Capítulo 36 — Seguridad de TO, IoT y sistemas ciberfísicos: rendimiento y escala
Mapa de la lección
Lección 36 publicada. Mapa, ejemplo, EX106.
flowchart TD
N0["Resultados de aprendizaje"]
N1["36.1 El tiempo de ciclo es de primera categoría"]
N2["36.2 Tráfico de evaluación"]
N3["36.3 Canarios"]
N4["Nota práctica"]
N5["36.1b Equidad y calentamiento"]
N6["Nota de campo: calendario de calentamiento"]
N7["Síntesis del capítulo"]
N0 --> N1 --> N2 --> N3 --> N4 --> N5 --> N6 --> N7
N7 --> EX["Ejemplo resuelto"]
EX --> Q["Ejercicio EX106"]
Dibujo lógico
flowchart LR
N0["Resultados de aprendizaje"]
N1["36.1 El tiempo de ciclo es de primera categoría"]
N2["36.2 Tráfico de evaluación"]
N3["36.3 Canarios"]
N4["Nota práctica"]
N5["36.1b Equidad y calentamiento"]
N6["Nota de campo: calendario de calentamiento"]
N7["Síntesis del capítulo"]
N0 --> N1 --> N2 --> N3 --> N4 --> N5 --> N6 --> N7 --> Q["EX106"]
[Resultados de aprendizaje]
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[36.1 El tiempo de ciclo es de primera categoría]
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[36.2 Tráfico de evaluación]
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[36.3 Canarios]
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[Nota práctica]
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[36.1b Equidad y calentamiento]
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[Nota de campo: calendario de calentamiento]
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[Síntesis del capítulo]
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[Ejemplo resuelto] --> [Ejercicio EX106]
Resultados de aprendizaje
Usted podrá (1) dimensionar los monitores dentro de los presupuestos de tiempo de ciclo; (2) aplicar la lógica del cubo de testigos al tráfico de evaluación; (3) medir el impacto en la planta con un canario.
36.1 El tiempo de ciclo es de primera categoría
Los objetivos de rendimiento que ignoran el presupuesto de ciclo del PLC son errores. Dimensione las canalizaciones de decodificación para que el tiempo en el cable más el de decodificación se mantenga dentro del presupuesto medido en el capítulo 3.
"""Lab: does a polling schedule fit the PLC scan/communication budget? (synthetic)"""
link_bps = 115200; bits_per_byte = 10 # RS-485 serial, 8N1 + start bit
polls = [("T-1 level", 8), ("T-2 level", 8), ("R-101 block", 40), ("pump status", 8), ("historian sweep", 120)]
overhead = 12 # bytes of request+framing per poll (assumed)
total = sum(n + overhead for _, n in polls)
t = total * bits_per_byte / link_bps
print(f"bytes per cycle={total} time per cycle={t*1000:.1f} ms")
for target in (100, 50):
print(f"cycle budget {target} ms -> {'fits' if t*1000 <= target else 'OVERRUN'}")
Salida esperada:
bytes per cycle=244 time per cycle=21.2 ms
cycle budget 100 ms -> fits
cycle budget 50 ms -> fits
En ABP, la línea troncal RS-485 hacia el PLC-A funciona con un ciclo de sondeo de 21 ms dentro de un ciclo de control de 100 ms, y la condición de parada salta si el tiempo de ciclo llega a 50 ms. Lena dimensiona el monitor de modo que la derivación, la decodificación y el registro no añadan nada al tiempo en el cable, porque la derivación es pasiva y el decodificador se ejecuta en su propio equipo. Las pruebas de carga en el banco reproducen a doble velocidad un día completo de tráfico capturado para confirmar que el decodificador nunca se queda atrás respecto a la línea troncal.
36.2 Tráfico de evaluación
Cuando se autorizan métodos activos, limite su tasa para que no puedan dejar sin recursos al tráfico de control. Prefiera los métodos de solo escucha; cuando deba sondear, comparta un presupuesto global entre los escáneres. Durante las ventanas de evaluación del CNHP en ABP, solo una herramienta activa puede sondear la línea troncal a la vez, y su tasa de solicitudes se escribe en el permiso antes de empezar. El descubrimiento pasivo desde la derivación cubre la mayor parte del inventario, de modo que el sondeo activo se limita a los pocos dispositivos que no hablan por sí mismos. Cada herramienta informa de su tasa al presupuesto compartido, y el responsable de la ventana puede pausar todos los métodos activos con un solo interruptor si sube el tiempo de ciclo.
36.3 Canarios
Una solicitud canario sintética o una sonda del tiempo de ciclo cada minuto sigue la salud del sistema; las condiciones de parada saltan al alcanzar el umbral (capítulo 33).
Caso sintético — Ashford Batch Plant. Con ciclos de 21 ms en la línea troncal RS-485, Lena dejó margen por debajo de 50 ms para que un pico de decodificación no activara la parada.
El canario de ABP lee cada minuto un registro de estado inofensivo del PLC-A y anota el tiempo de respuesta junto al tiempo de ciclo de la línea troncal. Si cualquiera de los dos se acerca a su umbral, se avisa al responsable de la ventana antes de llegar a la condición de parada, lo que da tiempo para pausar el trabajo activo con calma en lugar de reaccionar a una parada automática.
36.4 Errores y límites
Los escáneres distribuidos necesitan un presupuesto global coordinado o multiplican el límite por N. En ABP, dos escáneres funcionaron una vez desde equipos distintos, cada uno dentro de su propia tasa, y juntos superaron el presupuesto de la línea troncal. Lena trasladó el presupuesto a un único coordinador que concede testigos a cada escáner, de modo que el total se mantiene dentro del permiso sin importar cuántas herramientas estén funcionando. Un escáner que no puede contactar con el coordinador no puede enviar nada, lo que mantiene seguro el fallo en lugar de dejar que cada herramienta vuelva a su propio límite.
Nota práctica
Publique una nota sobre la economía de los límites de tasa: coste de esperar frente a coste de interrumpir un lote. La mayoría de los argumentos para subir los límites se disuelven cuando se pone por escrito el coste de la interrupción.
36.1b Equidad y calentamiento
Cuando varios métodos comparten un presupuesto, un enumerador ruidoso puede dejar sin recursos a una revisión de configuración silenciosa. Pondere o separe los presupuestos por clase de método. Aumente el tráfico de forma gradual al inicio de la ventana y vacíelo antes de la parada definitiva. Vaciar significa ninguna solicitud nueva en los últimos diez minutos, para que las respuestas en curso lleguen antes de la parada. Documente quién puede subir un límite de tasa y qué tipo de ticket AUTH se requiere. Un límite elevado caduca al final de la ventana salvo que se renueve con un ticket nuevo.
Lena aplica ambos presupuestos en el coordinador.
Nota de campo: calendario de calentamiento
El planificador aumenta ahora los sondeos de evaluación de forma gradual durante cinco minutos al inicio de la ventana. Los arranques instantáneos a plena tasa habían disparado alarmas de vibración no relacionadas en un patín vecino. El calentamiento es una cortesía hacia el proceso y hacia las personas responsables de él.
36.5 Ejemplo resuelto: medir la carga de la monitorización en el PLC-A (ABP sintética)
Un sondeador propuesto de la salud de los activos leería 120 registros de retención del PLC-A cada segundo. En el controlador de banco, Lena mide el tiempo de escaneo con y sin el sondeador: 18 ms de base, 23 ms con el sondeo, frente a un temporizador de vigilancia de 50 ms. El aumento es aceptable en el banco, pero aun así limita el sondeador a 120 registros cada 5 segundos en producción, añade un canario en una línea antes del despliegue en toda la planta y genera una alarma si el tiempo de escaneo supera 30 ms. El tráfico de evaluación recibe el mismo trato: toda herramienta de prueba debe declarar su tasa de solicitudes, y el permiso fija un máximo.
Ejercicios — capítulo 36
- EX106 — Laboratorio. Bytes y tiempo por ciclo a 115200: informe de ambos. Rúbrica: 3 = 244 bytes, 21,2 ms; 2 = uno; 1 = incorrecto; 0 = nada.
- EX107 — Margen. Si el presupuesto es de 50 ms y el ciclo de 21 ms, ¿qué margen queda y por qué conservarlo? Rúbrica: 3 = ~29 ms para picos/reintentos; 2 = solo el número; 1 = usarlo todo; 0 = nada.
- EX108 — Global. ¿Por qué tres sondeadores sin coordinar rompen un permiso de 2 sol./s? Rúbrica: 3 = 3× la tasa; 2 = vago; 1 = lo niega; 0 = nada.
Síntesis del capítulo
Primero el presupuesto, después la escala, siempre el canario.
Siga estudiando — capítulo 36 de 50
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