Konektivitas Data dalam Arsitektur Referensi Internet Industri

Hari ini, Industrial Internet Consortium (IIC) merilis Industrial Internet Reference Architecture (IIRA). IIC adalah konsorsium Internet of Things (IoT) terbesar dengan lebih dari 170 anggota (iiconsortium.org). Lebih penting lagi, ini adalah satu-satunya yang berfokus pada sistem industri. Rilis publik pertama IIRA adalah gambaran formal arsitektur sistem dari perspektif tingkat tinggi. Ini mencakup semuanya, mulai dari tujuan bisnis hingga interoperabilitas sistem. Arsitektur menetapkan banyak pedoman teknis utama. Secara kritis, ini juga menghilangkan banyak pendekatan; arsitektur adalah tentang apa yang tidak dapat Anda lakukan dan apa yang dapat Anda lakukan.

Kami di Real-Time Innovations (RTI) sangat tertarik dengan satu aspek utama:arsitektur konektivitas IIRA. “Konektivitas”, atau cara berbagai hal berkomunikasi, adalah salah satu tantangan terbesar bagi Industrial Internet of Things (IIoT) yang sedang berkembang. IIRA menggunakan pendekatan “databus” yang inovatif dan terdistribusi yang memudahkan interoperabilitas sekaligus memberikan performa, keandalan, dan keamanan terbaik.

Kekuatan Arsitektur Umum

Pada akhirnya, IIoT adalah tentang membangun sistem terdistribusi. Menghubungkan semua bagian secara cerdas sehingga sistem dapat bekerja, berkembang, dan berfungsi secara optimal adalah inti dari IIRA.

Untuk mengaktifkan IIoT, kita perlu mengembangkan umum arsitektur yang dapat menjangkau kemampuan komputasi, beroperasi antar vendor, dan menjembatani industri. Seiring waktu, teknologi umum yang menjangkau industri selalu menggantikan sistem yang dipesan lebih dahulu. Namun, adopsi tambahan dan mengadaptasi teknologi saat ini juga penting. Oleh karena itu, IIoT harus mengintegrasikan banyak standar dan teknologi konektivitas. Arsitektur IIC secara eksplisit memadukan berbagai teknologi konektivitas ke dalam masa depan yang saling terhubung yang dapat memungkinkan visi menyeluruh tentang dunia baru yang sangat terhubung.

Ini adalah masalah "interoperabilitas", dan ini benar-benar spesialisasi RTI. RTI berpartisipasi dalam 15 standar dan upaya konsorsium yang berbeda. Mereka menjangkau banyak industri:sistem angkatan laut, avionik, listrik, peralatan medis, kendaraan tak berawak, elektronik konsumen, kontrol industri, dan siaran televisi, untuk menyebutkan beberapa saja. Semua fokus pada bagaimana membuat sistem bekerja sama. IIC memanfaatkan pengalaman dari industri ini dan banyak lagi.

Tantangan Integrasi

Ketika Anda menghubungkan banyak sistem yang berbeda, masalah mendasar adalah masalah interkoneksi "N kuadrat". Menghubungkan dua sistem memerlukan pencocokan banyak aspek, termasuk protokol, model data, pola komunikasi, dan parameter kualitas layanan (QoS) seperti keandalan, kecepatan data, atau tenggat waktu. Meskipun menghubungkan dua sistem merupakan tantangan, hal itu dapat diselesaikan dengan "jembatan" tujuan khusus. Tapi itu tidak berskala; menghubungkan N sistem bersama-sama membutuhkan N -jembatan persegi. Sebagai N menjadi besar, ini menjadi menakutkan.

Salah satu cara untuk meringankan masalah ini adalah dengan menjaga N tetap kecil. Anda dapat melakukannya dengan mendiktekan semua standar dan teknologi di semua sistem yang saling beroperasi. Banyak badan standar khusus industri berhasil mengambil jalan ini. Misalnya, European Generic Vehicle Architecture (GVA) menetapkan setiap aspek tentang cara membuat kendaraan darat militer, mulai dari konektor tingkat rendah hingga model data tingkat atas. Upaya Industri 4.0 Jerman mengambil langkah serupa di industri manufaktur, membuat pilihan untuk pemesanan dan pengiriman, desain pabrik, teknologi, dan perencanaan produk. Hanya satu standar per tugas yang diperbolehkan.

Pendekatan ini memudahkan interoperasi. Sayangnya, hasilnya terbatas dalam ruang lingkup karena standar yang dipilih secara kaku tidak dapat menyediakan semua fungsi dan fitur. Ada terlalu banyak persyaratan khusus untuk secara efektif melintasi industri dengan cara ini. Mendikte standar juga tidak mengatasi masalah integrasi warisan. Dua batasan ini (batas cakupan dan warisan) membuat pendekatan ini tidak cocok untuk membangun Internet Industri lintas industri yang luas.

Di ujung lain spektrum, Anda dapat membangun titik jembatan yang sangat umum. Layanan web perusahaan bekerja dengan cara ini, menggunakan "Bus Layanan Perusahaan" (ESB) seperti Apache Camel. Namun, terlepas dari "bus" dalam namanya, ESB bukanlah konsep terdistribusi. Semua sistem harus terhubung ke satu titik, di mana setiap standar yang masuk dipetakan ke format objek umum. Karena semuanya dipetakan ke satu format, ESB hanya memerlukan terjemahan "satu arah", menghindari N -masalah kuadrat. Camel, misalnya, mendukung ratusan adaptor yang masing-masing mengonversi satu protokol atau sumber data.

Sayangnya, ini tidak bekerja dengan baik untuk menuntut sistem industri. Layanan ESB tunggal adalah titik tersedak dan kegagalan yang jelas. ESB adalah program yang besar dan lambat. Di perusahaan, ESB menghubungkan sistem berbutir besar yang mengeksekusi hanya beberapa transaksi per detik. Aplikasi industri membutuhkan layanan yang jauh lebih cepat, andal, dan lebih kecil. Jadi, ESB tidak dapat digunakan untuk sebagian besar penggunaan IIoT.

Standar Inti Konektivitas IIRA

IIRA mengambil pendekatan perantara. Desainnya memperkenalkan konsep "Connectivity Core Standard". Tidak seperti ESB, standar inti adalah konsep terdistribusi. Beberapa titik akhir dapat terhubung langsung ke standar inti. Titik akhir dan subsistem lainnya terhubung melalui "gerbang". Standar inti kemudian menghubungkan semuanya. Hal ini memungkinkan beberapa protokol tanpa harus menjembatani antara semua pasangan yang mungkin. Masing-masing hanya membutuhkan satu jembatan ke inti.

Seperti ESB, ini memecahkan N -masalah kuadrat. Namun, tidak seperti ESB, ia menyediakan inti terdistribusi yang cepat, menggantikan model layanan terpusat. Teknologi konektivitas lama dan kurang mampu berubah melalui gerbang ke standar inti. Hanya ada N transformasi, di mana N adalah jumlah standar konektivitas.

Jelas, desain ini membutuhkan standar konektivitas inti yang sangat fungsional. Beberapa sistem mungkin bertahan dengan inti yang lambat atau sederhana. Namun, sebagian besar sistem industri perlu mengidentifikasi, mendeskripsikan, menemukan, dan mengomunikasikan banyak data dengan tuntutan yang tidak terlihat dalam konteks lain. Banyak aplikasi membutuhkan pengiriman dalam mikrodetik atau kemampuan untuk menskalakan hingga ribuan atau bahkan jutaan nilai data dan node. Konsekuensi dari kegagalan keandalan bisa parah. Karena standar inti benar-benar merupakan inti dari sistem, ia harus bekerja.

IIRA menetapkan fungsi utama yang harus disediakan oleh kerangka konektivitas dan standar intinya:penemuan data, pola pertukaran, dan “kualitas layanan” (QoS). Parameter QoS meliputi keandalan pengiriman, pemesanan, daya tahan, masa pakai, dan fungsi toleransi kesalahan. Dengan kemampuan ini, konektivitas inti dapat mengimplementasikan transportasi yang andal, berkecepatan tinggi, dan aman yang dibutuhkan oleh aplikasi yang menuntut di seluruh industri.

Keamanan juga penting. Untuk membuat keamanan bekerja dengan benar, itu harus dikawinkan dengan arsitektur. Misalnya, standar "inti" dapat mendukung berbagai pola dan kemampuan pengiriman. Desain keamanan harus sama persis dengan itu. Misalnya, jika konektivitas mendukung publish/subscribe, maka keamanannya juga harus. Jika inti mendukung multicast, begitu juga keamanannya. Jika inti mendukung penemuan plug-n-play dinamis, begitu juga keamanannya. Keamanan yang terikat erat dengan arsitektur ini dapat diterapkan kapan saja tanpa mengubah kode. Keamanan menjadi kualitas layanan terkontrol lainnya, meskipun dikonfigurasi dengan lebih kompleks. Ini adalah konsep yang sangat kuat.

Keamanan terintegrasi harus melampaui inti. IIRA memungkinkan untuk itu juga; semua teknologi konektivitas lainnya dapat diamankan di gateway.

DDS sebagai Standar Inti

IIRA tidak menentukan standar; IIC akan mengambil langkah itu di rilis berikutnya. Namun, jelas bahwa standar DDS (Layanan Distribusi Data) sangat cocok dengan IIRA. DDS menyediakan penemuan otomatis, setiap pola yang ditentukan dalam IIRA, semua pengaturan QoS, dan keamanan yang terintegrasi erat.

Ini bukan kecelakaan. Desain konektivitas IIRA sangat mengandalkan pengalaman industri dengan DDS. DDS memiliki ribuan aplikasi yang sukses dalam sistem tenaga (bendungan tenaga air besar, ladang angin, microgrids), obat-obatan (pencitraan, pemantauan pasien, sistem medis darurat), transportasi (kontrol lalu lintas udara, kontrol kendaraan, pengujian otomotif), kontrol industri (SCADA, sistem penambangan, komunikasi PLC), dan pertahanan (kapal, avionik, kendaraan otonom). Pelajaran yang dipetik dalam aplikasi ini berperan penting dalam desain IIRA.

Terima kasih!

Akhir kata, saya ingin menutup dengan mengucapkan terima

[1] [2] 下一页

Taksonomi untuk IIoT Sambungan RTI di Snappy Ubuntu