et al., 2021). Para solucionar este inconveniente se ha propuesto la tecnología OPC-UA como
una alternativa que permite la intercomunicación entre controladores de diferentes
fabricantes de forma segura, eficiente y confiable. Estas características han posicionado a
esta tecnología como una posible solución al inconveniente de la intercomunicación entre
distintos controladores con distintos protocolos de comunicación (Germany, s. f.; OPC
UA_test, s. f.; Schwarz & Börcsök, 2013).
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La tecnología OPC-UA se basa principalmente en una arquitectura cliente-servidor, la cual
puede tener diferentes aplicaciones que van desde procesos de intercomunicación entre
controladores industriales hasta el manejo de negocios. Una aplicación que está tomando
mucha relevancia es su aplicabilidad en sistemas de Smart Grid debido a su uso en el
modelado de la información y sus procesos de comunicación (Eymüller et al., 2020; Lai et al.,
2020; Okuda et al., 2017).
La tecnología OPC-UA permite una estandarización de intercambio de datos de forma
determinística, rápida y segura con una aceptación universal debido a que puede ser
implementado en diferentes tipos de hardware como ordenadores industriales, controladores
lógicos programables, microcontroladores y servidores en la nube, de igual forma en
diferentes sistemas operativos como Microsoft Windows, Android, Linux y Apple OSX.
Utiliza varios protocolos, cifrados y monitoreo de tiempos de espera. Todo esto permite la
intercomunicación entre productos de distintos fabricantes (Drahoš et al., 2018; Marksteiner,
2018; Muennoi & Hormdee, 2016).
Para el desarrollo de la estandarización propuesta por esta tecnología se requiere de un
análisis que permita determinar las características de funcionamiento de los diversos
servicios y conceptos desarrollados por los grupos de trabajo de la tecnología OPC-UA en
comparación con las tecnologías aplicadas actualmente. Es necesario determinar si esta
tecnología propuesta puede ser una alternativa que perdure en el tiempo y contemple la
apertura a las futuras tecnologías, esto debido a que los desarrollos futuros pueden dar de
baja a los sistemas actuales no solo en los elementos a intercomunicar sino también en la
propia tecnología OPC-UA debido a las posibles actualizaciones que podrían irse
desarrollando. Así mismo es importante analizar la infraestructura de comunicaciones que le
permitiría a esta tecnología la integración de los controles de los procesos en la industria de
forma eficiente, segura y con un costo mínimo de implementación y de migración desde los
procesos actuales (Almeida, s. f.; Han et al., 2022; Rivera-Velazquez et al., 2021).
El objetivo del presente trabajo fue analizar de manera general la intercomunicación entre
controladores a través de sistemas de monitoreo y control que implementen la tecnología
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OPC-UA mediante estudios de casos que permitan analizar las características de
funcionamiento de la comunicación entre un cliente y servidor. Para esto se realizaron
estudios de casos a través de escenarios de simulación variando parámetros propios de cada
alternativa, así como parámetros generales como las seguridades, cifrado y firma digital,
permitiendo de esta manera determinar las características de cada escenario analizando. Cada
uno de los casos de estudio planteados permitieron analizar las características de
funcionamiento con relación a las tecnologías existentes en términos de eficiencia, seguridad
y costos. El análisis de OPC-UA permitió la comunicación inmediata con los sistemas
SCADA y los controladores industriales sin previa configuración, por cuanto la tecnología
propuesta puede reemplazar eficientemente al sistema tradicional OPC.
MATERIALES
La Fundación OPC emitió el estándar OPC DA, con el objetivo de resolver los problemas de
comunicación de datos de diferentes dispositivos bajo diferentes interfaces y protocolos.
Debido a su excelente desempeño OPC DA se ha convertido en un estándar ampliamente
aceptado. Sin embargo, OPC DA depende de la tecnología COM y tecnología DCOM de
plataforma de Microsoft, lo que dificulta que OPC DA se traslade a otras plataformas. El
estándar OPC UA tiene todas las funciones de estándar OPC clásico y es independiente de la
plataforma Microsoft. Se puede desarrollar en varios sistemas y dispositivos embebidos
usando C/C++, .NET o pila de software Java, y demás ventajas en rendimiento de seguridad
y espacio de direcciones integrados, además incluye servicios como: conectarse a servidores,
leer/escribir, suscribir y métodos de llamada. Convirtiéndose en un sistema económico y
flexible de usar (Krylova et al., 2021; Ren et al., 2019). El sistema de comunicación OPC
UA brinda una mejor funcionalidad que el sistema OPC tradicional ya que es difícil de
simular en sistemas operativos que no sean de Microsoft, sistemas basados en la arquitectura
Microsoft COM/DCOM. También tiene su propio modelo de seguridad combinado al de las
propias seguridades de las unidades interconectadas al servicio OPC tradicionales. Sin
embargo, la arquitectura OPC UA permite cada vez más interconexiones a dispositivos en
IoT, considerando que cada vez están aumentando las cargas generales de la red por la
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utilización de más dispositivos y a medida que la velocidad de procesamiento se vuelve más
rápida. (Lai et al., 2020). En (Adlok & Nikam, 2017) se realizan pruebas en un emulador de
controladores de accionamientos de medio voltaje utilizando una interfaz de tecnología OPC,
que ha permitido realizar operaciones como iniciar y detener, así como proporcionar una
velocidad de referencia o par al variador emulado. En este trabajo se ha logrado determinar
que la tecnología OPC puede ser aplicada en un escenario real donde las señales de control
las de una unidad externa y que las mismas pueden gestionarse a través de interfases con
tecnología OPC permitiendo de esta manera demostrar la ventaja del uso de esta nueva
tecnología en relación a las utilizadas actualmente en estos procesos.
Existen algunos estudios presentados que prueban la aplicabilidad de la comunicación OPC-
UA y que fueron tomados en consideración. La eficiencia de la comunicación OPC-UA con
4 diferentes maneras de comunicación fueron comparadas en base a diferentes escenarios
como son la comunicación con el nivel empresarial, con sistemas HMIs, entre controladores
industriales y con dispositivos de campo. Cada escenario fue evaluado con respecto al tiempo
de ciclo y latencia, precisión de tiempo de sincronismo, número de subscriptores,
requerimientos de hardware, dificultad de configuración y QoS. Los resultados de esta
evaluación nos dan un indicativo que a nivel empresarial y de Sistemas Hombre Maquina
(HMI), el más adecuado es el modo Servidor/Cliente de la tecnología OPC-UA y que justifica
su mayor análisis (Eckhardt et al., 2018).
MÉTODOS
A través de máquinas virtuales se simuló la comunicación OPC-UA entre cliente y servidor.
Los datos seleccionados fueron del tipo doble variando la cantidad entre 5 – 1000. Con la
captura de datos por medio del software “WireShark”, se observó y estimo el ancho de banda
(AB) utilizado por el protocolo de comunicación. También se empleó diferentes políticas de
seguridad, visualizando su comportamiento para realizar un análisis comparativo.
Adicionalmente se variaron los periodos de muestreo en el intercambio de datos para
comparar el uso del AB. Finalmente, se validó un escenario experimental con el Cliente OPC-
UA ejecutándose en Windows Server y en Linux Ubuntu con el fin de corroborar la
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autonomía del protocolo en distintos sistemas operativos. En la Tabla 1 se detallan los
equipos utilizados para los ensayos.
Tabla 1: Computadoras y dispositivos de red usados en los experimentos y pruebas.
Equipos
Uso
Laptop HP ProBook 4730s, con procesador Intel Core
i7 de 2.2 MHz, con 8Gb de memoria RAM y sistema
operativo Windows 10 de 64 bits. Instalado el software
para manejo de máquinas virtuales “VirtualBox” ver-
sión 5.0.20
Computador portátil para la simula-
ción del servidor OPC UA seleccio-
nado y del sistema SCADA.
Laptop Dell Inspiron M531R-5535 con procesador
AMD A8 de 1.7 MHz, con 6 Gb de memoria RAM y
sistema operativo Windows 10 de 64 bits. Instalado el
software para manejo de máquinas virtuales “Virtual-
Box” versión 5.0.20
Computador portátil para la simula-
ción del servidor OPC UA seleccio-
nado y del controlador industrial ba-
sado en PC
Switch de datos TP-LINK TL-SG105E de 5 puertos de
red Gigabit Ethernet
Switch de datos con funcionalidad de
port mirroring para el monitoreo de
tráfico de datos.
Red LAN privada
Red LAN privada para la comunica-
ción entre los computadores portátiles
de prueba
Fuente: propia.
En la Tabla 2 se observan las configuraciones de hardware de las máquinas virtuales y el
respectivo uso en los escenarios de prueba.
Tabla 2. Configuración y uso de las máquinas virtuales usadas en las diferentes pruebas.
Máquinas virtuales en Laptop HP Probook 4730s
Uso
Máquina virtual con 2 microprocesadores, 2 Gb de me-
moria y 60 Gb de disco duro virtual, con sistema opera-
tivo Windows Server 2012 R2 a 64 bits.
Máquina virtual utilizada para la ejecu-
ción del servidor OPC UA seleccionado
Máquina virtual con 2 microprocesadores, 2 Gb de me-
moria y 60 Gb de disco duro virtual, con sistema opera-
tivo Windows Server 2008 R2 a 64 bits.
Máquina virtual utilizada para la ejecu-
ción del sistema SCADA seleccionado
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Máquinas virtuales en Laptop Dell Inspiron M531R
Uso
Máquina virtual con 2 microprocesadores, 2 Gb de me-
moria y 60 Gb de disco duro virtual, con sistema opera-
tivo Windows Server 2012 R2 a 64 bits.
Máquina virtual utilizada para la ejecu-
ción del servidor OPC UA seleccionado
en sistema operativo Windows.
Máquina virtual con 2 microprocesadores, 2 Gb de me-
moria y 60 Gb de disco duro virtual, con sistema opera-
tivo Linux versión Ubuntu 14.04 LTS a 64 bits.
Máquina virtual utilizada para la ejecu-
ción del servidor OPC UA seleccionado
en sistema operativo Linux.
Máquina virtual con 2 microprocesadores, 2 Gb de me-
moria y 60 Gb de disco duro virtual, con sistema opera-
tivo Windows 7 a 32 bits.
Máquina virtual utilizada para la ejecu-
ción del controlador industrial basado en
PC.
Fuente: propia.
La Fig. 1 muestra la topología de la red LAN local utilizada en las pruebas.
Fig. 1. Topología de la red LAN para las pruebas.
Fuente: propia.
Selección de clientes OPC-UA para las respectivas pruebas.
La Tabla 3 indica una comparación de las características de los clientes OPC-UA revisados.
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Tabla 3. Comparación de las características de clientes OPC-UA para las pruebas.
Cliente OPC
Sistema
Operativo
soportado
Exploración
de datos
Lenguaje
SDK
Configuración
del tiempo de
muestreo de las
variables OPC
Cambio del
número de va-
riables OPC
leídas
Prosys
Windows,
Linux,
MAC OS
Datos bási-
cos, Estruc-
turas
Java
Fijo (1000 ms)
Si
UaExpert
Windows,
Linux,
Datos bási-
cos, Estruc-
turas
C++
Variable (desde
100 ms)
Si
OPC Funda-
tion
Windows
Datos bási-
cos, Estruc-
turas
.NET
Variable (desde
1000 a 5000 ms)
Número
Limitado
Fuente: propia.
Selección de servidores OPC-UA para las respectivas pruebas.
De la misma manera, en la Tabla 4, se muestra una comparación de las características de los
servidores OPC UA para las pruebas y poder seleccionar el más adecuado.
Tabla 4. Comparación de características de servidores OPC-UA.
Servidor
OPC
Sistema
Operativo
soportado
Presentación
de datos
Interfaz
gráfica
Lenguaje
SDK
Visor y confi-
guración de
modos y polí-
ticas de segu-
ridad
Visor de
eventos
de cone-
xión entre
servidor y
cliente
Cambio del
tiempo de
publicación
de varia-
bles OPC
Herramienta
de configura-
ción de per-
misos de
usuarios
Prosys
Windows,
Linux,
MAC OS
Datos bási-
cos, Estructu-
ras
Si
Java
Visor – Confi-
guración
Si (deta-
llado)
Si
Si
Unified
Automation
ANSI C
Windows,
Linux,
MAC OS
Datos bási-
cos, Estructu-
ras
No
ANSI C
No
No
No
No
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Unified
Automation
C++
Windows,
MAC OS
Datos bási-
cos, Estructu-
ras
No
C++
Visor – Confi-
guración
No
No
Si
OPC Foun-
dation
Windows
Datos bási-
cos, Estructu-
ras
Si
.NET
Visor – Confi-
guración
Si (básico)
No
No
Fuente: propia.
Selección del cliente y del servidor OPC-UA.
Después de un análisis comparativo de las características funcionales se determinó como la
mejor alternativa al cliente que cuenta con interfaz gráfico y de monitoreo en línea de
variables OPC-UA, por lo cual para el presente trabajo se seleccionó el cliente desarrollado
por Unified Automation, Adicionalmente el mismo se ejecuta tanto en Windows como en
Linux. Para la selección del Servidor OPC-UA se validó que cuente con interfaz gráfica de
fácil utilización y monitoreo de usuarios conectados. El servidor que cumple con estas
características fue el desarrollado por Prosys.
Escenario de prueba
Los datos del tipo doble de 32 bits son los más empleados en variables industriales, debido a
esto fueron los más idóneos para la ejecución de las pruebas. Se realizó también la lectura de
estructura de datos utilizados en aplicaciones específicas. Se capturaron paquetes del proceso
de lectura de las variables en un tiempo de muestreo. En las pruebas iniciales no se contempló
ningún modo de seguridad (no estuvieron firmados ni encriptados), subsiguientemente se
validó los demás modos de seguridad y políticas, evidenciando el comportamiento del
consumo de AB. El primer escenario de prueba empieza con la suscripción y lectura de 5
variables con un tiempo de muestreo de 1 segundo. Luego, se realizan otros escenarios de
prueba en los cuales se van aumentando la suscripción de las variables a leer, desde 5
variables a 1000, utilizando el mismo tiempo de muestreo con el objetivo de observar el
comportamiento del proceso de lectura y la comunicación al aumentar el número de las
variables. Además, se realizaron más escenarios de prueba en los cuales se redujo el tiempo
de muestreo desde un valor de 1 segundo hasta 100 mili-segundos, y de igual forma, observar
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el comportamiento del proceso de lectura de las variables al reducir el tiempo de muestreo.
Para validar la interoperabilidad del protocolo de comunicación y comparar el
funcionamiento de OPC – UA en diferentes sistemas operativos, se instaló el cliente OPC-
UA llamado UaExpert en dos diferentes sistemas operativos como son Windows Server y
Linux Ubuntu, y se realizaron pruebas de comunicación con el protocolo. Finalmente, se
probaron los modos de seguridad disponibles en el cliente OPC-UA como son: la
autenticación anónima, con usuario y clave, y con certificados digitales.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Resultados del proceso de lectura de datos sin firma digital y sin encriptado
De los datos obtenidos con la captura de paquetes en red, se puede estimar el ancho de banda
de petición de datos desde el cliente al servidor OPC UA y el ancho de banda de la
correspondiente respuesta. En las respectivas pruebas, se incrementa el número de datos y se
puede observar que se incrementan la segmentación de paquetes con lo cual se incrementa el
ancho de banda. Al emplear autentificación de la contraseña y del usuario, presenta en este
caso, aumento de paquetes debido a que se trasmite el certificado o contraseña y presenta
alteración de ancho de banda. Esto se puede corroborar en la Tabla 5.a y 5.b.
Tabla 5.a. Cuadro comparativo de las pruebas de lectura de datos sin firma digital y sin encriptado.
Escenario
de prueba
Modo de
Seguridad
Política de
Seguridad
Autenti-
cación
de
Usuario
t de
muestreo
[ms]
Núm. de datos
(Tipo doble)
Núm. de
segmentos
del pa-
quete
Núm. de pe-
ticiones por
segundo
Núm. de bytes
por datos
Prueba 1
Ninguno
Ninguno
Anó-
nimo
1000
5
1
1
150
1000
11
1
1
330
1000
51
2
1
1530
1000
1000
21
1
30000
Prueba 2
Ninguno
Ninguno
Anó-
nimo
500
1000
21
2
30000
Prueba 3
Ninguno
Ninguno
Anó-
nimo
100
1000
21
10
30000
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Prueba 4
Ninguno
Ninguno
Anó-
nimo
100
1000
21
10
30000
Prueba 5
Ninguno
Ninguno
Anó-
nimo
100
1000
21
10
30000
Fuente: propia.
Tabla 5.b. Cuadro comparativo del ancho de banda capturado en las pruebas de lectura de datos sin firma
digital y sin encriptado.
Escenario
de prueba
AB (Peti-
ción lectura
de datos)
[bps]
AB (Res-
puesta lec-
tura de da-
tos) [bps]
AB (Res-
puesta es-
tado del
servidor)
[bps]
AB (Res-
puesta a es-
tado del
servidor)
[bps]
AB total
(Petición
datos y es-
tado servi-
dor) [bps]
AB total (res-
puesta de da-
tos y estado
de servidor)
[bps]
Observacio-
nes
Prueba 1
1504
3088
1680
2680
3184
5768
Contraseña o
certificado
enviado úni-
camente en
la activación
de la sesión,
más no en
los datos
1504
4528
1680
2680
3184
7208
1504
14560
1680
2680
3184
17240
1504
251104
1680
2680
3184
253784
Prueba 2
3008
502208
1680
2680
4688
504888
Prueba 3
15040
2511040
1680
2680
16720
2513720
Prueba 4
15040
2511040
1680
2680
16720
2513720
Prueba 5
15040
2511040
1680
2680
16720
2513720
Fuente: propia.
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Resultados de las pruebas de lectura de datos con firma digital y sin encriptado
En estos escenarios, a consecuencia de la firma digital, se adicionan 20 bytes extras al final
de cada solicitud y respuesta de los datos, esto causa el aumento del ancho de banda, aun en
el caso de emplear segmentos de paquete que posee la firma digital al final del paquete. Esto
se puede corroborar en la Tabla 6.a y Tabla 6.b.
Tabla 6.a. Cuadro comparativo de las pruebas con lectura de datos con firma digital y sin encriptado.
Escenario
de prueba
Modo de
Seguri-
dad
Política de
Seguridad
Auten-
ticación
de
Usuario
t de
muestreo
[ms]
Núm. de da-
tos
Núm. de
segmen-
tos del
paquete
Núm. de
peticiones
por se-
gundo
Núm. de by-
tes por datos
Prueba 6
Mensaje
firmado
Basic
128RSA15
Anó-
nimo
1000
6
1
1
180
1000
100
3
1
3000
Prueba 7
Mensaje
firmado
Basic
128RSA15
Anó-
nimo
500
100
3
2
3000
Prueba 8
Mensaje
firmado
Basic
128RSA16
Anó-
nimo
100
100
3
10
3000
Prueba 9
Mensaje
firmado
Basic 256
Anó-
nimo
1000
100
3
1
3000
Prueba 10
Mensaje
firmado
Basic 256
Anó-
nimo
500
100
3
2
3000
Prueba 11
Mensaje
firmado
Basic 256
Anó-
nimo
100
100
3
10
3000
Prueba 12
Mensaje
firmado
Basic
256SHA256
Anó-
nimo
100
100
3
10
3000
Fuente: propia.
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Tabla 6.b. Cuadro comparativo del ancho de banda capturado de la lectura de datos con firma digital y sin
encriptado.
Escenario
de prueba
AB (Peti-
ción lec-
tura de
datos)
[bps]
AB (Res-
puesta lec-
tura de da-
tos) [bps]
AB
(Res-
puesta
estado
del ser-
vidor)
[bps]
AB (Res-
puesta
estado
del servi-
dor)
[bps]
AB total (Pe-
tición datos y
estado servi-
dor) [bps]
AB (Res-
puesta da-
tos y estado
servidor)
[bps]
Observacio-
nes
Prueba 6
1664
3488
1840
2840
3504
6328
Difiere en 20
bytes en la pe-
tición y la res-
puesta de lec-
tura de datos
debido a la
firma digital
1664
26912
1840
2840
3504
29752
Prueba 7
3328
53824
1840
2840
5168
56664
Prueba 8
16640
269120
1840
2840
18480
271960
Prueba 9
1664
26912
1840
2840
3504
29752
Prueba 10
3328
53824
1840
2840
5168
56664
Prueba 11
16640
269120
1840
2840
18480
271960
Prueba 12
17600
269760
1840
2840
19440
272600
Fuente: propia.
Resultados de las pruebas de lectura de datos con firma digital y encriptado
En estos escenarios no se presentó incremento notorio en el ancho de banda empleado en
comparación a la lectura de datos que utilizan una firma digital. Presenta una gran diferencia
con respecto al tiempo de ida y vuelta de los mensajes de los datos con un incremento del
doble, esto se demuestra en la Tabla 7.a y Tabla 7.b.
Tabla 7.a. Cuadro comparativo de las pruebas de lectura de datos con firma digital y encriptado.
Escenario
de prueba
Modo de
Seguri-
dad
Política de
Seguridad
Auten-
ticación
de
usuario
Tiempo
de Mues-
treo [ms]
Núm. datos
Núm. de
segmen-
tos del
paquete
Núm. de
peticiones
por se-
gundo
Núm. de by-
tes por datos
Prueba 13
Mensaje
firmado y
cifrado
Ba-
sic128RSA15
Anó-
nimo
1000
100
3
1
3000
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Prueba 14
Mensaje
firmado y
cifrado
Ba-
sic128RSA15
Anó-
nimo
500
100
3
2
3000
Prueba 15
Mensaje
firmado y
cifrado
Ba-
sic128RSA15
Anó-
nimo
100
100
3
10
3000
Prueba 16
Mensaje
firmado y
cifrado
Basic256
Anó-
nimo
100
100
3
10
3000
Prueba 17
Mensaje
firmado y
cifrado
Ba-
sic128RSA15
Anó-
nimo
100
100
3
10
3000
Fuente: propia.
Tabla 7.b. Cuadro comparativo del ancho de banda capturado en las pruebas de lectura de datos con firma
digital y encriptado.
Escenario
de prueba
AB (Peti-
ción lectura
de datos)
[bps]
AB (Res-
puesta lec-
tura de datos)
[bps]
AB (Res-
puesta es-
tado del ser-
vidor) [bps]
AB (Res-
puesta es-
tado del ser-
vidor) [bps]
AB total
(Petición
datos y es-
tado servi-
dor) [bps]
AB total
(Respuesta
datos y es-
tado servi-
dor) [bps]
Observaciones
Prueba 13
1680
26992
1840
2840
3520
29832
Aumento del
tiempo de ida y
retorno de los
datos debido al
proceso de ci-
frado
Prueba 14
3360
53984
1840
2840
5200
56824
Prueba 15
16800
269920
1840
2840
18640
272760
Prueba 16
16800
269920
1840
2840
18640
272760
Prueba 17
16800
269920
1840
2840
18640
272760
Fuente: propia.
Resultados de las pruebas de lectura de datos con firma digital y encriptado con
simulación SCADA.
Se pueden notar las diferencias en el ciclo de ida y retorno de los mensajes de los datos, entre
los casos de comunicación con política de seguridad Basic128Rsa15 y el caso con política
de seguridad Basic256, en que se puede percibir un incremento notorio por el procesamiento
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de encriptado y desencriptado, y la administración de reorganización de datos entre estos
casos de comunicación, esto se demuestra en la Tabla 8.a y Tabla 8.b.
Tabla 8.a. Cuadro comparativo de las pruebas de lectura de datos con firma digital y encriptado de la
simulación SCADA.
Escenario
de prueba
Modo de
seguri-
dad
Política de
seguridad
Autenti-
cación de
usuario
t de
muestreo
[ms]
Núm. de
datos
Núm. De
segmentos
del paquete
Núm. De
peticiones
por seg.
Núm. De
bytes por
datos
Prueba 18
Mensaje
sin fir-
mado y
cifrado
Ninguno
Anónimo
100
32
1
10
256
Prueba 19
Mensaje
sin fir-
mado y
cifrado
Ba-
sic128RSA
15
Anónimo
100
32
1
10
256
Prueba 20
Mensaje
sin fir-
mado y
cifrado
Basic256
Anónimo
100
32
1
10
256
Fuente: propia.
Tabla 8.b. Cuadro comparativo del ancho de banda utilizado de las pruebas de lectura de datos con firma
digital y encriptado de la simulación SCADA.
Escenario
de prueba
AB (Peti-
ción lectura
de datos)
[bps]
AB (Res-
puesta lec-
tura de datos)
[bps]
AB (Res-
puesta es-
tado del ser-
vidor) [bps]
AB (Res-
puesta es-
tado del ser-
vidor) [bps]
AB total
(Petición
datos y es-
tado servi-
dor) [bps]
AB total
(Respuesta
datos y es-
tado servi-
dor) [bps]
Observaciones
Prueba 18
10240
35680
0
0
10240
35680
Aumento del
tiempo de ida y
retorno de los
datos debido al
Prueba 19
12000
37600
0
0
10240
37600
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Prueba 20
12000
37600
0
0
10240
37600
proceso de ci-
frado y manejo
de arreglos.
Fuente: propia.
Estos datos presentados en los diferentes escenarios indica, dependiendo del tipo de
escenario, que podemos reducir el ancho de banda.
Es conveniente emplear como cliente OPC UA al programa “UAExpert”, porque tiene una
interfaz visual más detallada que incluye ventanas de monitoreo y facilita el añadir las
variables OPC UA desde la ventana de espacio de direcciones hasta las vistas de
subscripciones de la interfaz. También nos permite trabajar en el sistema operativo como
Windows o en Linux.
TRABAJOS FUTUROS
Se realizará un análisis de tipos de controladores industriales y su interoperabilidad con
diferentes sistemas operativos, así como su flexibilidad para soporte de envió de datos a
diferentes protocolos de comunicación orientados a industria 4.0.
CONCLUSIONES
El uso del sistema de comunicación OPC-UA redujo las complejidades de configuración ya
que soporta sistemas abiertos, toleró cortafuegos y la configuración es por puertos definidos
adecuados ya que no genera puertos aleatorios.
Las reducciones del ancho de banda que se producen con el uso de OPC-UA dependieron del
periodo de muestreo, de la cantidad de mensajes y del tipo de datos. Los datos verificados
fueron del tipo doble con un tiempo de muestreo de 10 a 10000 milisegundos sin encriptado.
Para el sistema de comunicación OPC-UA se recomienda utilizar datos del tipo doble del
tipo entero para disminuir tamaño de bytes, aunque con los de tipo decimal se gana en
precisión, con tiempos de muestreo rápido para información crítica y tiempos lentos para
información no crítica.
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La comunicación OPC-UA permitió la validación inmediata de variables desde el sistema
SCADA hasta los controladores industriales sin previa configuración, lo que demuestra que
el sistema de comunicación OPC-UA puede reemplazar eficazmente al sistema tradicional
OPC.
REFERENCIAS
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