Contribución a la planificación y despliegue de las tecnologías habilitadoras de Smart Cities y Smart Factories

Abstract

[SPA] Desde que surgió el concepto de Industria 4.0 (I4.0), muchas han sido las tecnologías emergentes que se han evaluado para ser explotadas y desarrolladas en entornos industriales, las llamadas Key Enabling Technologies (KET). Esta transición crea un entorno lleno de incógnitas y dificultades en su implantación, tanto a nivel tecnológico, de estándares así como en la creación de nuevos roles en los trabajadores. Además, la utilización de este conjunto de tecnologías traerá consigo el aumento y crecimiento de tráfico IP que, junto a las grandes exigencias de las redes 5G, supondrá problemas de planificación y gestión de las redes del futuro que den soporte a esta nueva revolución industrial. En esta tesis se analiza la problemática actual en la implantación de la I4.0 a nivel educativo, en el conocimiento de los trabajadores (presentes y futuros), así como en los problemas propiamente tecnológicos. Además, en el marco de los proyectos Europeos IN4WOOD y MAKING4.0, se desarrolla contenido formativo para lidiar con los inconvenientes identificados a nivel educativo. Con respecto al ámbito tecnológico, se llevan a cabo estudios de diferente rango de actuación, yendo desde entornos locales (Ambient Assisted Living (AAL)), pasando por entornos de alcance medio (Industria) y de largo alcance (Smart cities). Finalmente, se realiza un análisis de diferentes estrategias de planificación y optimización de redes 5G en entornos metropolitanos, a través de dos nuevas librerías desarrolladas. Los resultados de este trabajo concluyen, en primera instancia, que existe una gran brecha entre las competencias que la I4.0 demanda y lo que las entidades educativas proporcionan. Esto, sumado a las grandes dificultades de adaptación de los planes de estudios, hace necesario el desarrollo de nuevas herramientas y plataformas educativas que se adapten al paradigma I4.0. Además, en cuanto a los problemas de adopción y adaptación tecnológica, se observa una clara falta de control y coordinación de los diferentes dispositivos inteligentes que forman las redes estudiadas, por lo que es necesaria una entidad central que sea capaz de gestionar y controlar los dispositivos de la red de manera eficiente y coordinada. En este sentido, las redes definidas por software (SDN), así como la virtualización de funciones de red (NFV) se plantea como solución potencial. Por último, el análisis en la planificación, optimización y despliegue de tecnologías SDN y NFV en redes metropolitanas arroja información de transcendencia para las operadoras de red móvil (MNO), pudiendo planificar un modelo de coste, de recursos de red y equipamiento que busque cumplir con lo establecido en 5G y minimizar la inversión. [ENG] Since the beginning of Industry 4.0 (I4.0), many new emerging technologies have been proposed to be exploited in the industry, the so-called Key Enabling Technologies (KET). This transition creates an environment plenty of doubts and difficulties in its implementation, both at technological level, standardization as well as in the creation of new roles in the industrial workers. In addition, the use of this wide set of technologies will bring with it a considerable increase and growth in IP traffic, and taking into account the great demands of emerging 5G networks, it will entail problems to solve in the planning and management of the future networks that will support this new industrial revolution. This thesis examines the existing problems in the implementation of I4.0 at educational and training level, in the knowledge of workers, as well as in the technological problems themselves. Furthermore, within the framework of the European projects IN4WOOD and MAKING4.0, training content is developed to deal with the drawbacks identified in this concern. Moreover, at technological level, research studies from different scales are carried out, ranging from small-size environments (Ambient Assisted Living (AAL)), through medium-size environments (industrial environment) and reaching large-size environments (Smart cities). Finally, an analysis of different strategies for planning and optimization of 5G networks for metropolitan networks is carried out through the development of two novel libraries in Java, that add value to the Net2plan open source tool, widely explained in this thesis. The results of this work conclude, at first instance, that there is a large gap between what I4.0 demands and what educational and training institutions provide. This, added to the great difficulties in updating educational plans, makes necessary to develop new educational and training tools and platforms adapted to the demands of industry about I4.0. Furthermore, regarding the problems of technological adoption and implementation, there is a clear lack of control and coordination of the different intelligent devices that make up the networks studied, so a central entity is needed to manage and control the network devices in an efficient and coordinated way. In this sense, the software defined networks (SDN), as well as the virtualization of network functions (NFV) is proposed as a powerful solution. Finally, the analysis in the planning, optimization and deployment of SDN and NFV technologies in metropolitan networks provides important information for mobile network operators (MNO), being able to plan a cost model, network resources and equipment that seeks to comply with the provisions of 5G minimizing the investment.