Transformando la Terminal de Transporte de Hoy para la Tecnología del Mañana

Figura 1: Private 4G / LTE combina lo mejor de Wi-Fi y Ethernet y agrega movilidad de alta velocidad.

Matthias Jablonowski, líder de práctica global del programa Ports en Nokia.

Pekka Yli-Paunu, Director, Investigación de Automatización, Kalmar

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La tecnología inalámbrica industrial LTE / 5G prepara terminales para un futuro digital.

Después de haber implementado sucesivas ondas de tecnología digital durante las últimas décadas, la mayoría de las operaciones de terminales en puertos de todo el mundo tienen una variedad de tecnologías de red cableadas e inalámbricas que van desde UHF y VHF, a través de redes de sensores inalámbricos (WSN) y LPWA, a Ethernet, redes inalámbricas y Wi-Fi: cada uno admite una aplicación diferente del terminal. Con las redes 4G / LTE actuales y la llegada de 5G, ahora es posible considerar la consolidación de muchas de estas aplicaciones digitales en una única red inalámbrica segura que sentará las bases para una mayor automatización y ganancias significativas de productividad.

Desafiados por los mercados globales volátiles y los volúmenes crecientes, los operadores de terminales deben ser más ágiles y receptivos. Los tiempos de respuesta más rápidos, una mejor coordinación con los operadores de camiones y ferrocarriles, y la capacidad de adaptarse al cambio de tamaño de los buques, ejercen una presión adicional sobre las operaciones de la terminal. En las operaciones de atraque, patio, camión y tren, existe una creciente dependencia de las tecnologías digitales. Las tecnologías de la Industria 4.0 como IoT, aprendizaje automático e inteligencia artificial desempeñarán un papel cada vez más crítico para enfrentar estos desafíos, en parte al permitir la automatización de terminales, lo que, a su vez, proporcionará una mayor flexibilidad y ahorros operativos.

Las tecnologías terminales 'en silos' de hoy
Las tecnologías de comunicación actuales en uso en la mayoría de los puertos no son suficientes para satisfacer las necesidades futuras de las operaciones de la terminal, ya que abarcan la transformación digital, especialmente los requisitos de las aplicaciones de la Industria 4.0 en el área de operaciones autónomas y remotas. En la actualidad, la mayoría de las terminales han implementado una infraestructura inalámbrica basada en Wi-Fi para comunicaciones de datos entre los clientes centrales de TOS y TOS que se ejecutan en computadoras y tabletas montadas en vehículos en grúas, camiones de terminal y transportistas a caballo. Esto se usa principalmente para la asignación de trabajos y la coordinación del flujo de trabajo.

Las comunicaciones de voz generalmente se manejan por radio TETRA o VHF para las comunicaciones del personal. Una LAN Ethernet generalmente retroalimenta los puntos de acceso Wi-Fi y conecta cámaras y más equipos estacionarios, como grúas montadas en rieles, a las aplicaciones centrales operativas y comerciales.
La parte inalámbrica es el área que se puede mejorar mejor con la tecnología 4G / LTE actual. El alto grado de movilidad inherente a las operaciones portuarias presenta desafíos para el Wi-Fi y, en general, no es tan confiable, seguro o predecible.

La tecnología 4G / LTE, que fue diseñada para redes móviles, también es mucho más segura, puede manejar un mayor número de usuarios por radio y es capaz de manejar aplicaciones de mayor ancho de banda, como video. De manera crucial, incluso puede proporcionar un rendimiento de nivel Ethernet para cámaras de video, grúas con neumáticos o cualquier otra aplicación que hoy requiera una infraestructura de cableado costosa.

Aunque LTE ha estado disponible durante casi una década, en su mayoría ha sido monopolizado por operadores de redes móviles que licenciaron el espectro para su uso en redes móviles 4G / LTE en todo el mundo. Algunos de esos operadores públicos han arrendado el espectro para aplicaciones industriales, pero el costo generalmente era demasiado alto para justificar su uso. Por lo tanto, la dependencia generalizada de Wi-Fi, que nunca fue diseñada como una tecnología de red de mejor esfuerzo, no es adecuada para aplicaciones comerciales o de misión crítica. Desafortunadamente, era la única opción de red inalámbrica para la mayoría de las empresas.

Tecnología futura para terminales
Al mismo tiempo, la presión generalizada ejercida sobre los gobiernos ha liberado el espectro para su uso por las empresas en aplicaciones industriales y de otro tipo, desde la atención médica hasta la minería. Además, los proveedores de 4G / LTE han desarrollado soluciones que usan espectro sin licencia (por ejemplo, Multefire) o con licencia 'ligeramente'. También han comenzado a producir versiones de la tecnología de tamaño empresarial que no son más difíciles de instalar y mantener que una red LAN o Wi-Fi estándar. El resultado es que las autoridades portuarias y los operadores de terminales ahora tienen mejores opciones a medida que planifican sus futuros digitales.

La Figura 1 presenta un resumen de las ventajas y desventajas de Ethernet y Wi-Fi en comparación con una red privada LTE. Hay características adicionales con los últimos lanzamientos. La versión 4.9G tiene mejoras específicas para el manejo de dispositivos IoT, así como la capacidad de crear segmentos seguros dentro de la red para proporcionar controles específicos de nivel de calidad (QoS) para aplicaciones, por ejemplo, mayor ancho de banda para video o baja latencia para automatizar o remotamente operaciones controladas

En los próximos cinco años, 4G / LTE está diseñado para evolucionar a 5G, que será como un Ethernet inalámbrico supercargado. En otras palabras, podrá manejar cualquiera de las aplicaciones que actualmente se ejecutan a través de Ethernet en términos de confiabilidad, seguridad y capacidad con una capacidad mucho mayor para escalar, manejar aplicaciones de baja latencia extrema y, en general, admitir la automatización industrial.

Aunque la disponibilidad general de 5G para aplicaciones industriales todavía está algunos años de descanso, 4G / LTE es totalmente capaz de manejar las necesidades de comunicación del terminal con una infraestructura de red única en la actualidad. Como hemos visto, puede reemplazar el Wi-Fi con una red mucho más robusta, segura y confiable, pero también puede reemplazar la red TETRA o VHF. Admite comunicaciones grupales dinámicas, push-to-talk y push-to-video, así como control y gestión de despacho de llamadas.

En el frente de la movilidad, 4G / LTE también permite de inmediato aplicaciones como inspecciones aéreas no tripuladas o de drones. Los drones han demostrado ser una tecnología clave en situaciones de emergencia en las que pueden proporcionar una conciencia situacional instantánea. Son especialmente útiles en operaciones de terminal y patio donde pueden proporcionar inspección visual remota de activos, monitoreo de mercancías peligrosas y vigilancia perimetral. Existen soluciones de drones basadas en LTE disponibles que incluyen el comando y el control de los drones en vuelo, así como el transporte de la señal de HDTV.

Autonomía, operaciones remotas ... y más allá
El control remoto de equipos, como las grúas de pórtico con neumáticos, es otra aplicación que muestra las capacidades de 4G / LTE y 5G. Las operaciones remotas requieren comunicaciones de muy baja latencia debido a la necesidad de una respuesta casi instantánea del operador remoto. Los sistemas LTE / 5G admiten estos requisitos de baja latencia, incluido el soporte para el transporte de capa 2 de PROFINET. También son compatibles con los requisitos de enlace ascendente de video de varias cámaras que serían necesarias para el comando y control remoto de la unidad.

Las ventajas de usar tecnología celular móvil también van más allá de los drones y el control remoto de equipos en movimiento. El mayor desafío para las redes públicas 4G y LTE es proporcionar cobertura suficiente para núcleos urbanos densos donde hay numerosos edificios altos que crean múltiples desafíos para las conexiones inalámbricas, desafíos que 4G / LTE fueron diseñados específicamente para superar. En una escala más pequeña, este también es el caso en las operaciones de terminal y patio donde las pilas de contenedores pueden crear dificultades reales para muchas formas de conexión inalámbrica. Las tecnologías LTE / 5G pueden superar fácilmente estos desafíos para proporcionar una cobertura ubicua en el patio de la terminal.

Mirando más hacia el futuro, las aplicaciones de Industry 4.0 continuarán transformando digitalmente las operaciones de la terminal. Junto con las aplicaciones de automatización y control remoto, también podemos ver la posibilidad de una gestión integral de todos los procesos operativos basados en datos en tiempo real y un sofisticado software de gestión del flujo de trabajo.

Vincular las diversas soluciones de puntos digitales requerirá un sistema de comunicaciones robusto y de misión crítica para conectar dispositivos móviles, sensores y actuadores. Esto permite la creación de un gemelo digital, que la analítica de software puede usar, por ejemplo, para optimizar el flujo de trabajo general. En términos de operaciones de terminal, es posible ahorrar entre 7 y 10 por ciento en la eficiencia general de las operaciones utilizando solo la optimización del flujo de trabajo.

Aunque esto puede parecer lejano en el futuro, una vez instalado, una red privada LTE puede funcionar como una plataforma para la evolución futura. Como ejemplo de esto, Steveco, un operador de terminal en el puerto de HaminaKotka en Kotka, Finlandia, trabajó con Nokia para construir una red privada LTE para soportar cámaras de video que se instalaron en grúas de barco a tierra. La aplicación fue diseñada simplemente para registrar el estado de los contenedores antes y después de su manipulación. Por lo tanto, en el caso de futuras reclamaciones de seguros, fue fácil establecer una responsabilidad clara.

Desde entonces, Steveco ha creado otras aplicaciones en la parte superior de la red LTE, porque estaba allí. Han agregado vigilancia perimetral y monitoreo de activos por video. Todo el equipo y el personal de manejo de carga en la terminal y los almacenes se comunican a través de la red LTE. Y están considerando futuras aplicaciones de la Industria 4.0 que pueden lanzar desde la red LTE.

Por separado, Kalmar, parte de Cargotec, está realizando una investigación continua sobre automatización de terminales y manejo de carga eficiente en energía. Su banco de pruebas de investigación también incluye una red privada LTE de Nokia. “La plataforma de automatización digital con sus capas de conectividad y aplicación nos permite probar nuevos productos y conceptos de servicio. Eso nos da la oportunidad de demostrar a nuestros clientes cómo funcionan nuestros nuevos servicios, lo cual es particularmente valioso ”, dice Pekka Yli-Paunu, Director, Automation Research, Kalmar.

La transformación digital de todas las industrias está llegando muy rápidamente. Las operaciones de terminal no son una excepción. Como parte de un vínculo vital en las cadenas de suministro industriales de hoy en día, se convertirá en una apuesta fundamental para que los futuros puertos tengan conciencia digital y gestionen todo lo que pasa por ellos en tiempo real. La automatización y las tecnologías autónomas encontrarán nuevas funciones en las operaciones portuarias al igual que se emplean en muchas otras áreas de la economía. Ya existe un sólido argumento comercial para pasar a 4G / LTE, y solo se fortalecerá con el tiempo.

Matthias Jablonowski es líder de práctica global del programa Ports en Nokia. Al estar intrigado por las oportunidades de las tecnologías conectadas y la transformación digital, trabaja con las autoridades portuarias y los operadores de terminales en Port 4.0 y los proyectos de automatización de terminales a medida que se embarcan en sus viajes de puertos inteligentes. Matthias ha sido fundamental en la expansión de Nokia en la industria del transporte.

Este artículo apareció por primera vez en la edición impresa JULIO / AGOSTO de la revista Maritime Logistics Professional .