MQTT-Architektur im IIoT-Umfeld
Für mehr Interoperabilität
Im Hinblick auf die zunehmend wichtige Interoperabilität im Industrial IoT sind Lösungen gefragt, die Daten automatisiert systemübergreifend integrieren und analysieren. Schlanke Protokolle wie MQTT bieten der Fertigungsindustrie mittlerweile eine Alternative zum traditionellen, komplexen Setup.
 Der derzeit noch zögerliche Einzug von Digitalisierung in der Produktionsbranche ist insbesondere der Komplexität vieler Systeme geschuldet.
Der derzeit noch zögerliche Einzug von Digitalisierung in der Produktionsbranche ist insbesondere der Komplexität vieler Systeme geschuldet.Bild: HiveMQ GmbH

Kernprinzip des leichtgewichtigen Netzwerkprotokolls MQTT ist das Publish-Subscribe-Muster (Pub-Sub), das es einer beliebigen Anzahl von Datenkonsumenten ermöglicht, einzelne Themenbereiche oder Gruppen von Topics zu abonnieren und die darüber veröffentlichten Nachrichten zu empfangen. Aufgrund seiner Schlankheit eignet es sich besonders für ressourcenarme Geräte sowie für die Kommunikation in Netzwerken mit geringer Bandbreite, in unzuverlässigen Netzwerken oder Netzwerken mit hoher Latenz. Die Verwendung eines Pub-Sub-Protokolls wie MQTT stellt eine grundlegende Änderung in der Architektur dar. Alle Nachrichten werden über einen Broker als zentrale Komponente versendet, über den sich alle MQTT-Geräte für bestimmte Topics registrieren. Der Broker übernimmt die Aufgabe des Servers, über den jede Kommunikation zwischen beliebigen Clients abgewickelt wird. MQTT-Clients sind am Gateway, auf Geräten oder in Applikationen implementiert und stehen in keiner direkten Beziehung zueinander. In MQTT gibt es somit eine ‚Single Source of Truth‘, was ein wesentlicher Vorteil ist. Sichere Kommunikation lässt sich mit MQTT schnell und auf viele Arten realisieren. Der Client-Status, inhärent für die beteiligten Systeme, kann durch die MQTT-Funktionalität vollständig implementiert werden. Bleibt nur noch die Frage, wie sich das leichtgewichtige Protokoll elegant einsetzen lässt und was notwendig ist, um die Anforderungen für die industrielle Automatisierung zu erfüllen?

Sparkplug B

Sparkplug stellt eine offene und frei verfügbare Spezifikation zur Verfügung, die beschreibt, wie Edge Gateways oder native MQTT-fähige Endgeräte und MQTT-Applikationen über eine zentrale Komponente, den MQTT-Broker, bidirektional kommunizieren können. So entsteht ein Standard, der für Anwendungsfälle in industriellen Applikationen optimiert ist und beschreibt, wie die Funktionalität am besten in Echtzeit-Scada-Implementierungen genutzt werden können. Derzeit gibt es zwei mit Sparkplug definierte Schemata, wobei das zweite – Sparkplug B- die spezifische Lösung für eine Anwendung im Produktionsumfeld bietet: Der Zweck der Sparkplug-B-Spezifikation besteht darin, die Vorteile von MQTT, z.B. Einfachheit, Effizienz sowie Verständlichkeit sowohl in der Implementierung als auch im Betrieb mit den Anforderungen aus der OT zu paaren, eine Ontologie festzulegen, die allen Beteiligten bekannt ist, ein Session Management für Clients zu garantieren und schließlich Nachrichtengrößen auf ein Minimum zu beschränken. Dies bedeutet, dass Entwickler und Planer mit der Sparkplug-Spezifikation klare Richtlinien für den Entwurf des Topic-Namensraumes haben, wie die Payload-Daten zu strukturieren sind und wie der Client-Status zu halten und zu kommunizieren ist. Mit MQTT und Sparkplug B werden Nachrichtengröße und Frequenz verringert.

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HiveMQ GmbH
http://www.hivemq.com

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