El Internet industrial de las cosas (IIoT) ha surgido como una fuerza transformadora en la automatización industrial, que permite niveles sin precedentes de conectividad, intercambio de datos y eficiencia operativa. En el centro de esta revolución se encuentran los protocolos de comunicación que garantizan interacciones confiables, seguras y eficientes entre dispositivos, sistemas y plataformas. En 2025, los protocolos como OPC UA (Arquitectura Unificada de Comunicaciones de Plataforma Abierta) y MQTT (Transporte de Telemetría de Colas de Mensajes) dominarán el panorama, respaldados por los avances en 5G, computación en el borde (edge computing) e inteligencia artificial (IA). Este artículo ofrece un resumen de los fundamentos de los protocolos IIoT, analiza los protocolos más relevantes para 2025, explora las tendencias emergentes y aborda los desafíos en la comunicación dentro del IIoT.

Fundamentos de los protocolos de comunicación de IIoT

Los protocolos de IIoT sirven como marco lingüístico, o lenguaje común, para dirigir mensajes que permitan que las máquinas, los sensores y los sistemas de control intercambien datos sin problemas. Garantizan interacciones confiables, seguras y eficientes entre dispositivos, sistemas y plataformas. Sin ellos, los dispositivos industriales serían como personas de distintos países tratando de hablar sin un idioma en común: todos intentan comunicarse, pero nadie se entiende.

Estos protocolos deben abordar requisitos industriales únicos, como baja latencia, alta confiabilidad, escalabilidad y ciberseguridad robusta. A diferencia del IoT de consumo, los entornos de IIoT a menudo operan en condiciones operacionales muy exigentes en el que además convergen tecnologías de distintos fabricantes con grados de madurez diversos, esta última característica obliga a que los protocolos tengan la capacidad de conectar los sistemas antiguos y nuevos al mismo tiempo que mantienen la integridad operativa.

Los protocolos IIoT cumplen varias funciones críticas:

• Interoperabilidad: permiten que los dispositivos de diferentes fabricantes se comuniquen de manera eficaz, lo que elimina los silos en los entornos industriales.
• Seguridad: muchos protocolos incorporan medidas de seguridad sólidas, que incluyen cifrado y autenticación, para proteger datos industriales confidenciales.
• Eficiencia: algunos protocolos están diseñados para funcionar en entornos de bajo ancho de banda o alta latencia, lo que los hace adecuados para una amplia gama de aplicaciones industriales.
• Escalabilidad: ciertos protocolos pueden manejar una gran cantidad de dispositivos conectados con una sobrecarga mínima, lo que respalda el crecimiento de las redes industriales.
• Comunicación en tiempo real: algunos protocolos ofrecen transmisión de datos de baja latencia, crucial para procesos industriales sensibles al tiempo.

La elección del protocolo a menudo depende de los requisitos específicos de la aplicación, como la velocidad de transmisión de datos, la topología de la red y la compatibilidad del dispositivo. En la Tabla se muestran características de los protocolos que pueden ser útiles para comparar y seleccionar el protocolo más adecuado según los requisitos específicos de una aplicación.

Protocolos dominantes de IIoT en 2025

En el escenario tecnológico de la Industria 4.0 y la comunicación IIoT se han consolidado dos protocolos como líderes indiscutibles para el año 2025: MQTT y OPC UA. Estos estándares, cada uno con sus fortalezas únicas, están transformando la manera en que los dispositivos y sistemas industriales intercambian información, permitiendo una mayor eficiencia, seguridad y escalabilidad en entornos de automatización industrial.

MQTT (Transporte de Telemetría de Colas de Mensajes) es un protocolo ideal para entornos con bajo ancho de banda y alta escalabilidad. Su arquitectura de publicación-suscripción permite que los dispositivos que envían datos (como sensores) y las plataformas que los reciben (como sistemas en la nube) operen de forma independiente, reduciendo la congestión de la red y facilitando un flujo de datos más eficiente. Además, sus niveles de Calidad de Servicio (QoS) aseguran la entrega confiable de mensajes, incluso en redes inestables, lo que lo hace especialmente útil en infraestructuras críticas como plataformas petrolíferas remotas o parques eólicos.

Por su parte, OPC UA se ha establecido como pilar fundamental de la comunicación industrial, gracias a su diseño agnóstico en cuanto a plataforma y su enfoque robusto en seguridad, facilitando la interoperabilidad y la integración en entornos industriales diversos. Basada en TCP/IP, OPC UA integra medidas de ciberseguridad, como cifrado, autenticación y control de acceso, lo que la convierte en una tecnología clave para la infraestructura crítica. Su capacidad para estructurar y estandarizar datos facilita la integración con sistemas existentes y herramientas de análisis de terceros. Por ejemplo, una planta de generación de energía puede utilizar OPC UA para integrar datos de máquinas industriales (turbinas, generadores, instrumentación de campo), PLC, SCADA y sistema ERP, permitiendo una supervisión y optimización de la producción en tiempo real.

Lejos de competir, estos protocolos se complementan: OPC UA organiza y protege los datos a nivel local, mientras que MQTT optimiza su envío a la nube. Las pasarelas modernas permiten usar ambos protocolos, logrando arquitecturas híbridas que permiten la transmisión de datos críticos sin sobrecargar la red ni comprometer la seguridad de la información.

Para ilustrar con un ejemplo el uso complementario de OPC UA y MQTT supongamos una planta industrial, en la que se pretende alcanzar una mejora significativa en el mantenimiento predictivo de equipos rotativos críticos, para lo que se ha desplegado sensores IIoT adicionales y una plataforma para el análisis de datos.

Los actuadores y sensores dentro de la planta están conectados al sistema de control que recopila datos en tiempo real sobre el estado de los equipos y del proceso, como parte de su función de automatizar o controlar un área de la planta industrial.

Los sensores IIoT proporcionan información adicional sobre las condiciones de los equipos, como temperaturas elevadas o anomalías en las vibraciones. Pudiendo estar conectados al sistema de control o a un bróker MQTT para la recolección de estos datos.

• OPC UA se utiliza para gestionar la comunicación local entre los dispositivos y el sistema SCADA, asegurando la interoperabilidad y seguridad de los datos.
• MQTT se encarga de transmitir los datos recopilados a la nube para su análisis en tiempo real, aprovechando su eficiencia en redes de bajo ancho de banda.
• En la nube, los algoritmos de mantenimiento predictivo basados en AI y ML procesan los datos, detectando patrones que indican fallos inminentes (por ejemplo, desgaste de rodamientos o sobrecalentamiento del motor).
• El equipo de mantenimiento recibe alertas con información precisa, permitiendo intervenciones proactivas antes de que ocurra una parada no planificada.

En este ejemplo ambos protocolos permiten escalar la solución, OPC UA maneja la interoperabilidad a nivel local, mientras que MQTT facilita la integración con sistemas externos al control o automatización tradicional y la nube.

Tecnologías emergentes

El IIoT y sus protocolos han avanzado significativamente en términos de madurez e innovación, con una adopción creciente y una comprensión más clara de sus aplicaciones prácticas en la industria. Siguen emergiendo tecnologías entre la que es de interés destacar: las redes LPWAN, el Espacio de Nombres Unificado (UNS), la IA en el borde y la Comunicación 5G de baja latencia ultra confiable (URLLC), cada uno con un impacto significativo en la gestión y/o análisis de datos.

• Redes LPWAN: Los protocolos de redes de área amplia de bajo consumo (LPWAN) como LoRaWAN y NB-IoT están ganando adeptos en soluciones en las que se despliegan sensores en grandes extensiones de terreno. LoRaWAN, con su amplio alcance de más de 15 km y su bajo consumo energético, es ideal para el monitoreo de activos distribuidos, como tuberías o sensores en explotaciones agropecuarias. NB-IoT, que opera en redes celulares licenciadas, ofrece una confiabilidad mejorada para aplicaciones urbanas, como por ejemplo monitoreo de estaciones de contaminación ambiental, optimización de recogida de residuos urbanos, seguimiento de activos en la cadena de suministro, telelectura de contadores de agua.

• Espacio de Nombres Unificado (UNS): UNS es un concepto de arquitectura de sistemas que proporciona una vista única y consolidada de todas las fuentes de datos en una organización. Está ganando fuerza como marco de datos fundamental para sistemas industriales, y su adopción está en constante crecimiento. UNS aborda la fragmentación de los silos de datos industriales. Al organizar los datos de manera jerárquica (por ejemplo, "fábrica/zona/máquina/variable"), UNS permite realizar análisis sensibles al contexto y simplifica la integración entre MQTT, OPC UA y protocolos más antiguos que siguen en uso. En la figura 1 se presenta una secuencia de comandos (script) en Bash como ejemplo para estructurar de forma jerárquica los datos de una refinería.

• IA en el borde: Gracias a procesadores optimizados, la inteligencia artificial puede ahora analizar datos localmente, reduciendo la dependencia de la nube y mejorando la seguridad. Existen varios fabricantes que están ofreciendo soluciones de IA que permiten procesar datos en el borde (edge computing), en algunos casos ofrecen procesadores de IA de alto rendimiento diseñados específicamente para aplicaciones de IA en el borde con alta eficiencia energética, en otros casos permiten desarrollar modelos de IA en sus plataformas para después descargarlos y ejecutarlos en el borde.

• 5G URLLC: La capacidad 5G URLLC, con latencias inferiores a 1 milisegundo, habilita las aplicaciones industriales que requieren respuesta en tiempo real, como el control preciso de robots y el mantenimiento asistido por realidad aumentada. En la industria automotriz, los fabricantes están implementando vehículos guiados automáticamente (AGV) conectados a 5G, lo que permite operar líneas de ensamblaje con una disponibilidad cercana al 99.999 %, optimizando la eficiencia y reduciendo tiempos de inactividad. Un caso de uso posible en plantas químicas puedes ser la gestión de fugas de sustancias peligrosas en patios de tanques, los sistemas 5G URLLC permiten una respuesta casi instantánea, activando protocolos de seguridad y alertando al personal en milisegundos.
   

Principales desafíos 

El despliegue de los dispositivos IIoT y sus protocolos no está exento de desafíos que deben superarse.

Uno de los desafíos persistentes en el IIoT es la integración de las redes de tecnología operativa (OT) con los sistemas de tecnología de la información (IT). En muchas plantas industriales, los protocolos heredados como Modbus TCP siguen en uso, lo que exige soluciones que permitan la traducción entre diferentes estándares de comunicación. Herramientas como Node-RED y AWS IoT Greengrass simplifican este proceso al ofrecer interfaces visuales que convierten registros Modbus en temas MQTT, facilitando una adopción gradual del IIoT sin afectar las operaciones existentes.

La ciberseguridad sigue siendo una de las principales preocupaciones para la adopción del IIoT. Si bien el cifrado de extremo a extremo en OPC UA y la compatibilidad con TLS/SSL en MQTT ayudan a mitigar riesgos, persisten desafíos en la gestión de certificados y la actualización segura de firmware. Para fortalecer la seguridad, están surgiendo arquitecturas de confianza cero, que combinan mecanismos de seguridad a nivel de protocolo con detección de anomalías basada en inteligencia artificial (IA).

Además, la llegada de la computación cuántica plantea riesgos futuros para los esquemas de cifrado actuales. En respuesta, los protocolos IIoT están adoptando algoritmos post-cuánticos, como CRYSTALS-Kyber, aprobado por el NIST. Actualmente, esta tecnología se está probando en implementaciones de OPC UA, con el objetivo de garantizar la protección de los datos industriales más allá de 2030.

Conclusión

El panorama del IIoT en 2025 estará marcado por la consolidación de OPC UA y MQTT como los protocolos estándar en la comunicación industrial. Su adopción masiva ha facilitado la interoperabilidad entre dispositivos y plataformas, aunque aún persisten desafíos relacionados con la seguridad y la integración eficiente de datos. Para afrontar estos retos, soluciones como el UNS y arquitecturas híbridas de protocolos van a desempeñar un papel clave, permitiendo la creación de sistemas industriales más flexibles, escalables y preparados para el futuro.

Por otro lado, la evolución de tecnologías como 5G, la computación en el borde y la inteligencia artificial redefinirán la forma en que las industrias gestionan la conectividad y el procesamiento de datos. La combinación de estas innovaciones no solo optimizará la velocidad y la eficiencia operativa, sino que también reducirá la dependencia de la nube, fortaleciendo la seguridad y la resiliencia de las infraestructuras críticas.

La implementación de algoritmos avanzados como CRYSTALS-Kyber garantiza la seguridad de los datos industriales a prueba de futuro, cuando la computación cuántica sea una realidad práctica y tenga la capacidad de romper los algoritmos criptográficos tradicionales. Al mismo tiempo, las redes capaces de adaptarse dinámicamente a las condiciones cambiantes del entorno permitirán una operación más robusta y confiable.

En definitiva, el IIoT avanza hacia un ecosistema más seguro, eficiente y autónomo. La convergencia de estas tecnologías no solo impulsa la transformación digital de la industria, sino que también sienta las bases para un futuro en el que la automatización inteligente y la conectividad de próxima generación serán la norma.
 

Héctor David Puyosa Piña

Miembro del Grupo Industria Conectada de ISA Sección Española

Miembro del equipo Corporativo de Transformación Digital de SABIC

Profesor Asociado Dpto. de Sistemas y Automática de la Universidad Politécnica de Cartagena

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Este artículo aparece publicado en el nº 562 de Automática e Instrumentación págs 88 a 91.