Software Connext DDS von RTI Geschichtete Datenbus-Strukturen leicht gemacht

»RTI Connext DDS« ermöglicht Edge-Fog-Cloud-Connectivity für sichere und skalierbare IIoT-Applikationen.
Connext DDS von RTI

RTI (Real-Time Innovations) gehört zu den Erfindern des Datenübertragungs-Standards DDS (Data Distribution Service). Als Herzstück der IIoT-Lösung des US-Unternehmens dient die Connectivity-Software »Connext DDS«. Dr. Stan Schneider, Gründer und CEO von RTI, erläutert die Hintergründe.

Welche Rolle spielt die Connectivity-Software Connext DDS 5.3 in IIoT-Systemen?

Typische IIoT-Systeme erfordern Daten-Sharing über multiple Netzwerke, von Edge über Fog bis hin zur Cloud. Die Industrial Internet Reference Architecture (IIRA) des Industrial Internet Consortium (IIC) identifiziert daher eine geschichtete Datenbus-Struktur als Framework, um aus verschiedenen Subsystemen bestehende IIoT-Systeme zu entwickeln. Connext DDS 5.3 ist als erste Connectivity-Software darauf ausgelegt, die geschichtete Datenbus-Struktur zu implementieren sowie zugleich Interoperabilität und eine offene Architektur zu unterstützen.

Welche Merkmale und Verbesserungen bietet Connext DDS 5.3 gegenüber der Vorgängerversion?

Connext DDS 5.3 ist dafür konzipiert, kritische Herausforderungen zu meistern, vor denen IIoT-Systeme stehen. Dazu zählen Security, Skalierbarkeit, Leistungsfähigkeit und Interoperabilität.

Connext DDS 5.3 enthält neue Security-Funktionen, um die Anforderungen heterogener IIoT-Systeme mit ihren langen Lebenszyklen besser unterstützen zu können. Die RTI-Security-Plugins bieten IIoT-fokussierte Security-Fähigkeiten, die von Entwicklern und Systemintegratoren in Connext-DDS-Systeme eingebunden werden können. Dabei sind nur minimale oder gar keine Änderungen an den bestehenden Applikationen nötig. Die Security-Plugins ermöglichen eine fein abgestimmte Kontrolle der Authentifizierung, Zugangskontrolle und Verschlüsselung, ohne wesentlich an Performance, Skalierbarkeit und Widerstandsfähigkeit einbüßen zu müssen.

Connext DDS 5.3 passt die RTI-Security-Plugins an die kürzlich fertiggestellte DDS-Security-Spezifikation der Object Management Group (OMG) an. Somit sind sichere Applikationen, die mit Connext DDS 5.3 entwickelt werden, interoperabel mit künftigen Connext-DDS-Versionen und anderen Implementierungen des DDS-Security-Standards. Dies ist wichtig für IIoT-Systeme, die lange Lebenszyklen haben oder Komponenten verschiedener Anbieter nutzen, aber auch für Geräte und Applikationen im Feld, die oft keine Updates bekommen können, etwa weil sie sicherheitszertifiziert sind.

Wie sieht es beim Thema Skalierbarkeit aus?

Connext DDS 5.3 bietet eine bessere Skalierbarkeit als die Vorgängerversion. Größere IIoT-Systeme umfassen typischerweise mehrere Netzwerke von Edge über Fog bis Cloud. Betrachten wir ein Krankenhaus: Dort gibt es getrennte Netzwerke in jedem Raum, jeder Station, jedem Stockwerk und für jedes IT-System, etwa die Krankenakten. Angesichts der Gesamtmenge an Echtzeit-Daten für alle Räume und Patienten ist es unmöglich, alle Daten überallhin zu schicken. Zusätzlich benötigen einige Applikationen Zugang zu Datenhistorien. Beispielsweise möchte ein Arzt einen Patienten nach einem Alarm aus der Ferne überwachen und wiederkehrende Muster betrachten. Um dies zu unterstützen, bietet die 5.3-Version eine neue Funktion, genannt »Topic Query«. Sie erlaubt es Applikationen, historische Daten vom Original-Publisher effizient anzufragen und zu erhalten, auch wenn kein Subscribing auf die Daten erfolgte, als diese ursprünglich gesendet wurden. Das verbessert die Skalierbarkeit und macht das spekulative Übermitteln von Daten, die vielleicht später einmal benötigt werden, über das Netzwerk überflüssig. Außerdem reduziert es die Netzwerküberlastung.

Wie fügt sich Connext DDS 5.3 in IIoT-Systeme ein, die mobile Geräte umfassen?

Mobilität ist tatsächlich eine Herausforderung für Connext DDS 5.3. Viele IIoT-Systeme enthalten mobile Geräte, auch Fahrzeuge für Transportsysteme und Krankenhaus-Geräte, die mit den Patienten von einem Raum in den anderen ziehen. Mit traditionellen Connectivity-Methoden, die auf dem Internet Protocol (IP) beruhen, wird die Kommunikation meist unterbrochen, sobald Geräte verschoben werden. Denn sie verbinden sich physisch mit einem anderen Zugangspunkt, Router oder Netzwerk mit anderer IP-Adresse. Diese Unterbrechung kann einen Datenverlust verursachen. Connext DDS 5.3 verfügt über ein neues »IP-Mobility«-Feature, das einen nahtlosen und unterbrechungsfreien Datenzugang ermöglicht, auch wenn die Geräte über verschiedene Netzwerke oder sogar Netzwerktypen roamen, wie WLAN und Mobilfunk.

Connext DDS 5.3 bietet verbesserten Support, um Applikationen auf Web-Basis zu entwickeln, etwa Human Machine Interfaces (HMIs). Dazu gehört der »RTI Web Integration Service«, der ein Application Programming Interface (API) umfasst. Dieses nutzt das HTTP-Protokoll, das Webbrowser und Scripting-Sprachen unterstützt. Die API stimmt mit der webfähigen DDS-Spezifikation der OMG überein.

Zusätzlich umfasst Connext DDS 5.3 über 100 weitere Verbesserungen und bietet auch Support für neue Betriebssysteme und Prozessor-Architekturen, die im IIoT genutzt werden.

Worin unterscheidet sich Connext DDS von Wettbewerbsprodukten?

Connext DDS ist für IIoT-Systeme konzipiert, die autonome Echtzeitkontrolle integrieren. Dies geht über das Monitoring und die Überwachung hinaus, wie es oft mit anfänglichen IIoT-Implementierungen assoziiert wird, etwa in der industriellen Automatisierung. Genau genommen unterstützt Connext DDS Cyber-Physical Systems, die auf Ereignisse innerhalb von Mikro- oder Millisekunden antworten müssen, ohne Einwirkung von Betreibern oder Systemadministratoren laufen müssen und oft nicht offline genommen werden können, auch nicht zur Wartung oder für Upgrades.

Weil Connext DDS für diese Anforderungen entwickelt ist, konkurriert es in erster Linie mit den genannten Lösungen. Andere Connectivity-Techniken und Standards, die mit dem IIoT in Verbindung gebracht werden, sind für abweichende Anwendungsfälle entwickelt. So zielt OPC UA auf die Austauschbarkeit von Geräten untereinander ab, und MQTT spricht zentralisiertes Monitoring an. Keine dieser Techniken hat jedoch die dezentralisierte, elastische und widerstandsfähige Echtzeit-Kontrolle im Fokus. Einen guten Vergleich der relevanten Standards findet man im Industrial Internet Connectivity Framework, einer Veröffentlichung des IIC.