Dokument zur industriellen Internet-Konnektivität bewertet Kernstandards:DDS, OPC-UA, WebServices

Das Industrial Internet Consortium hat einen wichtigen Teil seines Leitfadens zur Referenzarchitektur veröffentlicht:sein Connectivity Framework-Dokument. Das ist eigentlich ziemlich wichtig; Dieses Dokument befasst sich ausführlich mit der Konnektivität für IIoT-Systeme, legt Kriterien für die Bewertung von Konnektivitätstechnologien/-standards fest und stellt einige wahrscheinliche Technologien für zentrale Konnektivitätsstandards vor, darunter DDS, OPC-UA und WebServices. Mit anderen Worten, es gibt hier einige wirklich wertvolle Anleitungen.

Was ist Konnektivität für IIoT-Systeme?

Laut dem Dokument „Industrial Internet of Things Connectivity“ bietet „Konnektivität die Möglichkeit, Informationen zwischen Teilnehmern innerhalb einer Funktionsdomäne, über Funktionsdomänen innerhalb eines Systems und über Systeme hinweg auszutauschen. Die ausgetauschten Informationen können Sensoraktualisierungen, Ereignisse, Alarme, Statusänderungen, Befehle und Konfigurationsaktualisierungen umfassen.“ Konkret ist Konnektivität die kritische, übergreifende Funktion, die die Interoperabilität innerhalb und zwischen IIoT-Systemen unterstützt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, über den aktuellen Mischmasch proprietärer und branchenspezifischer Standards hinaus zu einem offenen IIoT-Standards-basierten Framework zu gelangen.

Betrachtet man die Konnektivität aus technischer Sicht, zeigt Abbildung 1, wo die Konnektivitätsfunktion auf einem Netzwerk-, Konnektivitäts- und Informationsstapel liegt, und sie unterteilt Konnektivität in zwei verschiedene Ebenen:Transport und Framework. Die Transportschicht bietet technische Interoperabilität mit „Bits und Bytes zwischen Endpunkten gemeinsam genutzt, wobei ein eindeutig definiertes Kommunikationsprotokoll verwendet wird.“ Die Framework-Schicht bietet syntaktische Interoperabilität mit „Strukturierten Datentypen zwischen Endpunkten geteilt. Führt eine gemeinsame Struktur zum Teilen von Daten ein; d.h. eine gemeinsame Datenstruktur wird geteilt. Auf dieser Ebene wird ein gemeinsames Protokoll zum Datenaustausch verwendet; die Struktur der ausgetauschten Daten ist eindeutig definiert.“ Die Erfüllung der Konnektivitätsanforderungen durch die syntaktische Interoperabilität, die von der Konnektivitäts-Framework-Schicht bereitgestellt wird, und die Bewertung von Konnektivitäts-Framework-Standards ist einer der wichtigen Beiträge dieses Dokuments.

Abbildung 1. Konnektivität unter Verwendung der nachstehenden Netzwerkfunktionen – Internet Protocol stellt die Schichten für die Kommunikation von Nachrichten und Daten zwischen Systemteilnehmern bereit.

Das Konzept eines zentralen Konnektivitätsstandards.

Um die Interoperabilität innerhalb und zwischen IIoT-Systemen sicherzustellen, empfiehlt das Connectivity Framework-Dokument die Verwendung eines zentralen Konnektivitätsstandards. Abbildung 2 zeigt, wie dieser Kernstandard zum Konnektivitätsbus für das System wird, der native Geräte und Anwendungen direkt und ältere oder nicht zum Kernstandard gehörende Geräte und Anwendungen über Protokoll-Gateways oder -Bridges integriert. Auf diese Weise können Nicht-Standard-Entitäten in den Kern-Konnektivitätsstandard „normalisiert“ werden. Diese zentrale Konnektivitätsreferenzarchitektur ist von zentraler Bedeutung für die IIC-Leitlinien zur Gewährleistung einer sicheren Interoperabilität von Gerät zu Gerät zu Anwendung für IIoT-Systeme.

Abbildung 2. Die Verwendung eines Core Connectivity Standard sorgt für Interoperabilität und optimierte Integration innerhalb und zwischen IIoT-Systemen.

Evaluierung von Konnektivitätsstandards.

Um die Herausforderungen bei der Integration und Interoperabilität zwischen verschiedenen IIoT-Systemen zu verringern, einem Hauptziel des IIC, bietet das Dokument eine Methode und Vorlage zur Bewertung von Konnektivitätstechnologien und -standards für das IIoT. Es umfasst Bewertungen der meisten IIoT-Standards wie DDS, OPC-UA, HTTP/WebServices, OneM2M, MQTT und CoAP. Viele dieser Standards adressieren unterschiedliche Ebenen des Konnektivitätsstapels, wie Sie in Abbildung 3 sehen können. Weitere Details zu jedem Standard finden Sie im Dokument.

Abbildung 3. IIoT-Konnektivitätsstandards und ihre Position im Konnektivitätsstapel.

DDS als zentraler Konnektivitätsstandard.

Aus Abbildung 3 können Sie sehen, dass das Dokument 4 Konnektivitäts-Framework-Standards einschließlich DDS bewertet. Darüber hinaus enthält das Connectivity Framework-Dokument eine Anleitung zu den Anforderungen für die Auswahl von Kern Konnektivitäts-Framework-Standards. Ein zentrales Konnektivitäts-Framework muss:

• Syntaktische Interoperabilität bereitstellen
  • Möglichkeit zum Modellieren von Daten bieten, ein Typsystem (z. B. DDS, OPCUA)
  • Kann nicht nur ein „einfaches“ Messaging-Protokoll sein (MQTT, COAP usw.)
• Seien Sie ein offener Standard mit starker Governance:
  • von SDOs wie IEEE, OASIS, OMG, W3C, IETF
• Seien Sie horizontal und neutral
• Sei stabil und in vielen Branchen einsetzbar
• Verfügen Sie über standardisierte Core-Gateways zu allen anderen Konnektivitäts-Core-Standards
• Kernfunktionen bereitstellen wie veröffentlichen-abonnieren, anfordern-antworten, entdecken usw.
• Nicht-funktionale Anforderungen erfüllen:Leistung, Skalierbarkeit, Sicherheit, ...
• Erfüllen Sie die Geschäftskriterien:Keine einzelnen Komponenten von einzelnen Anbietern erforderlich, unterstützte SDKs, Open-Source-Implementierungen usw.

In Abbildung 4 sehen Sie die 4 potenziellen Core-Connectivity-Framework-Standards, die anhand dieser Anforderungen bewertet wurden. DDS unterstützt alle Anforderungen und ist branchenübergreifend ein vielversprechender Standard für IIoT-Systeme.

Abbildung 4. Kriterien für die Kernstandards der IIoT-Konnektivität, die auf die wichtigsten Standards des Konnektivitätsrahmens angewendet werden.

Vergleicht man DDS insbesondere mit einem anderen vielversprechenden Konnektivitäts-Framework-Standard, OPC-UA, aus Abbildung 5 unten, erkennt man, dass diese sehr unterschiedliche Anwendungsfälle von Systemen adressieren. Wenn Ihre größte Herausforderung darin besteht, Softwareanwendungen in ein IIoT-System zu integrieren, ist DDS eine gute Wahl. Wenn Ihre Herausforderung darin besteht, eine Schnittstelle für Ihr Edge-Gerät bereitzustellen, damit Systemintegratoren es später in eine Art Fertigungszelle integrieren können, dann ist OPC-UA eine gute Wahl.

Abbildung 5. Nicht überlappende Systemaspekte, die von den Core Connectivity Framework-Standards angesprochen werden.

Wie Sie sehen, bietet dieses IIC-Dokument viele wichtige Anleitungen und erläuternde Konzepte für die IIoT-Konnektivität. Sie können sein Bewertungsprofil für IIoT-Konnektivitätsstandards verwenden, um andere Standards zu bewerten, die Sie für Ihr System interessieren könnten, oder seine Anleitung verwenden, um unter den führenden Standards auszuwählen. Für weitere Details laden Sie das Dokument selbst herunter.