Data Distribution Service DDS IoT-Daten in Echtzeit

Will man Managementsysteme für das industrielle Internet of Things (IIoT) entwickeln, dann müssen alle beteiligten Geräte ihre Daten in Echtzeit bereitstellen können. Diesen Datenaustausch stellt z.B. der ­Data Distribution Service sicher.

Die zunehmende Verfügbarkeit vernetzter Feldgeräte treibt die Entwicklung des industriellen Internets der Dinge (IIoT) voran. Dadurch können Unternehmen die Daten dieser Geräte in Echtzeit verarbeiten. So können sie unmittelbar auf Ereignisse reagieren, wenn sie auftreten. Durch ein solches Echtzeitverhalten werden sowohl fundiertere Entscheidungen als auch neue Dienstleistungen möglich, mit denen man Kosten senken und sich auch neue Einnahmequellen erschließen kann.

Um solche Lösungen auch in die Tat umsetzen zu können, insbesondere im Hinblick auf die Effizienz der Betriebsabläufe, müssen leistungsfähige Software-Architekturen für das IIoT geschaffen werden, mit denen man große Mengen an verwertbaren Daten verwalten kann. Das gilt sowohl für die neue Generation smarter Maschinen bzw. Geräte als auch für die bereits installierte Ausrüstung. Deshalb ist eine Layer-Architektur erforderlich, die diverse Software-, Netzwerk- und Telekommunikationstechnologien integrieren kann (Bild 1).

Herausforderung: viele Dienste

Diese Heterogenität von Geräten, Maschinen und Anlagen erfordert den Einsatz neuer Technologien, die inter­operabel sind, sowie eine Architektur, die auch ältere Protokolle unterstützen kann. Ein solches Setup kann durch die Integration von Protokollbrücken auf Basis des Data Distribution Service (DDS) der Object Management Group (OMG) erreicht werden. Er ist in der Lage, Gerätedaten unterschiedlichster Formate in eine einheitliche Form zu übersetzen, sodass sie von dezentralen Edge Devices verarbeitet werden können. Die hier wiederum generierten Daten und Entscheidungen können dann in Echtzeit über die lokalen Netze (LANs) mit weiteren Edge Devices und zentralisierten Steuersystemen verbunden werden. Solche Datenaustausch-Plattformen werden bereits in Smart-Grid-Applikationen wie beispielsweise dezentralen Microgrids eingesetzt. Hier ist eine hohe Performance nötig sowie Funktionen für einen fehlertoleranten, sicheren und interoperablen Datenaustausch in Echtzeit.

Adlink Technology hat DDS in seine intelligenten IIoT Gateways und Cloud-Plattformen integriert, um Daten zwischen den industriellen Geräten in Echtzeit austauschen zu können. Da die Systeme auch zahlreiche Protokolle konvertieren können, lässt sich auch der Datenaustausch zwischen unterschiedlichsten Feldgeräten vereinheitlichen. Der Einsatz von DDS zum intelligenten Datenaustausch vereinheitlicht in lokalen M2M-Netzen die Echtzeit-Koordination mehrerer Edge-Geräte; gleichzeitig können auch zentrale Systeme mit wichtigen Daten versorgt werden und zentrale, übergeordnete Kontrollinstanzen können ihre Steuerbefehle auch wieder zurück an die Geräte übermitteln. Und genau dadurch, dass Daten am Edge des IIoT verarbeitet werden und dass Entscheidungen in Echtzeit über Gerätenetzwerke koordiniert werden, wo die Netze zuvor voneinander isoliert betrieben wurden, wird der Mehrwert des IIoT gewonnen. DDS ist hierfür einer der wichtigen Bausteine.

DDS kann sogar dafür genutzt werden, Daten mit den Geräten im Feld auszutauschen. Wenn die Feldgeräte DDS verstehen, ist eine Konvertierung des Protokolls nicht nötig und Daten können dann unmittelbar mit anderen Gateways/Knoten/Edge-Geräten ausgetauscht werden (Bild 2). Das reduziert Latenzen in der Kommunikation und erhöht damit auch die Reaktionsgeschwindigkeit und Leistung des gesamten IIoT-Systems. Das gleiche Verfahren kann auf der höchsten Ebene der Architektur – den zentralen oder auch dezentralen Rechenzentren – angewandt werden, in denen sich die IT-Systeme befinden. Auf solchen Servern werden zumeist Enterprise-Computing-Lösungen betrieben, die ganz anders aufgebaut sind als die operativen Systeme vor Ort. Um die Ströme der Echtzeitdaten aus dem Feld auch hier an oberster Stelle verbreiten zu können, müssen die zentralen Systeme an die Quellen der Echtzeitinformationen angebunden werden. In den meisten Fällen erfordert dies eine Konnektivität über ein Wide Area Network (WAN). Eine Protokollübersetzung ist deshalb auch hier wieder erforderlich. Das DDS-System muss deshalb in die Lage versetzt werden, Daten in die gängigen Enterprise-Service-Busse zu konvertieren, sodass sie in den zentralen ERP-Systemen verarbeitet und offline gespeichert werden können. Gleichzeitig muss das DDS-System auch sicherstellen, dass zentralisierte Kontrollentscheidungen über den DDS-Echtzeit-Kanal wieder zurück in Richtung Geräte-Netzwerke fließen können.