Peran protokol MQTT dalam pengembangan Internet industri hal

Kami sering menyelenggarakan acara yang mengundang pakar otomasi industri. Pada 2016, Arlen Nipper, yang merupakan salah satu pencipta protokol MQTT, mendatangi kami. Kami ingin membagikan laporannya dalam terjemahan Rusia.


Hari ini saya akan berbicara tentang Industrial Internet of Things (IIoT) dan protokol pertukaran data MQTT . Pada tahun 1978, saya belajar teknik listrik di University of Oklahoma. Saya bertanya-tanya: mengapa saya melakukan ini, itu membosankan dan tidak mengasyikkan. Kemudian saya mendapat kesempatan untuk magang di Amoco Pipeline. Perusahaan telah menginstal manajemen data otomatis dan sistem kontrol - SCADA (Pengawas Kontrol & Akuisisi Data). Itu termasuk PLC (pengontrol logika yang dapat diprogram) yang mentransmisikan data ke komputer pusat PDP-11 melalui saluran telepon multi-saluran melalui modem Bell 202. Dan pada 2016 kami menggunakan sistem SCADA yang sama seperti yang kami lakukan lebih dari 35 tahun yang lalu.

Dan sistem SCADA yang sama, sistem otomatisasi produksi, kontrol produksi, dan sistem manajemen menjadi elemen dari infrastruktur IIoT.

Untuk apa infrastruktur IIoT? Pengguna cenderung mendapatkan lebih banyak peluang dengan menghabiskan lebih sedikit sumber daya. Ini tidak dapat dicapai tanpa memperoleh dan menggunakan data produksi tingkat yang lebih rendah.

Pertama, teknologi informasi diperkenalkan di mana-mana. Kemudian "awan" muncul dan semua orang mendapat akses ke Internet. Sekarang tinggal menggunakan "cloud" untuk sistem SCADA.

Oleh karena itu, kami mulai menulis ulang protokol sumber tertutup lama. Jadi di pasar muncul Modbus, Allen-Bradley, DNP 3.0. Dan kemudian ada deregulasi kegiatan perusahaan telekomunikasi, termasuk AT&T. Sebelum ini, sistem kontrol proses produksi, sistem SCADA, dll bekerja pada kondisi yang sangat baik: AT&T menerima subsidi besar dan siap untuk menarik saluran telepon di mana pun kami inginkan. Setelah deregulasi, harga melonjak, dan kualitasnya turun.

Kami mulai menggunakan sistem VSAT, tetapi mereka bekerja lambat, dengan penundaan sinyal yang besar, dan pemungutan suara yang konstan pada perangkat sangat mahal.

Sebagai hasil dari proyek bersama antara Phillips 66 dan IBM, di mana saya ambil bagian 19 tahun yang lalu, protokol jaringan MQTT (MQ telemetry transport) muncul, yang telah digunakan selama hampir 20 tahun. Kembali pada tahun 1999, kami tidak tahu tentang Internet hal-hal atau "cloud", tetapi hanya mencari cara untuk menyelesaikan masalah. Tetapi kami berhasil membuat protokol untuk sistem pemantauan saluran pipa real-time yang kritis. Saat ini, protokol MQTT adalah salah satu protokol aplikasi yang paling banyak digunakan.

Sebenarnya, Internet hal dipahami sebagai Internet orang normal, menyatukan pengguna melalui browser web, HTTP, dll., Tetapi yang seharusnya menggabungkan "hal-hal". Lalu kami menciptakan Industrial Internet of Things untuk sistem kontrol produksi, yang tidak ada hubungannya dengan kemampuan untuk menyesuaikan suhu termostat melalui telepon.

Untuk membuat Industrial Internet of Things berfungsi, Anda perlu:

1. Melepaskan ikatan perangkat dari aplikasi dan terhubung dengan infrastruktur.

Misalkan saya menginstal komputer UNO Advantech yang indah, mengembangkan aplikasi yang sangat bagus untuk itu, yang saya hubungkan komputer melalui protokol. Ini berarti bahwa saya secara kaku menghubungkan kemampuan komputer dengan kemampuan aplikasi.

Dan bahkan jika saya menemukan solusi untuk suatu masalah, besok mungkin tidak akan berhasil. Misalnya, untuk memanfaatkan jumlah data yang jauh lebih besar, saya harus mengubah kodenya.

Itu sebabnya perangkat harus dilampirkan bukan ke aplikasi, tetapi ke infrastruktur, dan kemudian menyematkan aplikasi di dalamnya. Dalam hal ini, kami tidak akan dibatasi oleh kemampuan aplikasi.

2. Buat solusi yang lebih baik di tingkat teknologi operasi (OT) daripada yang sudah ada.

Saya telah mengembangkan teknologi ini selama sembilan belas tahun di IBM, tetapi semua upaya implementasi tidak berhasil karena kami mencoba mendorong teknologi IIoT dari TI ke produksi.

Tetapi solusi IIoT harus menyediakan data dari "hal-hal" dan optimisasi di tingkat operasional, terlepas dari apakah perusahaan tersebut menciptakan IIoT - pabrik, perusahaan farmasi, sistem pasokan air dan sanitasi, atau perusahaan minyak dan gas. Dan sekarang saya mencoba untuk membuat solusi PL yang efektif dalam B & B, karena Internet hal-hal hanya dapat dibuat dari bawah ke atas.

Menurut sebuah studi 2016, MQTT adalah protokol yang paling banyak digunakan di Internet (HTTP mengambil tempat pertama, tetapi tidak memberikan kontrol waktu nyata, dan kami tidak memperhitungkannya).

Ada banyak server di pasar yang mendukung protokol MQTT.

^{Server MQTT}

Pada saat yang sama, jumlah teknologi MQTT klien terbatas.

^{Klien MQTT}

Tetapi dalam solusi IIoT Anda perlu menerapkan teknologi yang dikenal oleh mahasiswa teknik dan spesialisasi TI kemarin. Jadi, lulusan jurusan komputer, misalnya, 2016, kemungkinan besar menggunakan Raspberry Pi satu papan yang mendukung protokol MQTT untuk menghidupkan dan mematikan lampu di ruangan. Namun, mereka mungkin tidak tahu apa protokol OPC UA, Modbus, Allen-Bradley atau DMP 3.0. Keterbukaan dan aksesibilitas teknologi semacam itu akan mengarah pada munculnya sejumlah besar solusi SRP.

Instruksi yang akurat untuk menggunakan MQTT dalam sistem kontrol produksi real-time yang kritis tidak ada. Tetapi kami mengembangkan spesifikasi Sparkplug MQTT, yang menetapkan beberapa aturan dasar untuk membuat sistem kontrol produksi waktu nyata menggunakan protokol MQTT:

• Namespace Topik MQTT,
• Definisi MQTT Payload,
• Manajemen Negara MQTT,
• Ketersediaan Tinggi / Redundansi / Skala.

Ini adalah spesifikasi sumber terbuka yang tersedia untuk umum . Selain itu, kami telah mengembangkan implementasi referensi MQTT Client untuk aliran pesan di C, Java, JavaScript, Python, dan Node Read. Oleh karena itu, mitra kami di ekosistem Advantech menggunakan satu spesifikasi.

Jadi, kita harus "melepaskan" perangkat dari aplikasi dan menawarkan solusi PL yang lebih maju.

Kami berusaha untuk memastikan bahwa produk Advantech berinteraksi dengan hal-hal di IoT:

• sensor tingkat cair dalam tangki,
• alat analisis gas kromatografi
• unit perlindungan dan pemantauan korosi
• sensor laju aliran,
• Sensor kecepatan motor hidrolik, dll.

Sarana interaksi tersebut adalah protokol untuk pengiriman data yang dikumpulkan oleh semua "hal" ini, yang membutuhkan infrastruktur dan saluran interaksi antara komponen-komponennya.

Infrastruktur MQTT kami mencakup perangkat yang melacak peristiwa fisik dan mempublikasikan data tentang peristiwa tersebut pada pialang pesan aman. Lini produk Advantech memungkinkan Anda untuk tidak hanya membuat Internet, tetapi juga menggunakan router SmartFlex dan eWorks, yang menerbitkan data dan menyediakan antarmuka untuk memantau mereka.

Setelah kami "melepaskan ikatan" perangkat dari aplikasi, Anda dapat menanamkan perangkat dan modul akses Internet ke dalam infrastruktur dan menandatanganinya ke data yang dipublikasikan secara real time melalui protokol MQTT. Pada tahap ini, perlu untuk menunjukkan kepada pengguna, manajer produksi atau manajer SCADA bahwa solusi OT kami lebih baik, lebih cepat, lebih aman dan lebih mudah untuk skala daripada sistem SCADA konvensional.

Sebelumnya, beberapa sistem SCADA tidak dapat berlangganan ke topik yang sama. Tetapi jika sistem tidak terikat dengan aplikasi, kami bahkan tidak harus menentukan sistem SCADA mana yang harus menerima informasi pada tahap pertama atau kedua - semua sistem, program, dan perangkat dapat memiliki akses ke data produksi yang sama secara real time.

Dan pada tahap ini, Anda dapat memilih solusi menarik lainnya dan menanamkannya dalam infrastruktur, misalnya, aplikasi manajemen aset, optimalisasi desain dan pekerjaan teknis, dll.

^{Keunggulan Energi Unik / Solusi Lingkungan Topologi}
Aliran data yang ramping memungkinkan Anda untuk mulai menciptakan Internet Industri Benda-Benda yang sudah kita kenal, termasuk data besar, komputasi awan, dll. Anda dapat menggunakan Microsoft Azure, IBM Bluemix atau AWS IoT, serta Hadoop dan Big Data, Storm and Spark, serta berbagai alat visualisasi dan analisis. Tetapi tidak mungkin berada pada level ini jika perangkat terhubung dengan aplikasi dan tidak dibangun ke dalam infrastruktur yang diperlukan.