Connext DDS und das industrielle IoT:Die 5 wichtigsten Dinge, die Sie wissen sollten

Der Data Distribution Service (DDS)-Standard ist seit seiner Einführung im Jahr 2004 ein vertrauenswürdiger Konnektivitätsstandard auf dem Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsmarkt, der in großen, geschäftskritischen Systemen Glaubwürdigkeit erlangt. Heute hat es sich aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit zu einer herausragenden Technologie für das Industrial Internet of Things (IIoT) entwickelt. Obwohl sich die Technologie bewährt hat, ist der IIoT-Markt jedoch noch neu und führt daher zu einigen Missverständnissen in Bezug auf DDS.

Ich möchte die Sache klarstellen und Ihnen die 5 wichtigsten Dinge mitteilen, die Sie über den DDS-Standard und die Connext DDS-Implementierung von RTI im IIoT wissen müssen.

1. DDS ist nicht dasselbe wie die anderen IoT-Konnektivitätslösungen

DDS neigt dazu, sich in die wachsende Zahl verteilter Konnektivitätslösungen für IIoT wie MQTT, AMQP und CoAP einzumischen. Jeder kann Daten zwischen verteilten Anwendungen verschieben, aber in Wirklichkeit gibt es viele Einschränkungen und Anforderungen in Echtzeit-Steuerungsanwendungen, die von diesen Lösungen nicht berücksichtigt werden. Dazu gehören:Einschränkungen der Plattformressourcen, geringe Latenz bei der Datenbereitstellung, zuverlässige Bereitstellung mit hohem Durchsatz an viele Ziele, dynamischer Anwendungsstart und -neustart, keine Single Points of Failure und vieles mehr.

DDS ist das einzige Framework, das von Grund auf entwickelt wurde, um nicht nur diese Probleme zu lösen, sondern auch seine Fähigkeiten in einer datenzentrierten Plattform bereitzustellen. Datenzentrierte Lösungen gibt es schon lange. Schauen Sie sich zum Beispiel einfach eine beliebige Datenbankanwendung an. Diese Anwendungen basieren auf den in Tabellen definierten Daten und dem Zusammenspiel des Schreibens von Daten in die Datenbank und des Lesens von Daten aus der Datenbank. In der Welt des IIoT geht es jedoch um die Daten, die von Anwendungen in Echtzeit produziert und konsumiert werden. Mit anderen Worten, es geht um Daten in Bewegung, nicht um Daten im Ruhezustand. Dieses Konzept ermöglicht es DDS dann, mehr als nur ein Framework zum Erstellen verteilter Anwendungen zu sein, sondern vielmehr eine Plattform, auf der verteilte Anwendungen durch ihre Daten und Fähigkeiten im Laufe der Zeit wachsen und sich weiterentwickeln können.

^{Abbildung 1:DDS arbeitet durch ein datenzentriertes Framework für einen effizienten Datenaustausch}

Die Datenzentrierung ermöglicht es Anwendungen, präzise Daten zu erkennen und zu teilen, was eine effiziente Filterung basierend auf Datenbereichen oder Schwellenwerten ermöglicht. Andere IIoT-Protokolle erfordern, dass diese Filterung innerhalb des Anwendungscodes durchgeführt wird. Darüber hinaus bietet DDS eine Vielzahl von Verhaltenseinstellungen für Quality of Service (QoS), was es ideal für Anwendungen macht, die eine Echtzeit-Datenlieferung mit hoher Zuverlässigkeit erfordern, selbst wenn kein zuverlässiger Transport verfügbar ist. Da DDS auf Peer-to-Peer-Art arbeitet, sind DDS-basierte Systeme von Natur aus massiv parallel, ohne Single Point of Failure oder Angriff. Dadurch eignen sich DDS-basierte Systeme hervorragend für Edge-Autonomie-Anwendungen, bei denen geringe Latenz, hohe Zuverlässigkeit und massive Skalierbarkeit im Vordergrund stehen.

2. DDS wird häufig in kritischen Infrastrukturen verwendet

Vor 15 Jahren wurde DDS schnell von der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie übernommen. Während dieser Zeit wurden Implementierungen von DDS voll funktionsfähig und kampferprobt. Mit dem Aufkommen des IIoT hat DDS nun auch in der kommerziellen Industrie Einzug gehalten. Hier ist eine Auswahl der Arten von Anwendungen, die DDS verwenden:

• Überwachung von Patienten im Gesundheitswesen
• Chirurgieroboter
• Autonome Fahrzeuge
• Hyperloop-Transport
• Windkraftanlagen
• Flugsicherung
• Massenverkehrssysteme
• Medizinische Bildgebung
• Weltraumstartsysteme
• Kraftwerksenergieerzeugung
• Bergbaubetrieb
• Öl- und Gasbohrungen
• Robotik
• Smart-Grid-Stromverteilung

Was macht DDS für all diese Arten von Anwendungen so anwendbar? Nun, die Datenzentrierung bietet nicht nur eine Plattform für Wachstum und Entwicklung, sondern bietet auch eine Vielzahl von QoS, die es jedem dieser Anwendungsbereiche ermöglicht, die Probleme zu lösen, die für seine Anforderungen einzigartig sind.

3. Connext DDS ist sehr sicher

Vor zwei Jahren hat die OMG die DDS-Sicherheitsspezifikation veröffentlicht, die einen Rahmen für die Absicherung von Systemen auf Daten-/Themenebene bietet. Es funktioniert über ein Wire-Level-Protokoll namens RTPS, das über jeden Transport läuft. Der RTI Connext-Datenbus ist die erste Konnektivitätssoftware, die für die Architektur und Sicherung von IIoT-Systemen entwickelt wurde. Seit Jahren sichern Anwendungen ihre Systeme mit physischer Perimetersicherheit, Sicherheit auf Benutzerebene der Host-Plattform oder auf Netzwerkverschlüsselung basierender Sicherheit. DDS bietet Entwicklern jetzt die Möglichkeit einer detaillierten Sicherheit, die für jeden einzelnen Datenfluss oder DDS-Thema einzigartig ist. Diese Fähigkeit bietet Flexibilität beim Schutz verschiedener Datenthemen und bietet gleichzeitig Authentifizierung, Autorisierung, Vertraulichkeit und Integrität. Dies trägt zum Schutz von Erkennungsinformationen, Metadaten und Daten bei und schützt gleichzeitig vor unbefugtem Zugriff, Manipulation und Wiedergabe.

Die Sicherheitsimplementierung von RTI macht es völlig überflüssig, jeglichen Quellcode in die sicherheitsrelevante Anwendung einzubinden. Die gesamte Sicherheit wird über externe Konfigurationsdateien konfiguriert, sodass Ihre Softwareprogrammierer keine Sicherheitsexperten und Ihre Sicherheitsexperten keine Softwareprogrammierer sein müssen. Darüber hinaus ist der DDS Secure-Standard so konzipiert, dass er zukunftssicher gegen unbekannte Sicherheitsverletzungen ist. Dies wird mit der Lösung erreicht, die auf zwei Teilen basiert:Erstens, einem Framework, das die Konzepte der Authentifizierung, Zugangskontrolle und Verschlüsselung mit DDS-Entitäten wie Teilnehmern, Lesern, Autoren und Discovery verbindet.

^{Abbildung 2:Das DDS-Sicherheits-Framework}

Durch den Einsatz einer Plugin-Architektur können dann die Funktionen Authentifizierung, Zugangskontrolle, Verschlüsselung/Entschlüsselung, Datenkennzeichnung und Protokollierung mit den neuesten und besten Lösungen bereitgestellt werden. Weitere Informationen zu DDS Secure finden Sie unter diesem Link.

4. Connext DDS ist ausgereift und unterstützt viele IoT-Kommunikationsmuster

Mit Connext DDS stehen zahlreiche Funktionen zur Verfügung, um ein neues System zu entwickeln. Entwickler könnten sich die QoS-Richtlinien ansehen und überfordert sein. Es gibt ungefähr 23 QoS-Richtlinien auf hoher Ebene, von denen jede eine Reihe individueller Einstellungen haben kann. Ein besonderer Anwendungsfall, wie Alarm-/Ereignisdaten oder Streaming-Videodaten, würde jedoch nur einige dieser QoS-Richtlinien verwenden. RTI vereinfacht die Entwicklung durch die Fähigkeit, die Verhaltensanforderungen jeder Anwendung oder jedes Anwendungsfalls aufzuschlüsseln und dann die richtigen QoS-Richtlinien anzuwenden, um das gewünschte Verhalten zu erreichen.

Jede Anwendung ist einzigartig und verwendet eine Teilmenge der QoS-Richtlinien, normalerweise 5-6 pro Anwendung. Als Marktführer von DDS bietet Connext DDS von RTI auch viele andere QoS-Funktionen, die seine Fähigkeit zur Lösung individueller Probleme verbessern. Nehmen wir zum Beispiel diesen Block bestehender verteilter Anwendungsprobleme:

^{Abbildung 3:Häufige Probleme mit verteilten Systemen}

Connext DDS von RTI bietet QoS-Verhalten, die jedes dieser Probleme lösen:

^{Abbildung 4:Connext-DDS-QoS-Richtlinien}

Während die meisten davon im DDS-Standard definiert sind, gibt es einige davon, wie Batching, Transports, Multi-Channel und Flow Control, die nur für RTI Connext DDS gelten.

Für Anwendungsfälle stehen öffentlich verfügbare Ressourcen und Beispiele zur Verfügung, z. B. die Case + Code-Beispiele von RTI, sodass Entwickler einfach kleinere Änderungen an verschiedenen Parametern vornehmen und den gewünschten Betrieb basierend auf der bereitgestellten Umgebung erreichen können. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite Erste Schritte.

5. Connext DDS-Anwendungen sind entwicklungsfähig

Connext DDS ist durch sein datenzentriertes Design zukunftssicher. Um zu veranschaulichen, wie es für die Integration in vergangene – und zukünftige – Designs funktioniert, sehen wir uns an, wie sich ein System im Laufe der Zeit entwickelt. Der Standardworkflow in Connext DDS besteht darin, die Datenthemen zu definieren, die für die Kommunikation zwischen Anwendungen verwendet werden. Diese Themen sind stark typisiert, um mehrere Schlüsselattribute ber

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