Documento de conectividade industrial com a Internet avalia os padrões principais:DDS, OPC-UA, WebServices

O Industrial Internet Consortium lançou uma parte importante de sua orientação de Arquitetura de Referência:seu documento Estrutura de Conectividade. Na verdade, isso é muito importante; este documento se aprofunda em detalhes sobre conectividade para sistemas IIoT, estabelece critérios para avaliar tecnologias / padrões de conectividade e apresenta algumas tecnologias prováveis ​​para padrões de conectividade principais, incluindo DDS, OPC-UA e WebServices. Em outras palavras, há orientações realmente valiosas aqui.

O que é conectividade para sistemas IIoT?

De acordo com o documento Industrial Internet of Things Connectivity, “a conectividade fornece a capacidade de trocar informações entre os participantes dentro de um domínio funcional, entre domínios funcionais dentro de um sistema e entre sistemas. As informações trocadas podem incluir atualizações de sensores, eventos, alarmes, mudanças de status, comandos e atualizações de configuração. ” Mais concretamente, a conectividade é a função crítica transversal que oferece suporte à interoperabilidade dentro e entre os sistemas IIoT. Ir além da miscelânea atual de padrões proprietários e específicos da indústria vertical para uma estrutura aberta baseada em padrões IIoT é o objetivo deste trabalho.

Olhando para a conectividade de um ponto de vista técnico, a figura 1 mostra onde a função de conectividade se encontra em uma pilha de rede, conectividade e informações e divide a conectividade em 2 camadas diferentes:transporte e estrutura. A camada de transporte fornece interoperabilidade técnica, com “ bits e bytes compartilhado entre terminais, usando um protocolo de comunicação definido de forma inequívoca. ” A camada Framework fornece interoperabilidade sintática, com “ Tipos de dados estruturados compartilhado entre terminais. Apresenta uma estrutura comum para compartilhar dados; ou seja, uma estrutura de dados comum é compartilhado. Nesse nível, um protocolo comum é usado para trocar dados; a estrutura dos dados trocados é definida de forma inequívoca. ” Abordar as necessidades de conectividade por meio da interoperabilidade sintática fornecida pela camada da estrutura de conectividade e avaliar os padrões da estrutura de conectividade é uma das contribuições importantes deste documento.



Figura 1. Conectividade, usando as funções de rede abaixo - Protocolo da Internet, fornece as camadas para a comunicação de mensagens e dados entre os participantes do sistema.

O conceito de um padrão central de conectividade.

Para garantir a interoperabilidade dentro e entre os sistemas IIoT, o documento Connectivity Framework recomenda o uso de um padrão de conectividade principal. A Figura 2 mostra como esse padrão central se torna o barramento de conectividade do sistema, integrando dispositivos e aplicativos nativos diretamente e dispositivos e aplicativos legados ou não-padrão através de gateways de protocolo ou pontes. Desta forma, entidades não padronizadas podem ser “normalizadas” no padrão de conectividade principal. Essa arquitetura de referência de conectividade central é fundamental para a orientação da IIC sobre a garantia de interoperabilidade segura entre dispositivos e aplicativos para sistemas IIoT.



Figura 2. O uso de um padrão de conectividade central fornece interoperabilidade e integração simplificada dentro e entre os sistemas IIoT.

Avaliação dos padrões de conectividade.

Para reduzir o desafio de integração e interoperabilidade em diferentes sistemas IIoT, um objetivo principal da IIC, o documento fornece um método e um modelo para avaliar tecnologias e padrões de conectividade para a IIoT. Inclui avaliações da maioria dos padrões IIoT como DDS, OPC-UA, HTTP / WebServices, OneM2M, MQTT e CoAP. Muitos desses padrões tratam de diferentes níveis da pilha de conectividade, como você pode ver na figura 3. Mais detalhes sobre cada padrão são fornecidos no documento.



Figura 3. Padrões de conectividade IIoT e sua localização na pilha de conectividade.

DDS como um padrão de conectividade central.

Na figura 3, você pode ver que o documento avalia 4 padrões de estrutura de conectividade, incluindo DDS. Além disso, o documento Estrutura de conectividade fornece orientação sobre os requisitos para a escolha do núcleo padrões de estrutura de conectividade. Uma estrutura de conectividade central deve:

• Fornece interoperabilidade sintática
  • Fornece uma maneira de modelar dados, um sistema-tipo (por exemplo, DDS, OPCUA)
  • Não pode ser apenas um protocolo de mensagens “simples” (MQTT, COAP, etc)
• Seja um padrão aberto com forte governança:
  • de SDOs como IEEE, OASIS, OMG, W3C, IETF
• Seja horizontal e neutro
• Esteja estável e implantado em muitos setores
• Ter gateways centrais definidos por padrões para todos os outros padrões centrais de conectividade
• Fornece funções essenciais como publicar-assinar, solicitar-responder, descobrir, etc.
• Atenda aos requisitos não funcionais:desempenho, escalabilidade, segurança, ...
• Atenda aos critérios de negócios:não exija componentes únicos de fornecedores únicos, tenha SDKs compatíveis, tenha implementações de código aberto, etc.

Na figura 4, você pode ver os 4 padrões potenciais da estrutura de conectividade principal avaliados em relação a esses requisitos. O DDS oferece suporte a todos os requisitos e é um padrão promissor para sistemas IIoT em todos os setores.



Figura 4. Critérios de padrões principais de conectividade IIoT aplicados aos principais padrões de estrutura de conectividade.

Em particular, se você comparar o DDS com outro padrão de estrutura de conectividade promissor, OPC-UA, da figura 5 abaixo, você pode ver que eles tratam de casos de uso de sistema muito diferentes. Se o seu principal desafio é integrar aplicativos de software em um sistema IIoT, o DDS é uma boa escolha. Se o seu desafio é fornecer uma interface para seu dispositivo de borda para permitir que os integradores de sistema posteriormente integrem algo como uma célula de trabalho de manufatura, então OPC-UA é uma boa escolha.



Figura 5. Aspectos do sistema não sobrepostos tratados pelos padrões da estrutura de conectividade principal.

Como você pode ver, este documento IIC fornece muitas orientações importantes e esclarece conceitos para conectividade IIoT. Você pode usar seu perfil de avaliação de padrões de conectividade IIoT para avaliar outros padrões nos quais possa estar interessado para o seu sistema ou usar sua orientação para escolher entre os principais padrões. Para obter mais detalhes, baixe o documento para você.