MQTT và Sparkplug 3.0: Tương lai của tích hợp OT-IT công nghiệp

25 năm trước, khi tôi ngồi lại với Andy Sanford Clark và phát minh ra MQTT, tôi không thể tưởng tượng rằng nó sẽ trở thành tương lai của sự tích hợp OT-IT Công nghiệp. Việc áp dụng MQTT đã phát triển nhanh chóng và vài năm trước, ngành công nghiệp IoT công nghiệp đã nhận ra rằng để đạt được khả năng tương tác thực sự giữa nhà sản xuất dữ liệu dựa trên công nghiệp và người tiêu dùng, chúng tôi cần xác định một không gian tên, tải trọng và nhận thức phiên chung, dẫn đến việc tạo ra thông số kỹ thuật Sparkplug trên MQTT.

Với việc phát hành Sparkplug 3.0 gần đây, các nhà công nghệ có thể hiểu được: tại sao là MQTT, tại sao là Sparkplug và cách chúng hoạt động cùng nhau để kích hoạt tích hợp OT-IT.

MQTT là gì?

Đặc tả MQTT chỉ mô tả cách triển khai phần mềm trung gian hướng thông báo, cơ sở hạ tầng xuất bản/đăng ký. MQTT ban đầu được thiết kế cho giải pháp SCADA quan trọng, thời gian thực với các mục tiêu thiết kế sau:

• Đơn giản: Dễ thực hiện trên các thiết bị rất hạn chế
• Hiệu quả: Sử dụng càng ít băng thông/dấu chân càng tốt
• Trạng thái: Cần thiết cho nhắn tin tập trung vào OT
• Mở: Không khóa nhà cung cấp

MQTT có hai tiêu chuẩn mở, tiêu chuẩn OASIS và tiêu chuẩn ISO. Có rất nhiều sản phẩm và giải pháp trên thị trường hiện nay và CNTT sử dụng MQTT rộng rãi. Amazon AWS IoT, Microsoft Azure IoT Hub, IBM Watson IoT và Facebook Messenger đều sử dụng MQTT.

MQTT có hai loại ứng dụng: máy chủ MQTT hoặc nhà môi giới và máy khách MQTT. Một tin nhắn MQTT có ba thành phần: chủ đề, tải trọng và chất lượng dịch vụ. Chủ đề là các chuỗi được phân cách bằng dấu gạch chéo và có thể được sử dụng làm cấu trúc phân cấp để định tuyến thư. Có ba cấp độ chất lượng dịch vụ (QOS): cháy và quên, ít nhất một lần, và một lần và chỉ một lần.

Điều Andy và tôi đã không làm là chúng tôi không định nghĩa bất kỳ định nghĩa tải trọng nào. Tải trọng là một mảng byte nhị phân không có lược đồ hoặc định dạng được xác định trong đặc tả. Bằng cách để mở không gian tên và tải trọng, mọi người có thể tối ưu hóa MQTT cho ứng dụng của họ trong tầm tay. Đó là lý do tại sao MQTT rất phổ biến trong tiếp thị ngày nay, bởi vì nó rất tuyệt – nhưng nó không đủ để làm bất cứ điều gì nếu không có định nghĩa thêm. Cả mặt tốt và mặt xấu của MQTT là – bạn có thể xuất bản bất kỳ thứ gì bạn muốn về bất kỳ chủ đề nào. Nếu không có những định nghĩa đó, chúng tôi không thể có được khả năng tương tác cần thiết để thu hẹp khoảng cách từ OT sang IT.

Thêm ngữ cảnh vào MQTT bằng Sparkplug

Dữ liệu OT bao gồm các giao thức độc quyền, nhiều định dạng dữ liệu và không có thông tin theo ngữ cảnh. Nó được thiết kế cho các hoạt động, khác nhau giữa các phân khúc thị trường, được kết hợp trực tiếp với các ứng dụng và thường tồn tại trong các mạng bị cô lập. Nhu cầu dữ liệu CNTT thường đối lập trực tiếp, yêu cầu các đối tượng dữ liệu và mô hình hóa, định dạng dữ liệu tiêu chuẩn, thông tin theo ngữ cảnh, tách rời với doanh nghiệp và tích hợp dễ dàng và an toàn. Hai điều này trái ngược nhau, nhưng có một câu trả lời tiêu chuẩn mở: Sparkplug.

Sparkplug là một đặc điểm kỹ thuật mới hơn trong dự án Eclipse Tahu xác định cách sử dụng MQTT trong môi trường thời gian thực, quan trọng đối với nhiệm vụ. Sparkplug xác định một không gian tên chủ đề MQTT tiêu chuẩn, tải trọng và quản lý trạng thái phiên cho các ứng dụng công nghiệp đồng thời đáp ứng các yêu cầu triển khai kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) theo thời gian thực. Đặc tả Sparkplug B cung cấp mô hình dữ liệu cần thiết để xác định giá trị thẻ để sử dụng với OT, đồng thời cung cấp dữ liệu cho CNTT, khiến dữ liệu có thể tự khám phá 100% và dễ sử dụng.

• Xác định không gian tên chủ đề tập trung vào OT để tự động khám phá: Xác định một không gian tên chủ đề nổi tiếng, vì vậy bạn có thể đăng ký và khi có thư đến, bạn biết cấu trúc của không gian tên, nó đến từ đâu và phải làm gì với nó.
• Xác định mô hình/nội dung từ cạnh: “Định nghĩa mẫu” Sparkplug cho phép thông báo xác định mô hình dữ liệu và được sử dụng nhiều lần.
• Xác định tải trọng biến quy trình có thể mở rộng tập trung vào OT: Thêm ngữ cảnh như tên, giá trị, dấu thời gian, loại dữ liệu, đơn vị/phạm vi kỹ thuật và các thuộc tính tùy chỉnh khác theo yêu cầu.
• Xác định quản lý trạng thái MQTT: Cung cấp báo cáo theo ngoại lệ, lệnh và kiểm soát hai chiều, đồng thời cho phép lưu trữ và chuyển tiếp.

Sparkplug hoạt động trên máy chủ hoặc nhà môi giới MQTT, giữa các nút cạnh hoặc nhà sản xuất dữ liệu và ứng dụng máy chủ. Mục tiêu là lấy dữ liệu từ ứng dụng khách MQTT này sang ứng dụng khách MQTT khác và Sparkplug được xây dựng dựa trên ý tưởng đó để đáp ứng nhu cầu của cả hai phía của phương trình.

Sparkplug 3.0: Biên giới mới nhất

Vài năm trước, Cirrus-link đã phát hành Sparkplug cho Eclipse Foundation và chúng tôi tiếp tục làm việc để cập nhật và phát triển nó để đáp ứng nhu cầu triển khai IoT công nghiệp. Có rất nhiều thứ cần được làm sạch trong đặc điểm kỹ thuật cho bản phát hành gần đây nhất, Sparkplug 3.0. Đây là bản phát hành đầu tiên theo quy trình đặc tả của Quỹ Eclipse và chúng tôi đã làm việc để giúp dễ dàng triển khai với ngôn ngữ chính xác hơn, các cải tiến đối với thông báo STATE và các cải tiến đối với Eclipse Tahu để trở thành triển khai tương thích đầu tiên.

Sparkplug 3.0 bao gồm Bộ công cụ tương thích công nghệ (TCK) để xác thực tính tương thích. TCK được chạy thông qua một giao diện người dùng web đối với hồ sơ Sparkplug hoặc quá trình triển khai của bạn và với điều đó, chúng tôi có thể sử dụng công cụ để tạo báo cáo mức độ phù hợp cho biết liệu việc triển khai có thành công hay không bằng cách đáp ứng mọi tuyên bố chỉ định trong thông số kỹ thuật. Các sản phẩm đã được liệt kê là “Tương thích với Sparkplug” đầy đủ bao gồm Máy chủ, Nhà phân phối, Động cơ và Truyền tải MQTT của Cirrus-Link, Eclipse Tahu, Cộng đồng nhà môi giới HiveMQ và Phiên bản chuyên nghiệp, Phần mở rộng HiveMQ Sparkplug-Aware, Đánh lửa bằng tự động quy nạp và Máy khách N3uron cho Sparkplug.

Chúng tôi cũng đang nỗ lực hướng tới việc phát hành thông số kỹ thuật Sparkplug dưới dạng tiêu chuẩn hóa toàn cầu ISO/IEC vào tháng 6 năm nay.

Phần kết luận

Hãy tưởng tượng một môi trường mà mọi thiết bị xử lý mà bạn có, cho dù nó ở trong một nhà máy hay trải rộng trên một khu vực địa lý rộng lớn, đều là nguồn thông tin chính xác duy nhất của nó. Sau đó, hãy nghĩ về việc mọi người tiêu dùng dữ liệu được ủy quyền trong toàn doanh nghiệp của bạn có quyền truy cập vào thông tin này, có thể tự khám phá 100% và có thể sử dụng thông tin đó để thu thập thông tin chuyên sâu, thúc đẩy đổi mới và nhận ra giá trị thực của thông tin quy trình của bạn. Đó là lời hứa của MQTT Sparkplug.

Đọc thêm