Frameworks und Transporte:Auswahl der besten IIoT-Konnektivitätslösung

Frameworks

Wie bereits erwähnt, besteht der Unterschied zwischen einem Framework und einem Transport darin, dass ein Framework eine Fähigkeit zum Verwalten und Erzwingen eines Datenmodells umfasst, das von den am Framework teilnehmenden Anwendungen verwendet wird. Von den vier genannten Frameworks OPC-UA, OneM2M, DDS und Web Services betrachten wir nur die ersten drei. Web Services ist ein sehr bekanntes Framework mit vielen Online-Referenzen, die zu Recherchezwecken gefunden werden können, und aus diesem Grund werden wir es in diesem Beitrag nicht überprüfen. Für jedes der ausgewählten Frameworks (OPC-UA, OneM2M und DDS) geben wir einen Überblick über die Grundlagen dieses Frameworks sowie die wichtigsten Fragen, die beantwortet werden müssen, um festzustellen, ob dieses Framework die richtige Lösung für Ihre verteilte IIoT-Anwendung ist.

OPC-UA

Schauen wir uns OPC-UA als unser erstes Framework an. Die Open Platform Communications Unified Architecture (OPC-UA) wird im IICF-Dokument beschrieben als „Eine industrielle Kommunikationsarchitektur für plattformunabhängige, leistungsstarke, sichere, zuverlässige und semantische Interoperabilität zwischen Sensoren, Feldgeräten, Controllern und Anwendungen an der Shopfloor-Ebene in Echtzeit sowie zwischen Shopfloor und Enterprise-IT-Cloud."

Wie MQTT ist auch OPC-UA eine Broker-basierte Architektur. OPC-UA-Clients stellen dem Server Datenobjekte zur Verfügung und der Server antwortet dann auf Anfragen von anderen OPC-UA-Clients. Typischerweise sind diese Datenobjekte sehr gerätezentrierte Objekte, die im Grunde eine Sammlung verschiedener Geräteeingabe- und Ausgabevariablen sind. Ein Graph von gewünschten Objekten kann von einem Client erstellt werden, und der Server wird alle seine gesammelten Objekte abbilden und dem anfordernden Client eine kohärente Antwort präsentieren. Abbildung 3 ist ein typisches Architekturdiagramm, das ein Diagramm vorhandener Objekte zeigt, die in einem bestimmten System verfügbar sind.

Abbildung 3. Typisches Diagramm von Gerätedatenobjekten in OPC-UA

Die OPC-UA-Infrastruktur wird hauptsächlich in industriellen Automatisierungs- und Fertigungsumgebungen verwendet. Hier sind vier Fragen, die beantwortet werden sollten, um festzustellen, ob OPC-UA die richtige Lösung für Ihre Anwendung ist:

OPC-UA-Fragen

1. Sind Sie in der diskreten Fertigung tätig?
2. Sind Sie mit dem deutschen Programm der Plattform Industrie 4.0 verbunden?
3. Baust du ein Gerät, das eher von Steuerungs- oder Verfahrensingenieuren oder Technikern als von Softwareingenieuren integriert wird?
4. Wird Ihr Produkt in verschiedenen Anwendungen in verschiedenen Systemen verwendet werden, im Gegensatz zu einem (Typ von) System, bei dem Sie die Architektur kontrollieren?
5. Baust du Ausrüstung für eine "Arbeitszelle"?

Wenn Sie drei dieser Fragen mit „Ja“ beantworten können, dann ist OPC-UA die richtige Wahl für Ihre Anwendung.

OneM2M

Das zweite Framework, das im IIC-Dokument genannt wird, ist oneM2M. Die Beschreibung eines M2M aus dem IICF-Dokument lautet:„oneM2M bietet eine gemeinsame Serviceschicht zwischen Anwendungen und Konnektivitätstransport. Es bietet Funktionen, die IoT-Anwendungen in verschiedenen Branchensegmenten häufig benötigen. Diese Funktionen werden Anwendungen über RESTful-APIs bereitgestellt. OneM2M Standards umfassen eine horizontale Plattformarchitektur, die in ein dreischichtiges Modell aus Anwendungen, Middleware-Diensten und Netzwerken passt. Die Konnektivitätsstandards von OneM2M ermöglichen Anwendungen, die auf verbundenen Maschinen und Geräten, Unternehmenssystemen und mobilen Geräten gehostet werden, effizient miteinander zu kommunizieren Die horizontale oneM2M-Plattform ist skalierbar, da die Common Service Elements auf Hosts, am nächstgelegenen Netzwerkrand oder in der Unternehmens-Cloud bereitgestellt werden können.“ Die wichtigsten Anwendungen, die heute oneM2M verwenden, sind Hausautomation und groß angelegte Anwendungen, die mobile Systeme nutzen. Die im Common Service Layer verfügbaren Dienste werden von großen Telekommunikationsunternehmen bereitgestellt. Abbildung 4 zeigt die Architektur der drei Schichten, die in oneM2M aufgerufen werden.

Abbildung 4. Die oneM2M-Architektur

Im Folgenden sind die fünf spezifischen Fragen aufgeführt, die Sie beantworten sollten, um festzustellen, ob oneM2M die richtige Wahl für Ihre Anwendung ist. Wenn Sie 3 dieser Fragen mit "Ja" beantworten, ist oneM2M die richtige Wahl für Sie.

OneM2M-Fragen

1. Wissen Sie, wofür "ICT" steht, und sind Sie das? (Informations- und Kommunikationstechnologie)
2. Ist das Mobilfunknetz Ihre primäre Verbindungstechnologie?
3. Besteht Ihre Zielanwendung hauptsächlich aus beweglichen Teilen?
4. Können die Komponenten Ihres Systems intermittierende Verbindungen und lose kontrollierte Latenzen tolerieren?
5. Wird Ihr System Dienste nutzen, die von einem Kommunikationsanbieter wie einem Telekommunikationsanbieter bereitgestellt werden?

Datenverteilungsdienst (DDS)

Das letzte Framework, das wir untersuchen werden, ist DDS. Ich muss zugeben, dass ich als Autor dieses Beitrags und RTI-Mitarbeiter gegenüber DDS voreingenommen bin, da ich seit über 14 Jahren damit arbeite. Von den vier Frameworks, die in der IIC IICF genannt werden, ist DDS das einzige, das eine Peer-to-Peer-, Publish/Subscribe-Architektur bietet. Bei DDS nimmt jede Anwendung an einem "Datenbus" teil, der einen gemeinsamen globalen Datenraum schafft. Dies bedeutet, dass der Datenbus eine Reihe von Datenthemen umfasst, von denen jedes mit seinem einzigartigen Datenmodell definiert ist, das dann von jedem Teilnehmer am Datenbus entdeckt werden kann. Sobald eine Peer-Anwendung ihre Absicht erklärt, entweder Daten zu einem Thema zu veröffentlichen oder Daten zu einem Thema zu abonnieren, verbindet DDS über einen Erkennungsmechanismus alle geeigneten Herausgeber mit ihren Abonnenten. 5 ist ein Diagramm einer geschichteten Datenbusarchitektur, die drei Datenbusse instanziiert, die über Gateways verbunden sind, die sich zwischen den horizontalen Schichten befinden Abbildung 5. Mehrschichtige Datenbusarchitektur mit DDS

Dieses Beispieldiagramm basiert auf einer Anwendung zur Überwachung von Patienten im Gesundheitswesen, die Sie in einem Krankenhaus finden würden. Dies ist jedoch nur ein Beispiel für die vielen Arten von Echtzeit-Autonomieanwendungen, bei denen DDS heute verwendet wird. Weitere Anwendungsbereiche sind Smart Grid, Oil &Gas, autonom fahrende Fahrzeuge, Transport- und Verteidigungssysteme. Hier sind die fünf Fragen, die Sie sich zu Ihrer Bewerbung stellen sollten, um zu sehen, ob DDS die richtige Wahl für Sie ist.

DDS-Fragen

1. Gibt es schwerwiegende Konsequenzen, wenn Sie einige Minuten/Sek./Ms offline sind?
2. Hast du in den letzten zwei Wochen "Millisekunde" oder "Mikrosekunde" gesagt?
3. Haben Sie mehr als 10 Programmierer?
4. Haben Ihre Daten viele Ziele?
5. Entwickeln Sie ein IIoT-Design der nächsten Generation?
   

Zusammenfassung der Dinge

Da ich für ein DDS-Unternehmen arbeite, habe ich, wie bereits erwähnt, eine Vorliebe für die DDS-Infrastruktur und die Probleme, die sie für autonome Echtzeitsysteme löst. Trotzdem hoffe ich, dass dieser Beitrag Ihnen einige Werkzeuge an die Hand gegeben hat, um festzustellen, was die richtige Lösung für Ihre ist nächstes oder aktuelles verteiltes Infrastrukturprojekt. Denn diese Transporte und Frameworks sind wirklich alle gut darin, sehr unterschiedliche Probleme zu lösen. Der Schlüssel besteht darin, herauszufinden, wo Ihre Anwendungsanforderungen in die Landschaft der verfügbaren Lösungen passen. Zu den hier empfohlenen Tools gehören das IIC Industrial Internet Connectivity Framework (IICF) sowie die Liste der Schlüsselfragen für jede Lösung. Sollte etwas fehlen, zögere bitte nicht, mich in den Kommentaren zu kontaktieren. Ich würde die Diskussion gerne am Laufen halten und mehr über andere Lösungen erfahren, die Entwicklern und Architekten helfen können, ihre Konnektivitätsprobleme zu lösen, ohne das Rad mit einer benutzerdefinierten proprietären Lösung neu erstellen zu müssen.

Zusätzliche Ressourcen:

• Der RTI-Blog>> Dokument zu Industrial Internet Connectivity bewertet Kernstandards:DDS, OPC-UA, WebServices
• Kostenloses On-Demand-Webinar:Wie das Konnektivitäts-Framework des IIC die Auswahl der IIoT-Konnektivität leitet
  
  

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