Don Pham, directeur principal du marketing produit chez IDEC Corporation.

MQTT simplifie la conception des systèmes IoT

En un coup d’oeil:

  • À mesure que les systèmes de communication se sont améliorés et se sont développés à l’ère de l’IoT, le besoin de sécurité des données s’est accru.
  • Le protocole MQTT peut fournir une intégration industrielle efficace et sécurisée avec le cloud en utilisant les principes IIoT.
  • Les protocoles MQTT peuvent également aider les utilisateurs finaux à obtenir une apparence et une convivialité plus grand public pour les applications tout en conservant la robustesse nécessaire dans les environnements industriels.

Les appareils et applications de l’Internet des objets (IoT) offrent aux consommateurs un meilleur accès et un meilleur contrôle de leur vie numérique. Les exemples courants incluent les systèmes intelligents résidentiels comme les thermostats, les appareils électroménagers et les ouvre-portes de garage, chacun pouvant être visualisé et utilisé via un appareil mobile.

Naturellement, ceux qui exploitent des installations commerciales et des sites de fabrication industriels aimeraient profiter des mêmes avantages IoT que les consommateurs personnels. Il existe de nombreuses données utiles à ces emplacements et ces opérateurs de site pourraient bénéficier d’une visibilité à distance de l’état des équipements et des alarmes. Les utilisateurs de l’industrie connaissent déjà les produits d’automatisation traditionnels qui pourraient offrir un certain niveau de connectivité, mais ces produits pourraient être coûteux et difficiles à concevoir, à mettre en œuvre et à entretenir.

Ces dernières années, un ensemble de matériel, de logiciels et de méthodes appelés IoT industriel (IIoT) a amélioré cette situation. Les utilisateurs finaux industriels constateront qu’il est désormais plus simple et moins coûteux d’établir une connectivité à distance à l’aide de l’IIoT en tirant parti de solutions de base et réalisables pour rendre les informations précieuses largement disponibles.

La clé des communications

Les plates-formes d’automatisation industrielle traditionnelles comprennent des automates programmables (API) et des interfaces homme-machine (IHM) spécialisés et robustes connectés à l’aide de diverses méthodes de communication réseau et bus de terrain. Des combinaisons plus importantes d’API et d’IHM peuvent être appelées systèmes de contrôle de supervision et d’acquisition de données (SCADA). Ces éléments ont été conçus pour offrir une fiabilité et une visibilité sur site 24 heures sur 24, mais une intégration et une communication faciles et sécurisées étaient beaucoup moins importantes.

La situation s’est améliorée, d’abord lorsque les protocoles et supports Ethernet câblés industriels sont devenus utilisables pour une utilisation industrielle, et ensuite, lorsque le Wi-Fi a acquis des performances suffisantes pour bien fonctionner pour les applications industrielles.

Aujourd’hui, de nombreux protocoles industriels ont mûri ou ont été développés au cours des dernières années pour bien fonctionner pour les communications de systèmes d’automatisation sur site tels que EtherNet / IP, Modbus TCP et OPC UA. Cependant, ceux-ci sont moins bien adaptés pour offrir une bonne expérience IIoT pour les systèmes informatiques, cloud et de réseau mobile.

Don Pham, directeur principal du marketing produit chez IDEC Corporation.

Architectures IIoT compatibles MQTT

Les produits et protocoles d’automatisation conventionnels nécessitent généralement une configuration et une hiérarchie rigoureuses pour déplacer les données d’un capteur de terrain, vers un contrôleur de terrain, vers un réseau de site, vers un serveur de données PC, puis vers le cloud. L’architecture multicouche qui en résulte signifie que ces types d’implémentations peuvent être compliqués et coûteux à créer et à gérer.

Pour rendre économiquement disponibles les données industrielles pour tous les types d’accès des utilisateurs finaux à distance et mobile, un protocole et une méthodologie plus récents étaient nécessaires pour atteindre les objectifs énumérés ci-dessous, dont certains peuvent sembler en contradiction avec les exigences traditionnelles des réseaux informatiques:

  • Convient aux petites tailles de données utiles
  • Modèle de messagerie adapté aux communications uniquement sur changement
  • Données gérées par de simples «sujets»
  • Moyens de gérer l’état de la connexion
  • Flexibilité pour l’ajout de connexions
  • Dispositions de sécurité

Le protocole qui a pris de l’importance pour résoudre ces problèmes est MQTT, qui fournit de nombreuses fonctionnalités pour répondre aux besoins des utilisateurs IIoT en compressant l’architecture en seulement trois rôles. (Fig. 1):

  • Éditeur (appareil qui crée des données)
  • Courtier (serveur)
  • Abonné (appareil qui utilise des données)

1. MQTT simplifie les architectures de traitement des données industrielles, permettant aux appareils de terrain IoT de terrain compatibles MQTT tels que les API de publier et souscrire des données directement via un courtier.1. MQTT simplifie les architectures de traitement des données industrielles, permettant aux appareils de terrain IoT de terrain compatibles MQTT tels que les API de publier et souscrire des données directement via un courtier.IDEC

Fonctionnalités MQTT adaptées à l’industrie

Les dispositifs d’automatisation industrielle qui incluent la capacité MQTT sont la dernière réponse pour intégrer efficacement, économiquement et en toute sécurité l’automatisation commerciale et industrielle avec le cloud en utilisant les principes IIoT. Il peut s’agir de dispositifs de terrain qui publient simplement des données ou de dispositifs plus complexes tels que des API qui doivent publier et souscrire à des données.

Bien que le trafic réseau associé à l’informatique d’entreprise typique soit relativement important, il diffère pour les paquets de données industriels qui sont le plus souvent petits et peuvent changer fréquemment ou être très intermittents. MQTT convient à ces types de petites charges utiles de données et consomme peu de temps système pour les messages de communication; il est optimisé pour communiquer (et utiliser la bande passante) uniquement selon les besoins.

La plupart des protocoles industriels traditionnels suivent une structure «d’interrogation et de réponse», dans laquelle les utilisateurs doivent soigneusement organiser la source et la destination, et également attribuer un taux d’interrogation qui s’exécute, que les données changent ou non.

MQTT a amélioré la situation avec un modèle «publier et souscrire» ou «pub / sous». Pour pub / sub, les producteurs de données publient des données à un courtier au fur et à mesure que les données deviennent disponibles. Les abonnés informent le courtier des données qu’ils souhaitent et le courtier envoie les données mises à jour aux abonnés existants en cas de modification, ou les dernières données disponibles aux nouveaux abonnés.

Au lieu de prédéfinir des blocs de communication de données volumineux, les utilisateurs configurent plutôt des «sujets» pour gérer les «charges utiles» de données. Un sujet est construit comme une structure en couches, ce qui aide les utilisateurs à organiser les données de manière logique et facile à comprendre (Fig. 2).

2. Les utilisateurs définissent des sujets faciles à comprendre dans MQTT comme des structures en couches pour gérer et organiser les charges utiles de données;  un exemple de sujet pourrait être 2. Les utilisateurs définissent des sujets faciles à comprendre dans MQTT comme des structures en couches pour gérer et organiser les charges utiles de données; un exemple de sujet pourrait être « site / zone_1 / température ».IDEC

Étant donné que les appareils IIoT connectés à l’aide de MQTT peuvent être installés à l’aide de connexions réseau moins fiables trouvées dans des emplacements distants, une caractéristique importante du protocole est la manière dont les abonnés sont avertis si les données source deviennent indisponibles. Cette fonction de «dernier testament» permet à un abonné de détecter un éditeur déconnecté, afin que les utilisateurs puissent configurer le système pour qu’il agisse en conséquence.

De nouveaux abonnés peuvent être ajoutés à tout moment, et chacun se connectera immédiatement et recevra les dernières données et le statut du sujet. Les abonnés et les éditeurs peuvent être ajoutés ou supprimés de manière dynamique à volonté.

Un autre aspect important des communications industrielles est la sécurité. Les implémentations de protocoles industriels traditionnels tels que Modbus TCP et EtherNet / IP permettaient simplement aux appareils de se connecter et de s’y connecter à l’aide d’adresses IP. Il était une fois cela satisfaisant, surtout lorsque ces systèmes étaient isolés du reste du monde.

Pour les systèmes IIoT hautement en réseau d’aujourd’hui, MQTT est le protocole de choix. Il repose sur des mesures de sécurité informatiques éprouvées. Toutes les communications sont initiées par les éditeurs de manière sortante, ce qui est autorisé par la plupart des pare-feu informatiques (et permet au pare-feu de se protéger contre les menaces entrantes). Les courtiers MQTT centralisés garantissent que seuls les éditeurs correctement authentifiés peuvent se connecter.

Mettre MQTT en pratique

Toutes ces fonctionnalités deviennent disponibles dans certains produits d’automatisation. Certains utilisateurs auront des applications ciblées et peuvent être réticents à s’engager dans des plates-formes d’automatisation complexes qui offrent MQTT. Dans certains cas, des micro-automates compatibles MQTT deviennent disponibles afin que les utilisateurs puissent les appliquer de manière économique et commencer à réaliser de la valeur (Fig. 3).

3. Certains micro-automates, comme l'IDEC FC6A présenté ici, intègrent désormais le protocole MQTT afin que les utilisateurs puissent profiter économiquement de la connectivité IIoT.3. Certains micro-automates, comme l’IDEC FC6A présenté ici, intègrent désormais le protocole MQTT afin que les utilisateurs puissent profiter économiquement de la connectivité IIoT.IDEC

Après avoir sélectionné les périphériques et automates compatibles MQTT, il reste encore du travail à faire par les utilisateurs pour établir le courtier. Le courtier peut être créé à l’aide d’un ordinateur sur site, ou plus généralement établi dans le cloud via une connexion Internet. Pour plus de simplicité et une meilleure connectivité globale, de nombreux utilisateurs disposant d’une connectivité Internet préféreront les solutions basées sur le cloud. Il existe trois approches:

  • Rayure complète
  • Abonnez-vous à un service IoT SCADA / tableau de bord
  • Acheter un logiciel IoT SCADA / tableau de bord

Les utilisateurs techniques trouveront que l’option scratch complète est la plus efficace, mais donne le plus de contrôle aux utilisateurs finaux compétents et pourrait générer des économies à long terme. Pour cette méthode, un utilisateur créerait généralement son propre service cloud basé sur une plateforme cloud commerciale telle qu’Amazon Web Services (AWS), Google Cloud Platform (GCP) ou Microsoft Azure. Cela signifie qu’ils doivent développer:

  • Une fonction de gestion des appareils IoT pour authentifier, identifier et communiquer avec les appareils IoT via MQTT
  • Un moteur de règles pour contrôler les données depuis / vers la fonction de gestion IoT et la base de données
  • Une base de données pour stocker toutes les données IoT

L’approche la plus simple pour de nombreux utilisateurs serait de s’abonner à un service cloud SCADA / tableau de bord qui inclut déjà les fonctions énumérées ci-dessus et est hébergé sur les serveurs virtuels d’une plateforme cloud. Une fois le courtier établi, les appareils MQTT peuvent immédiatement publier et s’abonner au courtier, et les utilisateurs peuvent configurer les applications associées pour afficher et rapporter les données (Fig. 4).

4. La plupart des utilisateurs trouveront plus facile d'utiliser un service cloud SCADA / Dashboard pour connecter les données des appareils de terrain compatibles MQTT et les API pour la surveillance à distance et les rapports.4. La plupart des utilisateurs trouveront plus facile d’utiliser un service cloud SCADA / Dashboard pour connecter les données des appareils de terrain compatibles MQTT et les API pour la surveillance à distance et les rapports.IDEC

Une troisième option au milieu des deux précédentes consiste pour les utilisateurs à acheter le logiciel IoT SCADA / tableau de bord et à l’instancier sur un serveur local ou basé sur le cloud. La fonctionnalité qui en résulte peut ressembler beaucoup au service cloud, mais cette option donne à l’utilisateur plus de contrôle et peut-être des économies de coûts.

IIoT avec MQTT simplifie les choses

Les consommateurs typiques connaissent les applications mobiles qui leur permettent d’interagir avec de nombreux types d’appareils et de systèmes. Les utilisateurs finaux commerciaux et industriels recherchent des avantages similaires. Au fur et à mesure que ces utilisateurs commencent à incorporer les méthodes IIoT pour accéder en toute sécurité à leurs actifs, ils découvriront que des dispositifs compatibles MQTT et des micro-automates sont disponibles pour les aider. Les produits et fonctionnalités IIoT modernes sont beaucoup plus simples, plus faciles à mettre en œuvre et moins coûteux que les méthodes SCADA traditionnelles.

Don Pham est le directeur principal du marketing produit chez IDEC Corporation et a plus de 15 ans d’expérience détaillée avec les produits d’automatisation industrielle, y compris les API, les écrans tactiles IHM, la sécurité des machines et les capteurs.

Articles similaires

Commencez à saisir votre recherche ci-dessus et pressez Entrée pour rechercher. ESC pour annuler.

Retour en haut