Estruturas e transportes:escolhendo a melhor solução de conectividade IIoT

a e, por esse motivo, não iremos analisá-lo neste post. Para cada uma das estruturas selecionadas (OPC-UA, OneM2M e DDS), forneceremos uma visão geral dos fundamentos dessa estrutura e também as principais questões que devem ser respondidas para determinar se essa estrutura é a solução correta para seu aplicativo IIoT distribuído.

OPC-UA

Vamos dar uma olhada no OPC-UA como nosso primeiro framework. A Open Platform Communications Unified Architecture (OPC-UA) é descrita no documento IICF como, "Uma arquitetura de comunicação industrial para plataforma independente, de alto desempenho, segura, confiável e interoperabilidade semântica entre sensores, dispositivos de campo, controladores e aplicativos no nível de chão de fábrica em tempo real, bem como entre o chão de fábrica e a nuvem de TI corporativa. "

Como MQTT, OPC-UA também é uma arquitetura baseada em broker. Os clientes OPC-UA fornecem objetos de dados ao servidor e o servidor responde às solicitações de outros clientes OPC-UA. Normalmente, esses objetos de dados são objetos muito centrados no dispositivo que são basicamente uma coleção de várias variáveis ​​de entrada e saída do dispositivo. Um gráfico de objetos desejados pode ser construído por um cliente e o servidor mapeará todos os seus objetos coletados e apresentará uma resposta coerente ao cliente solicitante. A Figura 3 é um diagrama de arquitetura típico que mostra um gráfico de objetos existentes disponíveis em um determinado sistema.


Figura 3. Gráfico Típico de Objetos de Dados de Dispositivos no OPC-UA
A infraestrutura OPC-UA é usada principalmente em ambientes de automação industrial e manufatura. Aqui estão quatro perguntas que devem ser respondidas para determinar se OPC-UA é a solução correta para sua aplicação:

Perguntas OPC-UA

1. Você trabalha com manufatura discreta?
2. Você está associado ao programa German Plattform Industrie 4.0?
3. Você está construindo um dispositivo que será integrado por engenheiros ou técnicos de controle ou processo, em vez de engenheiros de software?
4. Seu produto será usado em diferentes aplicativos em diferentes sistemas, ao contrário de um (tipo de) sistema em que você controla a arquitetura?
5. Você está construindo equipamentos para uma "célula de trabalho"?

Se você puder responder "sim" a três dessas perguntas, então OPC-UA é a escolha certa para sua aplicação.

OneM2M

A segunda estrutura exigida pelo documento da IIC é oneM2M. A descrição de um M2M do documento IICF é, "oneM2M fornece uma camada de serviço comum que fica entre os aplicativos e o transporte de conectividade. Ele oferece funções que os aplicativos IoT em diferentes segmentos da indústria normalmente precisam. Essas funções são expostas aos aplicativos por meio de APIs RESTful. OneM2M os padrões compreendem uma arquitetura de plataforma horizontal que se encaixa em um modelo de três camadas que compreende aplicativos, serviços de middleware e redes. Os padrões de conectividade da OneM2M permitem que aplicativos hospedados em máquinas e dispositivos conectados, sistemas corporativos e dispositivos móveis se comuniquem uns com os outros de forma eficiente , de maneira segura. A plataforma horizontal oneM2M é escalonável, pois os Elementos de Serviço Comum podem ser implantados em hosts, na borda da rede próxima ou dentro da nuvem corporativa. " Os principais aplicativos que usam o oneM2M hoje são automação residencial e aplicativos em grande escala que utilizam sistemas móveis. Os serviços disponíveis na Camada de Serviço Comum são fornecidos por grandes empresas de telecomunicações. A Figura 4 mostra a arquitetura das três camadas chamadas no oneM2M.


Figura 4. A arquitetura oneM2M
A seguir estão as cinco perguntas específicas que você deve responder para determinar se oneM2M é a escolha correta para sua aplicação. Responder "sim" a 3 dessas perguntas indicaria que oneM2M é a escolha correta para você.

Perguntas OneM2M

1. Você sabe o que significa "TIC" e é você? (Tecnologia da Informação e Comunicação)
2. A rede celular é sua principal tecnologia de conexão?
3. Seus aplicativos de destino são compostos em grande parte por peças móveis?
4. Os componentes do seu sistema podem tolerar conexões intermitentes e latências mal controladas?
5. O seu sistema aproveitará os serviços fornecidos por um provedor de comunicações, como uma telco?

Serviço de distribuição de dados (DDS)

A última estrutura que exploraremos é DDS. Tenho que admitir, como autor deste post e funcionário da RTI, sou inclinado a favor do DDS, pois trabalho com ele há mais de 14 anos. Das quatro estruturas exigidas no IIC IICF, o DDS é o único que fornece uma arquitetura ponto a ponto, Publicar / Assinar. Com o DDS, cada aplicativo participa de um "banco de dados" que cria um espaço de dados global compartilhado. Isso significa que o barramento de dados compreende um conjunto de tópicos de dados, cada um definido com seu modelo de dados exclusivo, que pode ser descoberto por qualquer participante do barramento de dados. Depois que um aplicativo de mesmo nível declara sua intenção de publicar dados em um tópico ou assinar dados em um tópico, então, por meio de um mecanismo de descoberta, o DDS conectará todos os editores apropriados com seus assinantes. A Figura 5 é um diagrama de uma arquitetura de barramento de dados em camadas que instancia três barramentos de dados que se conectam por meio de gateways localizados entre as camadas horizontais.
Figura 5. Arquitetura de Databus em camadas usando DDS
Este diagrama de exemplo é baseado em um aplicativo de monitoramento de paciente de saúde que você encontraria em um hospital. No entanto, este é apenas um exemplo dos muitos tipos de aplicativos de autonomia em tempo real nos quais o DDS é usado atualmente. Outras áreas de aplicações incluem smart grid, petróleo e gás, veículos de direção autônoma, transporte e sistemas de defesa. Aqui estão as cinco perguntas que você deve fazer a si mesmo sobre sua inscrição para ver se o DDS é a escolha certa para você.

Perguntas DDS

1. Existem consequências graves se ficar off-line por alguns minutos / segundos / ms?
2. Você disse "milissegundo" ou "microssegundo" nas últimas duas semanas?
3. Você tem mais de 10 programadores?
4. Seus dados têm muitos destinos?
5. Você está construindo um design IIoT de próxima geração?
   

Resumindo

Como mencionei antes, visto que trabalho para uma empresa DDS, sou parcial para a infraestrutura DDS e os problemas que ela resolve para sistemas autônomos em tempo real. Dito isso, espero que esta postagem tenha fornecido algumas ferramentas para usar para determinar qual é a solução certa para seu próximo ou atual projeto de infraestrutura distribuída. Porque, na verdade, esses transportes e estruturas são bons para resolver problemas muito diferentes. A chave é descobrir onde seus requisitos de aplicativo se encaixam no cenário de soluções disponíveis. As ferramentas recomendadas aqui incluem o IIC Industrial Internet Connectivity Framework (IICF) e também a lista de questões-chave para cada solução. Se houver algo faltando, por favor, não hesite em entrar em contato comigo nos comentários. Eu adoraria manter a discussão e aprender sobre quaisquer outras soluções que possam ajudar os desenvolvedores e arquitetos a resolver seus problemas de conectividade sem ter que recriar a roda com uma solução proprietária personalizada.

Recursos Adicionais:

• The RTI Blog>> Documento de conectividade industrial com a Internet avalia os principais padrões:DDS, OPC-UA, WebServices
• Webinar gratuito sob demanda:como a estrutura de conectividade da IIC orienta a seleção de conectividade da IIoT
  
  

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