Conectividad de datos en la arquitectura de referencia de Internet industrial

Hoy, el Consorcio de Internet Industrial (IIC) lanzó la Arquitectura de Referencia de Internet Industrial (IIRA). La CII es el mayor consorcio de Internet de las cosas (IoT) con más de 170 miembros (iiconsortium.org). Más importante aún, es el único enfocado en sistemas industriales. El primer lanzamiento público del IIRA es una descripción general formal de la arquitectura de sistemas desde una perspectiva de alto nivel. Cubre todo, desde los objetivos comerciales hasta la interoperabilidad del sistema. La arquitectura establece muchas pautas técnicas clave. Críticamente, también elimina muchos enfoques; una arquitectura se trata tanto de lo que no se puede hacer como de lo que se puede hacer.

En Real-Time Innovations (RTI) estamos más entusiasmados con un aspecto clave:la arquitectura de conectividad IIRA. La “conectividad”, o cómo se comunican las cosas, es uno de los mayores desafíos para el emergente Internet industrial de las cosas (IIoT). El IIRA adopta un enfoque innovador y distribuido de "bus de datos" que facilita la interoperabilidad al tiempo que proporciona el máximo rendimiento, confiabilidad y seguridad.

El poder de la arquitectura común

En última instancia, el IIoT se trata de construir sistemas distribuidos. Conectar todas las partes de manera inteligente para que el sistema pueda funcionar, escalar, evolucionar y funcionar de manera óptima es el quid del IIRA.

Para habilitar el IIoT, necesitamos desarrollar un común arquitectura que puede abarcar la capacidad de computación, interoperar entre proveedores e industrias de puente. Con el tiempo, las tecnologías comunes que abarcan industrias siempre reemplazan a los sistemas personalizados. Sin embargo, la adopción incremental y la adaptación de la tecnología actual también son cruciales. El IIoT debe, por lo tanto, integrar muchos estándares y tecnologías de conectividad. La arquitectura de la CII combina explícitamente las diversas tecnologías de conectividad en un futuro interconectado que puede permitir la visión amplia de un nuevo mundo enormemente conectado.

Este es el problema de la "interoperabilidad" y es realmente la especialidad de RTI. RTI participa en 15 estándares diferentes y esfuerzos de consorcios. Abarcan muchas industrias:sistemas navales, aviónica, energía, dispositivos médicos, vehículos no tripulados, electrónica de consumo, control industrial y transmisión de televisión, por nombrar solo algunos. Todos se centran en cómo hacer que los sistemas funcionen juntos. La CII se basa en la experiencia de estas industrias y más.

El desafío de la integración

Cuando conecta muchos sistemas diferentes, el problema fundamental es el problema de la interconexión de "N cuadrados". La conexión de dos sistemas requiere hacer coincidir muchos aspectos, incluido el protocolo, el modelo de datos, el patrón de comunicación y los parámetros de calidad de servicio (QoS) como confiabilidad, velocidad de datos o fechas límite. Si bien conectar dos sistemas es un desafío, se puede resolver con un “puente” de propósito especial. Pero no escala; conectando N sistemas juntos requieren N -Puentes cuadrados. Como N se vuelve grande, esto se vuelve abrumador.

Una forma de aliviar este problema es mantener N pequeño. Puede hacerlo dictando todos los estándares y tecnologías en todos los sistemas que interoperan. Muchos organismos de normalización específicos de la industria toman este camino con éxito. Por ejemplo, la Arquitectura de vehículos genérica europea (GVA) especifica todos los aspectos de cómo construir vehículos terrestres militares, desde conectores de bajo nivel hasta modelos de datos de nivel superior. El esfuerzo de German Industrie 4.0 toma un paso similar en la industria de fabricación, tomando decisiones para pedidos y entregas, diseño de fábrica, tecnología y planificación de productos. Solo se permite un estándar por tarea.

Este enfoque facilita la interoperación. Desafortunadamente, el resultado tiene un alcance limitado porque los estándares elegidos de manera rígida no pueden proporcionar todas las funciones y características. Simplemente hay demasiados requisitos especiales para cruzar industrias de esta manera de manera efectiva. El dictado de estándares tampoco aborda el problema de la integración heredada. Estas dos restricciones (límites de alcance y heredados) hacen que este enfoque no sea adecuado para construir una Internet industrial de amplio alcance e intersectorial.

En el otro extremo del espectro, puede construir un punto de puente muy general. Los servicios web empresariales funcionan de esta manera, utilizando un "Bus de servicio empresarial" (ESB) como Apache Camel. Sin embargo, a pesar del "bus" en su nombre, un ESB no es un concepto distribuido. Todos los sistemas deben conectarse a un solo punto, donde cada estándar entrante se asigna a un formato de objeto común. Debido a que todo se asigna a un formato, el ESB solo requiere una traducción "unidireccional", evitando la N -problema al cuadrado. Camel, por ejemplo, admite cientos de adaptadores, cada uno de los cuales convierte un protocolo o fuente de datos.

Desafortunadamente, esto no funciona bien para sistemas industriales exigentes. El servicio ESB único es un obvio punto de estrangulamiento y falla. Los ESB son programas grandes y lentos. En la empresa, los ESB conectan sistemas de gran tamaño que ejecutan solo unas pocas transacciones por segundo. Las aplicaciones industriales necesitan un servicio mucho más rápido, confiable y de menor tamaño. Por lo tanto, los ESB no son viables para la mayoría de los usos de IIoT.

El estándar básico de conectividad IIRA

El IIRA adopta un enfoque intermedio. El diseño introduce el concepto de un "Estándar básico de conectividad". A diferencia de un ESB, el estándar central es en gran medida un concepto distribuido. Algunos puntos finales se pueden conectar directamente al estándar principal. Otros puntos finales y subsistemas se conectan a través de "puertas de enlace". Luego, el estándar central los conecta a todos. Esto permite múltiples protocolos sin tener que hacer un puente entre todos los pares posibles. Cada uno necesita solo un puente al núcleo.

Como un ESB, esto resuelve el N -problema al cuadrado. Pero, a diferencia de un ESB, proporciona un núcleo distribuido rápido que reemplaza el modelo de servicio centralizado. Las tecnologías de conectividad heredadas y de menor capacidad se transforman a través de una puerta de enlace al estándar central. Solo hay N transformaciones, donde N es el número de estándares de conectividad.

Obviamente, este diseño requiere un estándar de conectividad central muy funcional. Algunos sistemas pueden funcionar con núcleos lentos o simples. Pero la mayoría de los sistemas industriales necesitan identificar, describir, encontrar y comunicar una gran cantidad de datos con demandas que no se ven en otros contextos. Muchas aplicaciones necesitan entregarse en microsegundos o la capacidad de escalar a miles o incluso millones de valores de datos y nodos. Las consecuencias de un fallo de fiabilidad pueden ser graves. Dado que el estándar central es realmente el núcleo del sistema, tiene que funcionar.

El IIRA especifica las funciones clave que el marco de conectividad y su estándar central deben proporcionar:descubrimiento de datos, patrones de intercambio y "calidad de servicio" (QoS). Los parámetros de QoS incluyen funciones de confiabilidad de entrega, pedidos, durabilidad, vida útil y tolerancia a fallas. Con estas capacidades, la conectividad central puede implementar el transporte confiable, de alta velocidad y seguro que requieren las aplicaciones exigentes en todas las industrias.

La seguridad también es fundamental. Para que la seguridad funcione correctamente, debe estar íntimamente ligada a la arquitectura. Por ejemplo, el estándar "básico" puede admitir varios patrones y capacidades de entrega. El diseño de seguridad debe coincidir exactamente con esos. Por ejemplo, si la conectividad admite publicación / suscripción, también debe hacerlo la seguridad. Si el núcleo admite multidifusión, también debe hacerlo la seguridad. Si el núcleo admite el descubrimiento dinámico plug-n-play, también debe hacerlo la seguridad. La seguridad que está tan íntimamente ligada a la arquitectura se puede imponer en cualquier momento sin cambiar el código. La seguridad se convierte simplemente en otra calidad de servicio controlada, aunque configurada de manera más compleja. Este es un concepto muy poderoso.

La seguridad integrada debe extenderse más allá del núcleo. El IIRA también lo permite; todas las demás tecnologías de conectividad se pueden asegurar en las puertas de enlace.

DDS como estándar básico

El IIRA no especifica estándares; la CII dará ese paso en la próxima versión. Sin embargo, está claro que el estándar DDS (Servicio de di

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