pub-sub網(wǎng)絡(luò)通訊模式 可解決IIoT建置常見(jiàn)問(wèn)題
支持MQTT與Sparkplug的發(fā)布-訂閱(publish-subscribe;pub-sub)網(wǎng)絡(luò)通訊模式,可解決工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)應(yīng)用常見(jiàn)的問(wèn)題。客戶端僅向外聯(lián)機(jī)至broker能提升安全性;提供聯(lián)機(jī)不穩(wěn)定的遠(yuǎn)程裝置壓縮載荷(compressed payload)與狀態(tài)通訊(stateful communicaTIon)可確保資料傳輸可擴(kuò)充性;離線裝置自動(dòng)重新聯(lián)機(jī)與資料傳輸功能則減少對(duì)IT的倚賴。
據(jù)報(bào)導(dǎo),IIoT應(yīng)用須取得控制系統(tǒng)與設(shè)備中的資料,但不能被允許直接存取這些系統(tǒng)以確保安全;IIoT應(yīng)用擷取的資料涵蓋本地與遠(yuǎn)程設(shè)施的系統(tǒng)與設(shè)備,由于范圍廣泛資料擷取(data acquisiTIon)的可擴(kuò)充性是關(guān)鍵課題;IT有本身的優(yōu)先事務(wù),可能無(wú)法實(shí)時(shí)配合IIoT的需求。因此選擇能處理這些問(wèn)題的資料通訊模式至為關(guān)鍵。
要求-回應(yīng)(request-response)網(wǎng)絡(luò)通訊模式在自動(dòng)化環(huán)境中,典型的客戶端為PC上的人機(jī)接口(HMI),向控制器要求資料,而與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)傳感器聯(lián)機(jī)的可程序邏輯控制器(PLC)或可程序自動(dòng)化控制器(PAC)則是回應(yīng)HMI提供資料的服務(wù)器。
在要求-回應(yīng)模式下,HMI與控制器間必須建立各別的直接聯(lián)機(jī),且由于控制器資料更新時(shí)間不定,HMI需定期要求資料,而每個(gè)控制器也要不斷重覆回應(yīng)所有HMI的要求。
若控制器能力與網(wǎng)絡(luò)帶寬充足,則要求-回應(yīng)是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的可靠模式,適合安全的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。不過(guò)在多重HMI與多重控制器的自動(dòng)化環(huán)境,網(wǎng)絡(luò)的流量很快會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
pub-sub網(wǎng)絡(luò)通訊模式中,所有的資料由中介的broker或服務(wù)器負(fù)責(zé)接收與分送,pub-sub的客戶端可向broker發(fā)布與訂閱資料。發(fā)布方以主動(dòng)回報(bào)狀況變化(report by excepTIon)方式發(fā)布資料,僅傳送更新給broker,broker并不儲(chǔ)存資料,而是實(shí)時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)傳給訂閱這項(xiàng)資料的客戶端。
pub-sub模式在多重訂閱方與發(fā)布方的自動(dòng)化環(huán)境,訂閱方與發(fā)布方不需建立個(gè)別的直接聯(lián)機(jī),而由每個(gè)裝置與broker間的單一直接聯(lián)機(jī)取代,且由于僅傳輸更新的資料,網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)顯著降低,因此能運(yùn)用低帶寬、高成本或不可靠的網(wǎng)絡(luò)傳送資料,相當(dāng)適合遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)測(cè)等IIoT應(yīng)用。
pub-sub的傳輸協(xié)定MQTT發(fā)展于1999年,日后成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)與OASIS的標(biāo)準(zhǔn),Cirrus Link SoluTIons于2016年發(fā)表Sparkplug規(guī)格,新增binary封裝(encapsulation)、裝置狀態(tài)(device state)與主題定義(topic definition),讓MQTT更容易建置且更適合工業(yè)環(huán)境的關(guān)鍵應(yīng)用。
由于所有MQTT與Sparkplug資料都是向外傳送,IIoT應(yīng)用在安全性與IT支持的顧慮都可降至最低。此外,支持MQTT與Sparkplug的pub-sub架構(gòu),資料通訊方式的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較輕,能讓大量資料以高效率且stateful的方式在多重訂閱方與發(fā)布方之間傳輸,解決資料傳輸可擴(kuò)充性的問(wèn)題。