MQTT: Übertragung von Daten von der OT an die IT, ohne die Datenintegrität zu verlieren
Während IT und OT expandieren und sich in unterschiedliche Richtungen entwickeln, jede mit ihren eigenen Zielen und Prioritäten, konzentriert sich die IT auf Daten und die OT auf Prozesse. IT/OT-Konvergenz ist der Schlüssel, um Unternehmen in der industriellen Welt voranzubringen.
Obwohl Daten traditionell im Fokus der IT stehen, spielen sie auch in OT-Prozessen eine wichtige Rolle. Daten zu sammeln ist eine Herausforderung, sie zu nutzen eine andere.
Wie können Daten reibungslos von OT zu IT übertragen werden, ohne die Hardware zu überlasten oder die Datenintegrität zu verlieren?
MQTT hat sich im Laufe der Jahre als Standard für die IT/OT-Kommunikation etabliert und ermöglicht einen effizienten und zuverlässigen Datenaustausch zwischen Systemen und Geräten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Protokollen ist es bekannt für seine Leichtigkeit, Effizienz und Zuverlässigkeit. Aber bevor wir uns mit den Vorteilen befassen, wollen wir die Geschichte von MQTT und seine Funktionsweise kennenlernen.
Wann wurde MQTT entwickelt?
IBM hat das MQTT-Protokoll 1999 entwickelt. Ursprünglich hieß es MQ Telemetry Transport, wobei „MQ“ für die Produktreihe von IBM steht. Das Protokoll wurde für Telemetrieanwendungen in der Öl- und Gasindustrie verwendet, wo ein niedriger Stromverbrauch und eine geringe Bandbreite erforderlich sind.
Im Laufe der Zeit stellte IBM MQTT 3.1 als offenes Protokoll zur Verfügung. 2014 wurde es dann von OASIS standardisiert.
2019 wurde eine aktualisierte Version namens MQTT 5 veröffentlicht. Interessanterweise ist MQTT nicht mehr nur ein Akronym, sondern der Name des Protokolls selbst.
Wie funktioniert MQTT?
MQTT folgt einem Publisher/Subscriber-Modell, das zwei Schlüsselkomponenten umfasst:
- MQTT Broker: Der Mediator für die gesamte Client-to-Client-Kommunikation. Wenn ein Gerät eine Nachricht freigeben möchte, leitet es sie an den Broker weiter, und der Broker stellt sicher, dass sie den richtigen Empfänger erreicht.
- MQTT Client: Kann ein Publisher, ein Subscriber oder beides sein. Ein Publisher ist eine Maschine, die Nachrichten sendet, während ein Subscriber auf bestimmte Nachrichten wartet, an denen er interessiert ist.
Zunächst erstellt der Client eine Sitzung mit dem Broker. Sobald die Verbindung hergestellt ist, können Kunden Nachrichten senden, wenn sie etwas zu teilen haben, Themen abonnieren, an denen sie interessiert sind, oder beides gleichzeitig tun.
Wenn eine Nachricht gesendet wird, empfängt der Broker sie und verhält sich wie ein Filter, der sicherstellt, dass sie an die Subscriber weitergeleitet wird, die an dieser Art von Nachricht interessiert sind.
Im Wesentlichen vereinfacht MQTT die Kommunikation zwischen Geräten durch die Verwendung dieses Publisher/Subscriber-Setups. Der Broker verwaltet den Nachrichtenfluss zwischen den Clients und stellt sicher, dass jeder die Informationen erhält, die er benötigt.
Funktionen zur Entkopplung von MQTT Publisher/Subscriber
Da der Broker zwischen der Kommunikation der Clients steht, eliminiert er die direkte Verbindung zwischen den Maschinen und bietet eine unterbrechungsfreie Kommunikation für die Veröffentlichung und das Abonnieren von Nachrichten zwischen den Clients.
Diese Entkopplungsfunktion ist in mehrere Dimensionen unterteilt:
- Räumliche Entkopplung, bei der die Kunden einander nicht kennen (sie müssen nur den Broker kennen).
- Zeitliche Entkopplung, bei der Kunden dasselbe Thema zu unterschiedlichen Zeiten veröffentlichen und abonnieren können.
- Entkopplung der Synchronisierung, bei der Clients asynchron arbeiten können, ohne dass eine Reaktion voneinander erforderlich ist.
Im Vergleich zu herkömmlichen OPC/UA-Mechanismen bietet dieses entkoppelte Kommunikationsmodell erhebliche Vorteile für OT-Anwender.
Im Gegensatz zu OPC/UA, das direkte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen Geräten und Servern erfordert, ermöglicht die Entkopplung von MQTT eine höhere Flexibilität, Skalierbarkeit und Ausfallsicherheit.
OT-Systeme lassen sich nahtlos in die IT-Infrastruktur integrieren, ohne eng an bestimmte Protokolle oder Hardwareabhängigkeiten gebunden zu sein, was die Interoperabilität erleichtert und zukunftssichere Bereitstellungen ermöglicht.
Wo kann MQTT nützlich sein?
Die Implementierung von MQTT eignet sich besonders für Szenarien, in denen Flexibilität, Skalierbarkeit und Datenaustausch in Echtzeit besonders wichtig sind.
Energiemanagementsysteme
In Produktionsstätten oder gewerblichen Gebäuden kann MQTT in Energiemanagementsysteme integriert werden, um den Energieverbrauch in Echtzeit zu überwachen und zu steuern. IT-Plattformen können diese Daten analysieren, um den Energieverbrauch zu optimieren, während OT-Systeme die Geräteeinstellungen dynamisch anpassen können, um maximale Effizienz zu erzielen.
Vorausschauende Wartung
Durch die Nutzung des leichtgewichtigen Messaging von MQTT können OT-Systeme Sensordaten zur vorausschauenden Wartung an Analyseplattformen übertragen. Dadurch werden Ausfallzeiten reduziert und die Anlagenleistung optimiert.
Systeme zur Überwachung im Gesundheitswesen
In Gesundheitseinrichtungen kann MQTT medizinische Geräte, Patientenüberwachungssysteme und Plattformen für elektronische Patientenakten (EHR) integrieren. OT-Anwendungen können Vital- und Sensordaten von Patienten zur Fernüberwachung, Warnung und prädiktiven Analyse an IT-Systeme übertragen und so die Patientenversorgung und die betriebliche Effizienz verbessern.
Lieferketten- und Bestandsmanagement
MQTT erleichtert die Kommunikation zwischen Produktionssystemen, Plattformen für Lagerverwaltungssysteme (WMS) und ERP-Plattformen (Enterprise Resource Planning). OT-Systeme bieten IT-Systeme Echtzeit-Bestandsaktualisierungen, Sendungsverfolgung und Nachfrageprognosen, um die Lagerbestände, die Auftragsabwicklung und die Transparenz der Lieferkette zu optimieren.
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