El papel del protocolo MQTT en el desarrollo de la Internet industrial de las cosas.

A menudo organizamos eventos a los que invitamos a expertos en automatización industrial. En 2016, Arlen Nipper, quien es uno de los creadores del protocolo MQTT, vino a nosotros. Queremos compartir su informe en traducción rusa.


Hoy hablaré sobre el Internet industrial de las cosas (IIoT) y el protocolo de intercambio de datos MQTT . En 1978, estudié ingeniería eléctrica en la Universidad de Oklahoma. Me preguntaba: ¿por qué estoy haciendo esto? Es aburrido y no emocionante. Luego tuve la oportunidad de ser pasante en Amoco Pipeline. La compañía ha instalado un sistema automatizado de gestión y control de datos: SCADA (Control de supervisión y adquisición de datos). Incluía PLC (controladores lógicos programables) que transmitían datos a la computadora central PDP-11 a través de líneas telefónicas multicanal a través de módems Bell 202. Y en 2016 usamos los mismos sistemas SCADA que usamos hace más de 35 años.

Y los mismos sistemas SCADA, sistemas de automatización de producción, control de producción y sistemas de gestión se convierten en un elemento de la infraestructura IIoT.

¿Para qué sirve la infraestructura IIoT? Los usuarios tienden a ganar más oportunidades al gastar menos recursos. Esto no se puede lograr sin obtener y utilizar datos de producción de nivel inferior.

Primero, las tecnologías de la información se introdujeron en todas partes. Luego aparecieron "nubes" y todos tuvieron acceso a Internet. Ahora solo queda usar la "nube" para los sistemas SCADA.

Por lo tanto, comenzamos a reescribir viejos protocolos de código cerrado. Entonces en el mercado apareció Modbus, Allen-Bradley, DNP 3.0. Y luego hubo una desregulación de las actividades de las compañías de telecomunicaciones, incluida AT&T. Antes de esto, los sistemas de control del proceso de producción, los sistemas SCADA, etc. funcionaban en excelentes condiciones: AT&T recibió grandes subsidios y estaba listo para tirar de sus líneas telefónicas donde quisiéramos. Después de la desregulación, los precios se dispararon y la calidad se derrumbó.

Comenzamos a usar sistemas VSAT, pero funcionaban lentamente, con un gran retraso de señal, y el sondeo constante de dispositivos era muy costoso.

Como resultado de un proyecto conjunto entre Phillips 66 e IBM, en el que participé hace 19 años, apareció el protocolo de red MQTT (transporte de telemetría MQ), que se ha utilizado durante casi 20 años. En 1999, no teníamos idea sobre el Internet de las cosas o la "nube", sino que simplemente buscábamos formas de resolver el problema. Pero logramos crear un protocolo para sistemas críticos de monitoreo de tuberías en tiempo real. Hoy, el protocolo MQTT es uno de los protocolos de aplicación más utilizados.

En realidad, el Internet de las cosas se concibió como un Internet normal de personas, uniendo a los usuarios a través de navegadores web, HTTP, etc., pero que se suponía que combinaba "cosas". Luego creamos el Internet industrial de las cosas para los sistemas de control de producción, que no tiene nada que ver con la capacidad de ajustar la temperatura del termostato a través del teléfono.

Para que el Internet de las cosas industrial funcione, debe:

1. “Desvincular” los dispositivos de las aplicaciones y conectarse con la infraestructura.

Supongamos que instalé una hermosa computadora Advantech UNO, desarrollé una excelente aplicación para ella, a la cual conecté la computadora a través de un protocolo. Esto significa que uní rígidamente las capacidades de la computadora con las capacidades de la aplicación.

E incluso si encuentro una solución a un problema, mañana puede que no funcione. Por ejemplo, para aprovechar una cantidad mucho mayor de datos, tengo que cambiar el código.

Es por eso que los dispositivos deben estar conectados no a la aplicación, sino a la infraestructura, y luego incrustar aplicaciones en ella. En este caso, no estaremos limitados por las capacidades de las aplicaciones.

2. Cree una mejor solución a nivel de tecnología operativa (OT) que la existente.

Llevo diecinueve años desarrollando esta tecnología en IBM, pero todos los intentos de implementación no tuvieron éxito porque intentamos llevar la tecnología IIoT de TI a la producción.

Pero la solución IIoT debe proporcionar datos de "cosas" y optimizar a nivel operativo, independientemente de si el IIoT se está creando para una planta, una compañía farmacéutica, un sistema de suministro de agua y saneamiento, o compañías de petróleo y gas. Y ahora estoy tratando de crear una solución OT efectiva en B & B, porque el Internet de las cosas solo se puede crear de abajo hacia arriba.

Según un estudio de 2016, MQTT es el protocolo más utilizado en Internet de las cosas (HTTP ocupa el primer lugar, pero no proporciona control en tiempo real, y no lo tenemos en cuenta).

Hay muchos servidores en el mercado que admiten el protocolo MQTT.

^{Servidores MQTT}

Al mismo tiempo, el número de tecnologías MQTT del cliente es limitado.

^{Clientes MQTT}

Pero en las soluciones IIoT necesita aplicar tecnologías conocidas por los estudiantes de ingeniería y especialidades de TI de ayer. Entonces, los graduados en especialidades informáticas, por ejemplo, 2016, muy probablemente usan una Raspberry Pi de placa única que admite el protocolo MQTT para encender y apagar la luz en la habitación. Sin embargo, es posible que no sepan qué son los protocolos OPC UA, Modbus, Allen-Bradley o DMP 3.0. La apertura y accesibilidad de tales tecnologías conducirá a la aparición de una gran cantidad de soluciones SRP.

No existen instrucciones precisas para usar MQTT en sistemas críticos de control de producción en tiempo real. Pero desarrollamos la especificación MQTT de Sparkplug, que define algunas reglas básicas para crear sistemas de control de producción en tiempo real utilizando el protocolo MQTT:

• Espacio de nombres de tema MQTT,
• Definición de carga útil MQTT,
• MQTT State Management,
• Alta disponibilidad / redundancia / escala.

Esta es una especificación de código abierto que está disponible públicamente . Además, hemos desarrollado una implementación de referencia de MQTT Client para el flujo de mensajes en C, Java, JavaScript, Python y Node Read. Por lo tanto, nuestros socios en el ecosistema Advantech usan una sola especificación.

Por lo tanto, debemos "desvincular" los dispositivos de las aplicaciones y ofrecer una solución OT más avanzada.

Nos esforzamos por garantizar que los productos Advantech interactúen con las cosas en IoT:

• sensores de nivel de líquido en tanques,
• analizadores de gases cromatográficos
• unidades de protección y monitoreo de corrosión
• sensores de caudal,
• Sensores de velocidad del motor hidráulico, etc.

El medio de tal interacción es el protocolo para la entrega de datos recopilados por todas estas "cosas", que necesita la infraestructura y los canales de interacción entre sus componentes.

Nuestra infraestructura MQTT incluye dispositivos que rastrean eventos físicos y publican datos sobre tales eventos en corredores de mensajes seguros. La línea de productos Advantech le permite no solo crear Internet de las cosas, sino también usar enrutadores SmartFlex y eWorks, que publican datos y proporcionan una interfaz para monitorearlos.

Después de "desatar" los dispositivos de las aplicaciones, puede incrustar dispositivos y módulos de acceso a Internet en la infraestructura y firmarlos en los datos publicados en tiempo real a través del protocolo MQTT. En esta etapa, es necesario demostrar al usuario, gerente de producción o gerente de SCADA que nuestra solución OT es mejor, más rápida, más segura y más fácil de escalar que los sistemas SCADA convencionales.

Anteriormente, varios sistemas SCADA no podían suscribirse al mismo tema. Pero si los sistemas no están vinculados a la aplicación, ni siquiera tenemos que determinar qué sistema SCADA debe recibir información en el primer o segundo turno: todos los sistemas, programas y dispositivos pueden tener acceso a los mismos datos de producción en tiempo real.

Y en esta etapa, puede elegir otras soluciones interesantes e integrarlas en la infraestructura, por ejemplo, aplicaciones de gestión de activos, optimización del diseño y trabajo técnico, etc.

^{Topología de solución única de energía / medio ambiente de Advantech Un}
flujo de datos optimizado le permite comenzar a crear el Internet de las cosas industrial con los que ya estamos familiarizados, incluidos big data, computación en la nube, etc. Puede usar Microsoft Azure, IBM Bluemix o AWS IoT, así como los conocidos Hadoop y Big Data, Storm and Spark y varias herramientas de visualización y análisis. Pero es imposible estar a este nivel si los dispositivos están conectados con aplicaciones y no están integrados en la infraestructura necesaria.