Document voor industriële internetverbinding evalueert kernnormen:DDS, OPC-UA, WebServices

Het Industrial Internet Consortium heeft een belangrijk deel van zijn referentie-architectuurrichtlijn vrijgegeven:zijn Connectivity Framework-document. Dit is eigenlijk best belangrijk; dit document gaat dieper in op connectiviteit voor IIoT-systemen, stelt criteria vast voor het evalueren van connectiviteitstechnologieën/standaarden en stelt enkele waarschijnlijke technologieën voor de belangrijkste connectiviteitsstandaarden, waaronder DDS, OPC-UA en WebServices, naar voren. Met andere woorden, er is hier echt waardevolle begeleiding.

Wat is connectiviteit voor IIoT-systemen?

Volgens het Industrial Internet of Things Connectivity-document, “biedt connectiviteit de mogelijkheid om informatie uit te wisselen tussen deelnemers binnen een functioneel domein, tussen functionele domeinen binnen een systeem en tussen systemen. De uitgewisselde informatie kan sensorupdates, gebeurtenissen, alarmen, statuswijzigingen, opdrachten en configuratie-updates omvatten.” Concreet is connectiviteit de cruciale, transversale functie die interoperabiliteit binnen en tussen IIoT-systemen ondersteunt. Het doel van dit werk is om verder te gaan dan de huidige mengelmoes van propriëtaire en verticale industriespecifieke standaarden naar een open IIoT-standaardengebaseerd raamwerk.

Als we naar connectiviteit kijken vanuit een technisch oogpunt, laat figuur 1 zien waar de connectiviteitsfunctie ligt op een netwerk-, connectiviteits- en informatiestack, en het verdeelt connectiviteit in 2 verschillende lagen:transport en framework. De transportlaag biedt technische interoperabiliteit, met "Bits en Bytes gedeeld tussen eindpunten, met behulp van een ondubbelzinnig gedefinieerd communicatieprotocol.” De Framework-laag biedt syntactische interoperabiliteit, met "Gestructureerde gegevenstypen gedeeld tussen eindpunten. Introduceert een gemeenschappelijke structuur om gegevens te delen; d.w.z. een gemeenschappelijke gegevensstructuur is gedeeld. Op dit niveau wordt een gemeenschappelijk protocol gebruikt om gegevens uit te wisselen; de structuur van de uitgewisselde gegevens is eenduidig ​​gedefinieerd.” Het aanpakken van connectiviteitsbehoeften via de syntactische interoperabiliteit die wordt geboden door de connectiviteitsraamwerklaag en het beoordelen van connectiviteitsraamwerknormen is een van de belangrijke bijdragen van dit document.

Afbeelding 1. Connectiviteit, met behulp van de onderstaande netwerkfuncties - Internet Protocol, biedt de lagen voor het communiceren van berichten en gegevens tussen systeemdeelnemers.

Het concept van een kernconnectiviteitsstandaard.

Om interoperabiliteit binnen en tussen IIoT-systemen te garanderen, beveelt het Connectivity Framework-document het gebruik van een kernconnectiviteitsstandaard aan. Afbeelding 2 laat zien hoe deze kernstandaard de connectiviteitsbus voor het systeem wordt, waarbij native apparaten en applicaties rechtstreeks en legacy, of niet-kernstandaardapparaten en applicaties worden geïntegreerd via protocolgateways of -bruggen. Op deze manier kunnen niet-standaard entiteiten worden "genormaliseerd" tot de kernconnectiviteitsstandaard. Deze referentiearchitectuur voor kernconnectiviteit staat centraal in de IIC-richtlijnen voor het waarborgen van veilige interoperabiliteit van apparaat tot apparaat tot applicatie voor IIoT-systemen.

Afbeelding 2. Het gebruik van een Core Connectivity Standard zorgt voor interoperabiliteit en gestroomlijnde integratie binnen en tussen IIoT-systemen.

Evaluatie van connectiviteitsnormen.

Om de uitdaging van integratie en interoperabiliteit tussen verschillende IIoT-systemen, een belangrijk doel van het IIC, te verminderen, biedt het document een methode en sjabloon voor het evalueren van connectiviteitstechnologieën en -standaarden voor het IIoT. Het omvat beoordelingen van de meeste IIoT-standaarden zoals DDS, OPC-UA, HTTP/WebServices, OneM2M, MQTT en CoAP. Veel van deze standaarden blijken verschillende niveaus van de connectiviteitsstack aan te pakken, zoals je kunt zien in figuur 3. Meer details over elke standaard worden in het document gegeven.

Afbeelding 3. IIoT-connectiviteitsstandaarden en hun locatie op de connectiviteitsstack.

DDS als kernconnectiviteitsstandaard.

In figuur 3 kunt u zien dat het document 4 standaarden voor connectiviteitskaders beoordeelt, waaronder DDS. Daarnaast biedt het Connectivity Framework-document richtlijnen voor vereisten voor het kiezen van core standaarden voor connectiviteit. Een kernnetwerk voor connectiviteit moet:

• Zorg voor syntactische interoperabiliteit
  • Een manier bieden om gegevens te modelleren, een typesysteem (bijv. DDS, OPCUA)
  • Kan niet zomaar een "eenvoudig" berichtenprotocol zijn (MQTT, COAP, enz.)
• Wees een open standaard met sterk bestuur:
  • van SDO's zoals IEEE, OASIS, OMG, W3C, IETF
• Wees horizontaal en neutraal
• Wees stabiel en inzetbaar in veel sectoren
• Door standaarden gedefinieerde kerngateways hebben voor alle andere connectiviteitskernstandaarden
• Bied kernfuncties zoals publiceren-abonneren, verzoek-antwoorden, ontdekken, enz.
• Voldoen aan niet-functionele vereisten:prestaties, schaalbaarheid, beveiliging, ...
• Voldoen aan zakelijke criteria:geen afzonderlijke componenten van afzonderlijke leveranciers vereisen, SDK's hebben ondersteund, open source-implementaties hebben, enz.

In figuur 4 ziet u de 4 potentiële kernnormen voor connectiviteitskaders, beoordeeld op basis van deze vereisten. DDS ondersteunt alle vereisten en is een veelbelovende standaard voor IIoT-systemen in alle sectoren.

Afbeelding 4. IIoT Connectivity Core Standards Criteria toegepast op de belangrijkste standaarden voor connectiviteitskaders.

In het bijzonder, als je DDS vergelijkt met een andere veelbelovende standaard voor connectiviteitsframework, OPC-UA, uit figuur 5 hieronder, kun je zien dat ze heel verschillende gevallen van systeemgebruik aanpakken. Als uw belangrijkste uitdaging het integreren van softwaretoepassingen in een IIoT-systeem is, dan is DDS een goede keuze. Als het je uitdaging is om een ​​interface voor je edge-apparaat te bieden zodat systeemintegrators het later kunnen integreren, zoiets als een productie-werkcel, dan is OPC-UA een goede keuze.

Afbeelding 5. Niet-overlappende systeemaspecten die worden behandeld door de kernnormen voor connectiviteitskaders.

Zoals u kunt zien, biedt dit IIC-document veel belangrijke richtlijnen en verduidelijkende concepten voor IIoT-connectiviteit. U kunt het beoordelingsprofiel van IIoT-connectiviteitsnormen gebruiken om andere normen te beoordelen waarin u mogelijk geïnteresseerd bent voor uw systeem, of de richtlijnen gebruiken om een ​​van de toonaangevende normen te kiezen. Download het document zelf voor meer details.