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21/02/2025
Importancia del 5G y la automatización en la evolución industrial
En la actualidad, la industria se encuentra en una transformación sin precedentes impulsada por la digitalización y la conectividad avanzada. En este contexto, la implementación de la tecnología 5G desempeña un papel fundamental en la evolución de la automatización industrial, permitiendo la creación de fábricas inteligentes con procesos más eficientes y flexibles. La capacidad del 5G para proporcionar alta velocidad, baja latencia y conexión masiva de dispositivos abre nuevas oportunidades en sectores como la manufactura, la logística y la gestión de infraestructuras críticas (ITU, 2023).
Asimismo, la convergencia del 5G con tecnologías como el Internet de las Cosas Industrial (IIoT, Industrial Internet of Things) y la inteligencia artificial está impulsando una nueva era de producción automatizada y autónoma. En las fábricas modernas, los sensores conectados a redes 5G pueden transmitir datos en tiempo real, permitiendo monitoreo continuo, mantenimiento predictivo y ajustes dinámicos en los procesos de producción. Esto no solo mejora la eficiencia operativa, sino que también reduce costos y optimiza la seguridad laboral (GSMA, 2023).
Además, la Industria 4.0 se apoya en el desarrollo de sistemas ciberfísicos (CPS, Cyber-Physical Systems), los cuales integran procesos físicos y digitales para mejorar el rendimiento y la adaptabilidad en entornos industriales. La conectividad proporcionada por el 5G es esencial para la implementación de estos sistemas, ya que garantiza una comunicación confiable y en tiempo real entre los distintos componentes de la cadena de producción (UNIR, 2022).
Por otro lado, el 5G no solo beneficia la automatización de fábricas, sino que también impacta significativamente en sectores como la salud, la logística y el transporte. En el ámbito logístico, por ejemplo, los vehículos guiados automatizados (AGV, Automated Guided Vehicles) pueden operar de manera más eficiente gracias a la conectividad de baja latencia del 5G, lo que permite una mejor gestión del flujo de materiales en almacenes y centros de distribución (El País, 2025).
En este sentido, la tecnología 5G representa un pilar determinante para el desarrollo de una infraestructura industrial más inteligente, interconectada y estable. Su integración con sistemas de control avanzados y plataformas de análisis de datos permitirá optimizar la producción y fortalecer la competitividad de las empresas en un mercado cada vez más globalizado y digitalizado (IBM, 2023).
Importancia del 5G para el Futuro de la Humanidad
La industria moderna se encuentra en un proceso de transformación digital sin precedentes, impulsado por tecnologías avanzadas como la comunicación 5G. La implementación de redes 5G en la automatización industrial permite alcanzar niveles de eficiencia, flexibilidad y confiabilidad nunca antes vistos. Su capacidad para ofrecer comunicación de baja latencia, redes altamente confiables y la posibilidad de integrar dispositivos IoT abre nuevas oportunidades en sectores como la manufactura, la logística y la gestión de datos en tiempo real.
Uno de los principales beneficios del 5G en la industria radica en su capacidad para reemplazar o complementar redes cableadas estándar, permitiendo mayor movilidad, reducción de costos de infraestructura y una escalabilidad óptima. Sin embargo, su adopción enfrenta desafíos técnicos y normativos, desde la integración con redes heredadas hasta la seguridad y la gestión eficiente del espectro. A pesar de estos obstáculos, el 5G se perfila como una pieza clave en la evolución de los sistemas ciberfísicos industriales y la Industria 4.0.
Para comprender la evolución de los sistemas ciberfísicos industriales y la Industria 4.0, es esencial analizar sus características técnicas y aplicaciones prácticas. Los sistemas ciberfísicos (CPS, Cyber-Physical Systems) representan la integración de componentes computacionales y físicos, permitiendo la interacción entre procesos físicos y digitales. Estos sistemas monitorean y controlan procesos físicos, utilizando retroalimentación en tiempo real para mejorar la eficiencia y adaptabilidad (UNIR, 2022). Por ejemplo, en la manufactura, los CPS pueden supervisar la producción, detectar anomalías y ajustar parámetros automáticamente para optimizar el rendimiento. Esta capacidad de adaptación y control en tiempo real es fundamental para la implementación de fábricas inteligentes en el contexto de la Industria 4.0 (SAP, 2022).
La Industria 4.0 se refiere a la cuarta revolución industrial, caracterizada por la digitalización y la interconectividad de los procesos de producción. Incorpora tecnologías como el Internet de las Cosas Industrial (IIoT, Industrial Internet of Things), la inteligencia artificial (IA) y el análisis de big data para crear ecosistemas de producción más eficientes y flexibles (IBM, 2022). Un ejemplo práctico es el uso de sensores conectados en una línea de ensamblaje que recopilan datos en tiempo real, permitiendo ajustes inmediatos y mantenimiento predictivo para reducir tiempos de inactividad. Esta integración de tecnologías digitales con procesos físicos mejora la capacidad de respuesta y la eficiencia operativa en entornos industriales (SAP, 2022).
Además, los sistemas ciberfísicos desempeñan un papel imprescindible en la cadena de suministro al proporcionar visibilidad y control en tiempo real. Por ejemplo, en la logística, los CPS pueden rastrear la ubicación y el estado de los productos durante el transporte, optimizando rutas y reduciendo costos. Esta capacidad de monitoreo continuo y ajuste dinámico es esencial para mantener la eficiencia y la competitividad en mercados globalizados (Mecalux, 2022).
Así, la evolución de los sistemas ciberfísicos industriales y la Industria 4.0 implica la convergencia de tecnologías digitales y físicas para crear procesos de producción más inteligentes, eficientes y adaptables. La implementación de CPS y otras tecnologías asociadas permite a las industrias mejorar la calidad de sus productos, reducir costos y responder de manera más ágil a las demandas del mercado (SAP, 2022; IBM, 2022; Mecalux, 2022).
Aplicaciones Industriales de 5G: Comunicación y Automatización
Hay que resaltar, que las aplicaciones industriales de automatización presentan una gran diversidad y requieren soluciones de comunicación que se adapten a diferentes escenarios (IEC/IEEE 60802). Como resultado, se han desarrollado múltiples tecnologías para abordar necesidades específicas y bien definidas (Sisinni et al., 2018). Aunque la 5G surgió principalmente como una tecnología de comunicación móvil de propósito general, se ha considerado su adopción como una solución universal que podría sustituir todas las tecnologías de comunicación industrial inalámbrica existentes (Mahmood et al., 2022). Sin embargo, estas necesidades pueden ser especialmente exigentes y deben analizarse con precisión.
Para comprender las aplicaciones industriales del 5G en la automatización y la diversidad de escenarios industriales, es fundamental analizar sus características técnicas y ejemplos prácticos. La 5G, quinta generación de tecnología inalámbrica, ofrece velocidades de hasta 10 Gbps, permitiendo la conexión de cerca de un millón de dispositivos por kilómetro cuadrado, lo que lo convierte en una solución ideal para entornos industriales complejos (Instituto Federal de Telecomunicaciones, s.f.).
Por ejemplo, en la manufactura avanzada, la 5G facilita la implementación de fábricas inteligentes, donde máquinas y sistemas se comunican en tiempo real, optimizando procesos y reduciendo tiempos de inactividad. Además, en la logística, permite el uso de vehículos guiados automáticamente (AGV, Automated Guided Vehicles) para transportar bienes de manera eficiente dentro de almacenes y centros de distribución (GSMA, 2023).
Asimismo, el 5G se adapta a diferentes escenarios industriales mediante soluciones de comunicación versátiles. La tecnología de ‘Network Slicing’ permite crear redes virtualizadas e independientes sobre la infraestructura de la 5G, ofreciendo prestaciones diferenciadas como alta velocidad, baja latencia y conexión masiva de dispositivos, adaptándose a las necesidades específicas de sectores como el industrial, portuario, sanitario y de emergencias (El País, 2025).
Además, la 5G permite desarrollos en múltiples tecnologías, como la realidad aumentada (AR, Augmented Reality) y la realidad virtual (VR, Virtual Reality), que pueden integrarse en procesos de mantenimiento y capacitación, mejorando la eficiencia y reduciendo errores. Por ejemplo, los técnicos pueden utilizar gafas AR para recibir instrucciones en tiempo real mientras realizan reparaciones, lo que agiliza el proceso y minimiza el tiempo de inactividad (T-Mobile para Empresas, s.f.).
Sin embargo, aunque la 5G se considera una solución universal que podría sustituir a las tecnologías de comunicación industrial inalámbrica existentes, es importante analizar con precisión las necesidades específicas de cada aplicación industrial. Algunas aplicaciones pueden requerir soluciones de comunicación especializadas que la 5G aún no puede proporcionar de manera óptima (Sisinni et al., 2018; Mahmood et al., 2022).
Diferencias entre la Automatización de Procesos y la Automatización de Fábrica
A continuación, se plantea una distinción fundamental para determinar la tecnología óptima de comunicación industrial, la cual radica en la diferencia entre la automatización de procesos y la automatización de fábricas. Por un lado, la industria de procesos está asociada a operaciones de carácter continuo o por lotes, como la producción de petróleo, gas, pulpa y papel. Por otro lado, la automatización de fábricas se centra en procesos de manufactura que se desarrollan en etapas discretas, tales como el ensamblaje de productos conformados por múltiples piezas, (Zhang et al., 2023).
En primer lugar, es esencial comprender las características físicas y técnicas de las tecnologías involucradas en la automatización industrial. La automatización de procesos se refiere al uso de sistemas de control, como ordenadores y robots, para manejar procesos industriales, reduciendo al mínimo la intervención humana. Esta tecnología se caracteriza por su alta precisión y repetitividad, lo que disminuye los errores en los procesos industriales (Brolla, 2023). Además, ofrece un mayor control sobre los procesos mediante sistemas de control y tecnologías de la información, mejorando la eficiencia y la seguridad laboral al reducir la necesidad de intervención humana en tareas peligrosas o repetitivas (Brolla, 2023).
Por otro lado, la automatización de fábricas se centra en la integración de tecnologías avanzadas para optimizar la producción en entornos industriales. Esto incluye el uso de sensores del Internet de las Cosas Industrial (IIoT, Industrial Internet of Things), cámaras de visión con Inteligencia Artificial (IA) y robots autónomos. Estas tecnologías permiten una supervisión en tiempo real de los procesos de fabricación, mejorando la calidad y la productividad al reducir los costos y minimizar el uso de energía (Digi International, 2022).
En cuanto a la diferencia entre la automatización de procesos y la automatización de fábricas en el contexto de la tecnología 5G, es importante destacar que la automatización de procesos se asocia con industrias que manejan procesos continuos o por lotes, como la producción de petróleo, gas o papel. En estos entornos, la tecnología 5G permite una comunicación en tiempo real entre máquinas y sistemas, mejorando la eficiencia y reduciendo el tiempo de inactividad. Por ejemplo, en una planta de procesamiento de petróleo, los sensores conectados a una red 5G pueden monitorear la presión y la temperatura en tiempo real, permitiendo ajustes inmediatos para mantener condiciones óptimas (Phoenix Contact, 2023).
En contraste, la automatización de fábricas se relaciona con procesos de manufactura que ocurren en pasos discretos, como el ensamblaje de productos compuestos por múltiples piezas. La tecnología 5G facilita la fabricación flexible al permitir la comunicación inalámbrica de alta velocidad y baja latencia entre robots móviles automatizados (AMR, Automated Mobile Robots) y sistemas de control centralizados. Por ejemplo, en una línea de ensamblaje de automóviles, los robots AMR pueden transportar componentes a diferentes estaciones de trabajo, coordinándose en tiempo real a través de una red 5G para optimizar el flujo de trabajo y adaptarse rápidamente a cambios en la producción (Automática e Instrumentación, 2023).
Además, la tecnología 5G ofrece características como latencia ultrabaja, gran ancho de banda y segmentación de red, lo que la hace ideal para aplicaciones que requieren transmisión de grandes cantidades de datos y análisis en tiempo real. Estas propiedades son esenciales tanto en la automatización de procesos como en la de fábricas, ya que permiten una mejor toma de decisiones y un rendimiento optimizado de las máquinas (Wray Castle, 2024).
De este modo, mientras que la automatización de procesos se enfoca en la gestión de operaciones continuas o por lotes en industrias como la petroquímica o la papelera, la automatización de fábricas se centra en procesos de manufactura discretos, como el ensamblaje de productos. La tecnología 5G potencia ambas formas de automatización al proporcionar comunicación en tiempo real, alta velocidad de transmisión de datos y la capacidad de conectar numerosos dispositivos simultáneamente, lo que resulta en una mayor eficiencia, flexibilidad y capacidad de respuesta en los entornos industriales (Brolla, 2023; Digi International, 2022; Phoenix Contact, 2023; Automática e Instrumentación, 2023; Wray Castle, 2024).
Además, el correcto funcionamiento de ambos sistemas de automatización requiere disponibilidad de comunicación determinista. En este sentido, el intercambio de datos se concibe como un conjunto de tareas en tiempo real con plazos estrictos y una latencia mínima (Jasperneite et al., 2020). No obstante, los requisitos de tiempo pueden variar significativamente entre ambos escenarios, alcanzando varios órdenes de magnitud. Existen aplicaciones de control de movimiento extremo con ciclos de decenas de microsegundos, mientras que la mayoría de los sistemas de automatización de procesos suelen operar con ciclos en el rango de decenas o cientos de milisegundos (Wollschlaeger et al., 2017). Claramente, estas diferencias afectan la configuración y las características de las redes inalámbricas utilizadas.
La mayoría de las aplicaciones de automatización discreta ocurren en zonas delimitadas, como celdas robóticas consecutivas con volúmenes aproximados de 30 metros cúbicos. En consecuencia, la topología de estrella se considera un equilibrio óptimo entre baja latencia y bajo consumo energético (Mahmood et al., 2022). En contraste, las plantas de proceso pueden abarcar áreas extensas de varios kilómetros cuadrados, donde generalmente se adoptan topologías de malla parcialmente conectadas como una solución que equilibra el bajo consumo energético, la cobertura del área, la disponibilidad de la red y la confiabilidad. Un resumen de estos distintos requerimientos se presenta en la Tabla II (Liu et al., 2019).
Tabla II. Requisitos de automatización de fábrica versus automatización de procesos.
En este sentido, es fundamental comprender las características físicas y técnicas de las topologías de red utilizadas en aplicaciones de automatización industrial. La topología en estrella conecta todos los dispositivos a un nodo central, como un conmutador o concentrador, facilitando la gestión y el control del tráfico de datos. Esta configuración permite una fácil identificación y aislamiento de fallos, ya que, si un dispositivo falla, no afecta al resto de la red. Sin embargo, la dependencia del nodo central puede ser una desventaja, ya que su fallo implica la caída de toda la red. Esta topología es común en redes locales debido a su simplicidad y eficiencia en la gestión del tráfico de datos (IBM, s.f.).
Aunado a esto, la topología de malla conecta cada dispositivo con múltiples otros, creando una red de rutas redundantes que mejora la estabilidad y la cobertura en áreas extensas. Esta configuración es ideal para plantas de proceso que abarcan grandes superficies, ya que permite que la red continúe operando incluso si una conexión falla. Además, la topología de malla facilita la comunicación directa entre dispositivos, lo que puede reducir la latencia y mejorar la eficiencia en la transmisión de datos. No obstante, su implementación y mantenimiento pueden ser más costosos y complejos debido a la cantidad de conexiones necesarias (ComputerWeekly.com, s.f.).
En el contexto de la tecnología 5G, la topología en estrella se utiliza en aplicaciones de automatización discreta, como celdas robóticas en líneas de ensamblaje. Por ejemplo, en una fábrica de automóviles, cada robot en una celda de trabajo puede estar conectado a un controlador central a través de una red 5G en configuración de estrella. Esta disposición permite una comunicación de alta velocidad y baja latencia entre el controlador y los robots, asegurando una coordinación precisa y eficiente en el ensamblaje de vehículos. La baja latencia y el alto ancho de banda de 5G son esenciales para estas aplicaciones, ya que permiten respuestas casi instantáneas y la transmisión de grandes volúmenes de datos, como imágenes de alta resolución para el control de calidad (Digi International, s.f.).
En contraste, para plantas de proceso que se extienden sobre varios kilómetros cuadrados, como refinerías de petróleo o plantas químicas, la topología de malla es más adecuada. Por ejemplo, en una refinería, numerosos sensores y actuadores distribuidos por toda la planta pueden formar una red de malla utilizando 5G, permitiendo la monitorización y el control en tiempo real de diversos procesos. La capacidad de la tecnología 5G para soportar una gran densidad de dispositivos y proporcionar comunicaciones fiables y de baja latencia es fundamental en este contexto, ya que garantiza que los datos críticos se transmitan de manera oportuna y segura, incluso en entornos industriales exigentes (Digi-Key, s.f.).
Además, la tecnología 5G ofrece características como la segmentación de red (Network Slicing), que permite crear redes virtuales dedicadas para diferentes aplicaciones dentro de la misma infraestructura física. Esto es especialmente útil en entornos industriales, donde diferentes procesos pueden tener requisitos de red específicos en términos de latencia, ancho de banda y seguridad. Por ejemplo, una planta de fabricación puede utilizar una «rebanada» de red con baja latencia y alta fiabilidad para el control de maquinaria crítica, mientras que otra «rebanada» con mayor ancho de banda se utiliza para aplicaciones de realidad aumentada en mantenimiento y formación (El País, 2025).
En síntesis, la topología en estrella en redes 5G es ideal para aplicaciones de automatización discreta debido a su baja latencia y facilidad de gestión, mientras que la topología de malla es más adecuada para plantas de proceso extensas, garantizando una conectividad sólida y confiable. La capacidad de la 5G para adaptarse a estos entornos a través de su alto ancho de banda, baja latencia y segmentación de red lo convierte en una herramienta clave para la automatización industrial (IBM, s.f.; ComputerWeekly.com, s.f.; Digi International, s.f.; Digi-Key, s.f.; El País, 2025).
Aplicaciones Verticales en el Ámbito Industrial
De manera complementaria, otras aplicaciones verticales dentro del ámbito industrial incluyen:
• Interfaces hombre-máquina, que engloban todos los componentes empleados por los operadores para acceder a las instalaciones de producción (Aijaz, 2020).
• Logística y almacenamiento, donde la logística cubre todas las actividades y dispositivos necesarios para gestionar y controlar los aspectos logísticos internos de la producción industrial, desde el rastreo de activos hasta la supervisión de vehículos guiados automatizados; mientras que el almacenamiento se refiere a la gestión y resguardo de materiales y productos provenientes de diferentes plantas (Prados-Garzon et al., 2021).
• Monitoreo y mantenimiento, que se enfoca en el flujo de información desde el nivel operativo hacia aplicaciones basadas en la nube para optimizar herramientas de mantenimiento predictivo y análisis de macrodatos (Rostami, 2019).
Asimismo, las versiones más recientes de las especificaciones técnicas de redes móviles han abordado explícitamente todas las particularidades mencionadas sobre la comunicación industrial. En efecto, los requisitos de diversas aplicaciones verticales desafiantes, como los sistemas de control ciberfísico, requieren niveles muy altos de disponibilidad en los servicios de comunicación, y en algunos casos, latencias de extremo a extremo extremadamente bajas. Estas exigencias han sido consideradas en documentos normativos sobre los sistemas 5G, como se detalla en la referencia de ETSI (2020).
Todo esto hace, que la implementación de la tecnología 5G en el entorno industrial represente una oportunidad clave para optimizar la comunicación en aplicaciones de automatización, tanto en procesos como en fábricas. Gracias a su versatilidad y capacidades avanzadas, la 5G tiene el potencial de proporcionar una solución unificada para diversos desafíos industriales, mejorando la eficiencia, la conectividad y la fiabilidad de las redes de comunicación (Hofer, 2018). No obstante, es fundamental analizar cuidadosamente los requerimientos específicos de cada aplicación para garantizar la adopción de la arquitectura y topología de red más adecuada. Según Liu et al. (2019), el diseño de redes inalámbricas para aplicaciones emergentes del Internet Industrial de las Cosas (IIoT) debe considerar estos aspectos para asegurar un rendimiento óptimo.
Además, las interfaces hombre-máquina (HMI, Human-Machine Interfaces) comprenden todos los componentes que los operadores utilizan para interactuar con las instalaciones de producción (Aijaz, 2020). Estas interfaces permiten a los trabajadores monitorear y controlar procesos industriales de manera eficiente. Por ejemplo, una pantalla táctil que muestra datos en tiempo real de una línea de ensamblaje permite al operador ajustar parámetros operativos según sea necesario (Aijaz, 2020).
En cuanto a la logística y almacenamiento, la logística abarca todas las actividades y dispositivos necesarios para gestionar y controlar los aspectos logísticos internos de la producción industrial, desde el rastreo de activos hasta la supervisión de vehículos guiados automatizados (Prados-Garzon, Martinez-Barbera & Perez-Oria, 2021). El almacenamiento se refiere a la gestión y resguardo de materiales y productos provenientes de diferentes plantas. Por ejemplo, el uso de sistemas de gestión de almacenes (WMS, Warehouse Management Systems) permite un seguimiento preciso de inventarios y optimiza el espacio de almacenamiento (Prados-Garzon et al., 2021).
Asimismo, el monitoreo y mantenimiento se enfoca en el flujo de información desde el nivel operativo hacia aplicaciones basadas en la nube para optimizar herramientas de mantenimiento predictivo y análisis de macrodatos (Rostami, 2019). Por ejemplo, sensores instalados en maquinaria pueden enviar datos en tiempo real a una plataforma en la nube, donde se analizan para predecir fallos y programar mantenimientos antes de que ocurran averías (Rostami, 2019).
Asimismo, los sistemas de control ciberfísico requieren niveles muy altos de disponibilidad en los servicios de comunicación y, en algunos casos, latencias de extremo a extremo extremadamente bajas (ETSI, 2020). Estas exigencias han sido consideradas en documentos normativos sobre los sistemas 5G. Por ejemplo, en aplicaciones como la robótica sincronizada, es necesario que las señales de control se transmitan sin demoras perceptibles para garantizar operaciones precisas y seguras (ETSI, 2020).
Por lo tanto, la implementación de la 5G en el entorno industrial representa una oportunidad clave para optimizar la comunicación en aplicaciones de automatización, tanto en procesos como en fábricas (Hofer, 2018). Gracias a su versatilidad y capacidades avanzadas, la 5G tiene el potencial de proporcionar una solución unificada para diversos desafíos industriales, mejorando la eficiencia, la conectividad y la fiabilidad de las redes de comunicación. Por ejemplo, en una planta de manufactura, los sistemas 5G pueden conectar de manera inalámbrica y eficiente una multitud de dispositivos y sensores, facilitando la reconfiguración rápida de líneas de producción según la demanda (Hofer, 2018).
No obstante, es fundamental analizar cuidadosamente los requerimientos específicos de cada aplicación para garantizar la adopción de la arquitectura y topología de red más adecuada (Liu, Yan & Zhang, 2019). Por ejemplo, en una aplicación de vehículos guiados automatizados (AGV, Automated Guided Vehicles), es imprescindible diseñar una red que proporcione cobertura continua y latencia mínima para asegurar operaciones fluidas y seguras (Liu et al., 2019).
Soluciones de Comunicación Inalámbrica en la Industria 5G
Efectivamente, las soluciones de comunicación inalámbrica presentan múltiples ventajas en el ámbito industrial, tales como mayor flexibilidad y escalabilidad, reducción de costos de instalación y mantenimiento, y soporte nativo para la movilidad. Debido a estas características, se espera que sean habilitadores fundamentales de las futuras soluciones de comunicación en entornos industriales. No obstante, en la actualidad, la mayoría de las plantas industriales continúan utilizando tecnologías cableadas para satisfacer requisitos estrictos de confiabilidad, baja latencia y sincronización precisa. De manera general, el uso de redes inalámbricas en la industria se limita a aplicaciones donde el cableado es inviable o a ciertos sistemas de monitoreo y control sencillo en los que los operadores humanos intervienen directamente. Sin embargo, la llegada de las redes móviles 5G promete cambiar este panorama, ya que algunos de sus requisitos de diseño están alineados con las necesidades de las aplicaciones industriales de control. Particularmente, se han identificado ciertos sectores industriales en los que es factible ofrecer una interfaz inalámbrica unificada (Navarro-Ortiz et al., 2020).
Categorización de los Servicios 5G y Rango de Frecuencia
Por otro lado, el estándar 5G define tres categorías principales de servicio: i) banda ancha móvil mejorada (eMBB, Enhanced Mobile Broadband), con una tasa de datos pico de hasta 10 Gbit/s; ii) comunicaciones masivas tipo máquina (mMTC, Massive Machine Type Communication), con una densidad de conexión de hasta 100 nodos por metro cuadrado; y iii) comunicaciones ultra confiables y de baja latencia (uRLLC, Ultra-Reliable Low Latency Communication), que ofrece una latencia de 1 ms con más del 99.999 % de confiabilidad. La nueva radio 5G (NR, New Radio) opera en dos rangos de frecuencia: el sub-6 GHz (450 MHz–6 GHz) y la banda de ondas milimétricas (mm-wave, Millimeter Wave) (24.25 GHz – 52.6 GHz) (Lin et al., 2019). En este sentido, el desempeño obtenido depende en gran medida del rango de operación: por un lado, la banda de ondas milimétricas ofrece un ancho de banda al menos diez veces mayor que el de la banda sub-6 GHz; por otro lado, el alcance de comunicación se reduce a aproximadamente 100 metros debido a la atenuación de propagación en el aire (Bjornson et al., 2019). Como resultado, el tamaño de celda en la banda mm-wave es menor, lo que requiere una mayor densidad de estaciones base (Sachs et al., 2018).
Aplicación del Servicio uRLLC en Entornos Industriales
En el contexto industrial, el servicio uRLLC de 5G es el más relevante, dado que permite la interrupción de una transmisión eMBB en el enlace descendente (DL, Downlink). Este enlace descendente se refiere a la transmisión de datos desde el nodo gNB (next Generation Node B) de la red 5G hacia el equipo del usuario (UE, User Equipment), como se muestra en una arquitectura de referencia de un sistema autónomo 5G en la Figura 2. A la inversa, el enlace ascendente (UL, Uplink) representa la transmisión del UE hacia el gNB. Esta capacidad de transmisión posibilita una latencia ultrabaja en la entrega de datos críticos mediante el uso de mini-tramas (Lin et al., 2019). Además, en el enlace ascendente, el UE emplea parámetros preconfigurados a través del control de recursos de radio (RRC, Radio Resource Control) para transmitir datos de manera periódica sin autorización previa (GF, Grant-Free). Este esquema evita el retraso asociado con los procedimientos de solicitud y concesión de recursos, ya que, una vez que el UE transmite un paquete de datos uRLLC al gNB, se garantiza su recepción exitosa mediante un mecanismo de retransmisión sin concesión.
Figura 2. Arquitectura de referencia del sistema autónomo 5G (3GPP, 2022). Los números N# representan las interfaces punto a punto entre los elementos de la red. Y2 es una interfaz para acceso no confiable no-3GPP, y Uu es la interfaz inalámbrica hacia los equipos de usuario. Terminología y acrónimos: Control Plane – Plano de control. User Plane – Plano de usuario. 5G Core Network – Red central 5G. NSSF, (Network Slice Selection Function) – Función de selección de segmentación de red. AUSF, (Authentication Server Function) – Función de servidor de autenticación. UDM, (Unified Data Management Function) – Función de gestión unificada de datos. SMF, (Session Management Function) – Función de gestión de sesión. N3iWF, (Non-3GPP Interworking Function) – Función de interoperabilidad no-3GPP. NWDAF, (Network Data Analytics Function) – Función de análisis de datos de red. AMF, (Access and Mobility Management Function) – Función de gestión de acceso y movilidad. gNB, (gNodeB) – Nodo g de acceso 5G. PCF, (Policy Control Function) – Función de control de políticas. AF, (Application Function) – Función de aplicación. NEF, (Network Exposure Function) – Función de exposición de red. AP, (Access Point) – Punto de acceso. UE, (User Equipment) – Equipo de usuario.
Integración del 5G con Aplicaciones Industriales
Por otra parte, 5G proporciona de manera nativa una calidad de servicio (QoS, Quality of Service) definida para aplicaciones industriales críticas y facilita la conectividad con vehículos guiados automatizados y robots móviles, elementos clave en plantas de manufactura completamente automatizadas. Asimismo, en la versión 16 del estándar 3GPP, se ha introducido un nuevo protocolo de posicionamiento de radio (NRPPa, New Radio Positioning Protocol A) para permitir el intercambio de información de señalización entre la red de acceso por radio (RAN, Radio Access Network) y la función de gestión de ubicación en la red central (Dwivedi et al., 2021). En los entornos industriales, el posicionamiento es esencial para el rastreo de activos, la robótica y la logística. Cabe destacar que el rango de operación en la banda mm-wave permite una precisión en el orden de los centímetros con una latencia inferior a 15 ms (Lu et al., 2018).
En definitiva, la tecnología 5G se perfila como un pilar fundamental para la automatización industrial gracias a diversas características habilitadoras, tales como conectividad inalámbrica de alta velocidad, movilidad mejorada y comunicación de baja latencia. Específicamente, los avances en el despliegue de redes en campus industriales, la virtualización y segmentación de red, la computación en el borde y la integración con OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) han permitido que 5G ofrezca una comunicación con latencia reducida para casos de uso industrial. Estos habilitadores tecnológicos impulsan la optimización de los procesos de automatización existentes.
Además, la capacidad de descargar datos de manera eficiente hacia sistemas de computación en el borde no solo agiliza la toma de decisiones, sino que también reduce la complejidad de los dispositivos móviles en términos de tamaño y consumo energético. A pesar de estos avances, las tecnologías actuales de comunicación industrial, como los protocolos de Ethernet industrial, los buses de campo y los sistemas de control heredados, seguirán desempeñando un papel relevante en ciertas aplicaciones según sus requisitos de automatización y viabilidad económica. Finalmente, 5G hereda las medidas de seguridad comprobadas de generaciones previas de comunicación móvil, lo que facilita su implementación en entornos industriales. No obstante, en futuras versiones del estándar 3GPP se espera la incorporación de mejoras significativas en la reducción de la variabilidad del retardo de paquetes para optimizar la comunicación en tiempo real, así como el desarrollo de mecanismos avanzados de seguridad para satisfacer las demandas industriales emergentes.
El Impacto del 5G en el Avance de la Industria
Las aplicaciones del 5G en la industria continúan expandiéndose, demostrando su utilidad en entornos que demandan conectividad confiable y eficiente. Su implementación en la automatización de fábricas y procesos ha permitido optimizar la producción, mejorar la seguridad de los trabajadores y reducir el tiempo de inactividad de las máquinas.
Ejemplos concretos de este impacto incluyen la integración del 5G con sistemas de control ciberfísico, la supervisión remota de equipos industriales mediante sensores IoT y el uso de vehículos guiados automatizados en entornos logísticos. La posibilidad de implementar redes privadas 5G en entornos industriales refuerza la autonomía de las empresas, brindando mayor control sobre la infraestructura de comunicación y la seguridad de los datos.
A medida que el 5G evoluciona, se espera que nuevas mejoras en calidad de servicio (QoS), seguridad y optimización de la latencia continúen impulsando la adopción de esta tecnología. Aunque todavía existen dificultades técnicas por resolver, su integración con arquitecturas como OPC UA y TSN permitirá una comunicación determinista y altamente confiable, consolidando al 5G como un pilar fundamental de la transformación digital industrial.
En efecto, la tecnología 5G ha demostrado ser un elemento clave en la evolución de la automatización industrial, ofreciendo soluciones innovadoras para optimizar la conectividad, mejorar la eficiencia operativa y permitir nuevos niveles de digitalización. Su capacidad para proporcionar comunicación inalámbrica de baja latencia, alta velocidad y gran capacidad de conexión la posiciona como un habilitador fundamental en la Industria 4.0. A medida que las industrias continúan adoptando redes 5G, los beneficios de esta tecnología se traducirán en procesos de producción más inteligentes, ágiles y sostenibles.
Sin embargo, la implementación del 5G en entornos industriales no está exenta de desafíos. Aspectos como la seguridad de la información, la compatibilidad con infraestructuras heredadas y la necesidad de garantizar una comunicación determinista requieren una investigación continua y soluciones innovadoras. Además, la evolución del estándar 5G y su integración con tecnologías emergentes como la inteligencia artificial, la computación en el borde y el Internet Industrial de las Cosas (IIoT) seguirán definiendo el futuro de la conectividad industrial.
Por ello, es fundamental que investigadores, ingenieros y profesionales del sector sigan explorando las posibilidades del 5G y contribuyan al desarrollo de nuevas aplicaciones y mejoras tecnológicas. La colaboración entre la industria, el mundo académico y las instituciones de regulación será clave para maximizar el potencial de esta tecnología y garantizar su adopción efectiva en todos los sectores industriales.
El impacto del 5G en la industria apenas comienza a desplegarse y su evolución continuará transformando la manera en que operan las fábricas, los sistemas de logística y la producción a nivel global. Aquellos que se mantengan a la vanguardia de estos avances tendrán la oportunidad de liderar la próxima revolución industrial y contribuir al desarrollo de un ecosistema digital más eficiente y conectado.
Por lo tanto, la invitación está abierta a todos aquellos interesados en la innovación y la transformación tecnológica: el estudio y la investigación en 5G no solo ampliarán las oportunidades profesionales, sino que también permitirán impulsar cambios significativos en la sociedad y en la manera en que concebimos la industria del futuro.
El Impacto de la 5G en el Avance de la Industria
A medida que las industrias avanzan hacia la digitalización total, la tecnología 5G se posiciona como un elemento esencial para la optimización de los procesos de automatización y la mejora de la eficiencia operativa. Su capacidad para ofrecer comunicación de ultra baja latencia y alta fiabilidad permite la implementación de soluciones innovadoras en entornos industriales, garantizando un flujo de trabajo más ágil y seguro (ITU, 2023).
En este contexto, la 5G está revolucionando la manufactura, facilitando la implementación de fábricas inteligentes con sistemas interconectados que pueden adaptarse dinámicamente a las condiciones de producción. La automatización basada en 5G permite reducir tiempos de inactividad, minimizar errores y mejorar la trazabilidad en la cadena de suministro, lo que se traduce en una mayor eficiencia y rentabilidad para las empresas (SAP, 2023).
Adicionalmente, el avance de la 5G impulsa la investigación y el desarrollo de nuevas soluciones tecnológicas en el ámbito industrial. La integración de esta tecnología con sistemas de inteligencia artificial y aprendizaje automático está permitiendo la creación de entornos productivos más autónomos, donde las máquinas pueden tomar decisiones basadas en datos en tiempo real y optimizar la producción sin intervención humana directa (Digi International, 2022).
Es significativo que profesionales y empresas del sector industrial se mantengan actualizados sobre los avances en 5G y su impacto en la automatización. La capacitación en estas tecnologías permitirá a las organizaciones adaptarse a los nuevos paradigmas tecnológicos y aprovechar al máximo las oportunidades que ofrece la conectividad avanzada (Phoenix Contact, 2023).
Estas líneas de argumentación, nos lleva a asegurar que la tecnología 5G está redefiniendo el futuro de la industria, permitiendo la digitalización y automatización de procesos a niveles sin precedentes. Su adopción continuará evolucionando en los próximos años, impulsando la eficiencia, la sostenibilidad y la competitividad de las empresas en la era de la Industria 4.0. Aquellas organizaciones que se adelanten a estos cambios y adopten estrategias basadas en 5G estarán mejor posicionadas para liderar la transformación digital y aprovechar los beneficios de esta tecnología en un mundo cada vez más interconectado (IBM, 2023; GSMA, 2023).
5G y su Papel en la Transformación de la Industria
Hay que resaltar, que la presente publicación ha sido orientada por el artículo “5G Deployment Models and Configuration Choices for Industrial Cyber-Physical Systems – A State of Art Overview”, desarrollado por los investigadores Raheeb Muzaffar, Mahin Ahmed, Emiliano Sisinni, Thilo Sauter y Hans-Peter Bernhard. En este trabajo, se analizan los modelos de implementación y las configuraciones más relevantes del 5G en sistemas ciberfísicos industriales, proporcionando una visión detallada de los avances y desafíos en la conectividad inalámbrica para la automatización.
En este sentido, es importante destacar que esta investigación ha sido publicada en la revista IEEE Transactions on Industrial Cyber-Physical Systems, una de las principales referencias en el campo de los sistemas ciberfísicos industriales. Además, el Paper se encuentra bajo una licencia Creative Commons Attribution 4.0, lo que significa que cualquier persona puede compartir y adaptar su contenido, siempre y cuando se otorgue el crédito correspondiente a los autores. Este tipo de licencias facilita la difusión del conocimiento científico, promoviendo la colaboración y el avance tecnológico en el ámbito académico e industrial.
Cabe resaltar que los autores de esta publicación cuentan con una sólida trayectoria en el campo de las telecomunicaciones, la automatización industrial y los sistemas ciberfísicos. Raheeb Muzaffar, por ejemplo, es un experto en comunicación 5G/6G para el Internet Industrial de las Cosas y la seguridad funcional en redes inalámbricas. Por su parte, Mahin Ahmed ha desarrollado investigaciones sobre modelado estocástico y redes inalámbricas aplicadas a la interoperabilidad de los sistemas ciberfísicos. Emiliano Sisinni, con más de 200 publicaciones científicas, se ha especializado en sensores inteligentes y comunicaciones industriales. Thilo Sauter, con una trayectoria de más de 25 años en la estandarización de sistemas de comunicación industrial, ha trabajado en la integración de sensores y redes en entornos industriales. Finalmente, Hans-Peter Bernhard, investigador principal en el campo de las comunicaciones inalámbricas, ha contribuido al desarrollo de estándares IEEE para la industria.
Así pues, el impacto de la tecnología 5G en la transformación industrial es un tema de estudio en constante evolución, y publicaciones como la mencionada proporcionan información valiosa para comprender su papel en la optimización de procesos, la digitalización de fábricas y la mejora de la conectividad en entornos industriales. Gracias a la accesibilidad de estos estudios bajo licencias abiertas, investigadores, empresas y profesionales pueden aprovechar este conocimiento para impulsar nuevas soluciones tecnológicas y fortalecer la competitividad en la era de la Industria 4.0.
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