IIoT工业4.0

如何使用MQTT SparkPlug构建可扩展的数据模型

桥接OT / IT间隙的关键是实现成功的数据建模,这是组织的定义和组织业务流程的方式。

由阿伦尼珀 2021年5月20日
礼貌:Cirrus Link

一些正在经历数字化转型的公司期望从运营技术(OT)数据到企业应用程序(见图1)的直线、简单的直线。他们希望收集数据,添加一些信息技术(IT)/云工具,并实现简单的物联网(IoT)解决方案。在现实中,OT数据来自各种不同的数据类型,需要复杂的IT/云工具来理解它们。OT数据需求与IT数据需求有很大差异,企业需要一种方法来满足双方的需求,从而成功地拥抱物联网和数字转型。

OT数据包括专有协议和多种数据格式,在市场段中变化,不包括没有上下文信息。数据专为操作而设计,并通过轮询/响应方法检索,然后直接耦合到孤立网络上的应用程序。

IT需要数据对象和建模的数据,以标准数据格式,具有上下文信息,并且必须是安全的和易于集成的。数据应该与企业解耦,最好使用发布/订阅方法进行检索。

图1:数字变换看起来很简单,但数据非常复杂。礼貌:Cirrus Link

图1:数字变换看起来很简单,但数据非常复杂。礼貌:Cirrus Link

桥接OT / IT间隙的关键是能够成功的数据建模。数据建模是组织如何定义和组织其业务流程以解锁其数据的值。除非它们将数据放入统一格式化到云(模型)中,否则它们不能对数据进行任何有用的任何东西。正如我喜欢说,“垃圾焚出来就是垃圾出来。”数据模型允许组织中的每个人更有效地了解并使用单一的真相来更有效地使用数据 - 没有垃圾。成功的数据建模可以导致业务改进从减少的循环时间到更少的错误,以改善协作。

然而,今天的物联网解决方案市场面临着一个挑战:如何将OT数据连接到IT系统以进行数据建模和数据集成。

公司已经完成了它,但它需要大量的自定义工作,代码和技术的蜘蛛网。这么多客户试图收集他们的数据并将其提升到云端,但他们最终在云中的某个地方的数据湖中获得了大量的过程变量。他们还没有解决数据模型问题;他们刚把它搬下了。系统集成商经常过度简化过程,告诉客户他们将进入并编写一些代码,但是最常见的问题是解决方案不会缩放。无论他们编写多少代码,没有数据模型,它都不可扩展。

消息排队遥测传输(MQTT),开放式,发布/订阅网络协议,与SparkPlug Eclipse规范相结合,提供了更简单的答案。

图2:使用MQTT Sparkplug连接OT数据作为单一的真实源。礼貌:Cirrus Link

图2:使用MQTT Sparkplug连接OT数据作为单一的真实源。礼貌:Cirrus Link

一个以中心的数据模型

MQTT Sparkplug被誉为一种优秀的物联网协议,因为它是一种轻量级、发布/订阅网络协议,简单、高效、安全且开放,没有供应商锁定。MQTT是一个面向消息的中间件,因此客户机连接到代理,然后发布信息。数据是解耦的,所以一个边缘设备可以发布一个指标,100个(或更多)应用程序可以订阅。其好处是有据可查的。然而,这里的目的是关注Sparkplug B规范的一个好处——它定义了一个以ot为中心的数据模型/资产。

Sparkplug.是Eclipse Tahu项目中的一个新规范,它定义了如何在关键任务的实时环境中使用MQTT。Sparkplug为工业应用程序定义了标准的MQTT主题名称空间、有效负载和会话状态管理,同时满足实时监控和数据采集(SCADA)实现的需求。火花塞B规范提供了定义标签值所需的数据模型,用于与OT一起使用,也提供了数据给IT,使其100%自我发现和易于消费。

MQTT倡导建立一个单一的事实来源模型、资产和标签的边缘,使不来自各种数据源的数据,协议和定义(参见图2)。当客户正在设计一个物联网系统,当他们开始他们的设计,它是理想的数据模型尽可能边缘。理想情况下,数据模型应该在设备中建立可靠的、单一的真实来源。

标签是这个谜题的唯一一块,通常由物联网平台和解决方案解决,但MQTT Sparkplug超越标签,为模型和资产创建一个单一的真相来源。如果没有自定义代码、脚本、Python、Java或任何其他复杂的自产自用的东西,很少能扩展或长期工作。

收集OT数据并将模型/资产/标签转换为MQTT SparkPlug时,可以将数据发送到云和企业应用程序,以便在没有任何编程或编码的情况下自动创建数据模型。OT数据被转换为IT数据,然后放入大数据的标准接口,从而导致可扩展的数据洞察和业务改进。

Windfarm示例

CirrusLink为风力发电厂的MQTT Sparkplug数据建模功能构建了一个示例用例。我们连接了一个风力涡轮机,用MQTT Sparkplug添加了属性和过程变量,然后在AWS SiteWise中创建了模型。这个解决方案的好处是,公司可以从专业技术所在的位置开始,即风力涡轮机的边缘,然后创建模型,供任何第三方或云应用程序使用。MQTT Sparkplug提供了创建一个模型的技术,该模型表示:“这是一个风力涡轮机,在这个位置,有这些过程变量:风速,转速和方向。”然后MQTT Sparkplug提供了一个从边缘到云的单一真实来源的模型。

现在,任何物联网平台、解决方案或应用程序都可以是数据模型的消费者或提供者。除了MQTT Sparkplug之外,没有其他技术允许公司构建通用数据模型,然后是资产,然后填充资产。没有编码吗?闻所未闻的。OPC UA数据模型在某种程度上具有竞争性,但你不能自己创建这些模型。另外,解决方案的真正优点是MQTT Sparkplug支持的适当的模型/资产/标记定义允许大规模复制解决方案。MQTT Sparkplug内建的用于定义数据模型和资产的独特功能被证明是物联网市场的一个重要区别。


阿伦尼普斯
作者简介:阿伦尼普斯是Cipper的总统和CTO。他为SCADA行业带来了超过40多年的经验,担任CERRUS链接作为总裁兼首席技术官。他是普遍计算的早期建筑师之一,也是事物互联网和共同发明的MQTT,这是一项发布的订阅网络协议,已成为IOT中的主导消息标准。阿伦拥有来自俄克拉荷马州立大学的电气和电子工程(BSEE)的学士学位。