산업용 인터넷 참조 아키텍처의 데이터 연결

오늘, 산업 인터넷 컨소시엄(IIC)은 산업 인터넷 참조 아키텍처(IIRA)를 발표했습니다. IIC는 170개 이상의 회원(iiconsortium.org)이 있는 가장 큰 사물 인터넷(IoT) 컨소시엄입니다. 더 중요한 것은 산업 시스템에 초점을 맞춘 유일한 제품이라는 것입니다. IIRA의 첫 번째 공개 릴리스는 높은 수준의 관점에서 시스템 아키텍처에 대한 공식적인 개요입니다. 비즈니스 목표에서 시스템 상호 운용성에 이르기까지 모든 것을 다룹니다. 아키텍처는 많은 주요 기술 지침을 설정합니다. 결정적으로 많은 접근 방식을 제거합니다. 아키텍처는 할 수 있는 것만큼이나 할 수 없는 것에 관한 것입니다.

Real-Time Innovations(RTI)의 우리는 한 가지 핵심 측면인 IIRA 연결 아키텍처에 가장 흥분하고 있습니다. "연결성" 또는 사물이 통신하는 방식은 신흥 산업용 사물 인터넷(IIoT)의 가장 큰 과제 중 하나입니다. IIRA는 최고의 성능, 안정성 및 보안을 제공하는 동시에 상호 운용성을 용이하게 하는 혁신적인 분산 "데이터 버스" 접근 방식을 취합니다.

공통 아키텍처의 힘

궁극적으로 IIoT는 분산 시스템 구축에 관한 것입니다. 모든 부품을 지능적으로 연결하여 시스템이 최적으로 수행, 확장, 진화 및 기능할 수 있도록 하는 것이 IIRA의 핵심입니다.

IIoT를 활성화하려면 공통 컴퓨팅 기능을 확장하고 공급업체 간에 상호 운용되며 산업을 연결할 수 있는 아키텍처입니다. 시간이 지남에 따라 산업 전반에 걸친 공통 기술이 항상 맞춤형 시스템을 대체합니다. 그러나 점진적인 채택과 현재 기술의 적응도 중요합니다. 따라서 IIoT는 많은 표준과 연결 기술을 통합해야 합니다. IIC 아키텍처는 다양한 연결 기술을 상호 연결된 미래에 명시적으로 혼합하여 거대하게 연결된 새로운 세계에 대한 포괄적인 비전을 가능하게 합니다.

이것은 "상호 운용성" 문제이며, 실제로 RTI의 전문 분야입니다. RTI는 15개의 다른 표준 및 컨소시엄 노력에 참여합니다. 그것들은 해군 시스템, 항공 전자, 전력, 의료 기기, 무인 차량, 소비자 전자 제품, 산업 제어, 텔레비전 방송 등 많은 산업에 걸쳐 있습니다. 모두 시스템이 함께 작동하도록 하는 방법에 중점을 둡니다. IIC는 이러한 산업 등의 경험을 바탕으로 합니다.

통합 과제

여러 시스템을 연결할 때 근본적인 문제는 "N 제곱" 상호 연결 문제입니다. 두 시스템을 연결하려면 프로토콜, 데이터 모델, 통신 패턴 및 안정성, 데이터 속도 또는 시간 기한과 같은 QoS(서비스 품질) 매개변수를 비롯한 여러 측면을 일치시켜야 합니다. 두 시스템을 연결하는 것은 어려운 일이지만 특수 목적의 "브리지"로 해결할 수 있습니다. 그러나 확장되지 않습니다. N 연결 시스템을 함께 사용하려면 N개가 필요합니다. - 사각 다리. N으로 커지면 겁이 납니다.

이 문제를 완화하는 한 가지 방법은 N을 작게 유지하는 것입니다. 상호 운용되는 모든 시스템에서 모든 표준과 기술을 지정하여 이를 수행할 수 있습니다. 많은 산업별 표준 기관이 성공적으로 이 경로를 택하고 있습니다. 예를 들어, 유럽 GVA(일반 차량 아키텍처)는 하위 수준 커넥터에서 상위 수준 데이터 모델에 이르기까지 군용 지상 차량을 구축하는 방법의 모든 측면을 지정합니다. 독일 인더스트리 4.0의 노력은 주문과 배송, 공장 설계, 기술 및 제품 계획에 대한 선택을 하는 제조 산업에서도 비슷한 과정을 거칩니다. 작업당 하나의 표준만 허용됩니다.

이 접근 방식은 상호 운용을 용이하게 합니다. 불행히도 엄격하게 선택된 표준이 모든 기능과 특징을 제공할 수 없기 때문에 결과 범위가 제한됩니다. 이러한 방식으로 산업을 효과적으로 횡단하기에는 너무 많은 특수 요구 사항이 있습니다. 표준을 지시하는 것은 레거시 통합 문제를 해결하지도 않습니다. 이러한 두 가지 제한(범위 및 레거시 제한)으로 인해 이 접근 방식은 광범위한 산업 간 산업용 인터넷을 구축하는 데 적합하지 않습니다.

스펙트럼의 다른 쪽 끝에는 매우 일반적인 브리지 포인트를 구축할 수 있습니다. 엔터프라이즈 웹 서비스는 Apache Camel과 같은 "ESB(Enterprise Service Bus)"를 사용하여 이러한 방식으로 작동합니다. 그러나 이름의 "버스"에도 불구하고 ESB는 분산 개념이 아닙니다. 모든 시스템은 들어오는 각 표준이 공통 개체 형식에 매핑되는 단일 지점에 연결해야 합니다. 모든 것이 하나의 형식으로 매핑되기 때문에 ESB는 N -제곱 문제. 예를 들어 Camel은 각각 하나의 프로토콜 또는 데이터 소스를 변환하는 수백 개의 어댑터를 지원합니다.

불행히도 이것은 까다로운 산업 시스템에서는 잘 작동하지 않습니다. 단일 ESB 서비스는 명백한 질식 및 실패 지점입니다. ESB는 크고 느린 프로그램입니다. 기업에서 ESB는 초당 몇 개의 트랜잭션만 실행하는 대규모 시스템을 연결합니다. 산업용 애플리케이션에는 훨씬 빠르고 안정적이며 세분화된 서비스가 필요합니다. 따라서 ESB는 대부분의 IIoT 용도에 적합하지 않습니다.

IIRA 연결 핵심 표준

IIRA는 중간 접근 방식을 취합니다. 디자인은 "연결성 핵심 표준"의 개념을 도입합니다. ESB와 달리 핵심 표준은 매우 분산된 개념입니다. 일부 끝점은 핵심 표준에 직접 연결할 수 있습니다. 다른 끝점 및 하위 시스템은 "게이트웨이"를 통해 연결합니다. 그런 다음 핵심 표준은 이들을 모두 연결합니다. 이것은 가능한 모든 쌍 사이를 연결하지 않고도 여러 프로토콜을 허용합니다. 각각은 코어에 대한 하나의 브리지만 필요합니다.

ESB와 마찬가지로 N -제곱 문제. 그러나 ESB와 달리 중앙 집중식 서비스 모델을 대체하는 빠른 분산 코어를 제공합니다. 기존 연결 기술과 성능이 떨어지는 연결 기술은 게이트웨이를 통해 핵심 표준으로 전환됩니다. N 개만 있습니다. 변환, 여기서 N 연결 표준의 수입니다.

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분명히 이 설계에는 매우 기능적인 핵심 연결 표준이 필요합니다. 일부 시스템은 느리거나 단순한 코어로 작동할 수 있습니다. 그러나 대부분의 산업 시스템은 다른 컨텍스트에서는 볼 수 없는 요구 사항이 있는 많은 데이터를 식별, 설명, 검색 및 통신해야 합니다. 많은 애플리케이션은 마이크로초 단위로 전달하거나 수천 또는 수백만 개의 데이터 값과 노드로 확장할 수 있는 기능이 필요합니다. 신뢰성 실패의 결과는 심각할 수 있습니다. 핵심 표준은 실제로 시스템의 핵심이므로 성능을 발휘해야 합니다.

IIRA는 연결 프레임워크와 핵심 표준이 제공해야 하는 주요 기능인 데이터 검색, 교환 패턴 및 "서비스 품질"(QoS)을 지정합니다. QoS 매개변수에는 전달 신뢰성, 주문, 내구성, 수명 및 내결함성 기능이 포함됩니다. 이러한 기능을 통해 핵심 연결은 산업 전반에 걸쳐 까다로운 애플리케이션에 필요한 안정적인 고속 보안 전송을 구현할 수 있습니다.

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보안도 중요합니다. 보안이 올바르게 작동하려면 아키텍처와 긴밀하게 연결되어야 합니다. 예를 들어 "핵심" 표준은 다양한 패턴과 전달 기능을 지원할 수 있습니다. 보안 설계는 정확히 일치해야 합니다. 예를 들어 연결이 게시/구독을 지원하는 경우 보안도 지원해야 합니다. 코어가 멀티캐스트를 지원한다면 보안도 지원해야 합니다. 코어가 동적 플러그 앤 플레이 검색을 지원하는 경우 보안도 지원해야 합니다. 아키텍처와 밀접하게 결합된 보안은 코드를 변경하지 않고 언제든지 부과할 수 있습니다. 보안은 더 복잡하게 구성되기는 하지만 통제된 ​​또 다른 서비스 품질이 됩니다. 이것은 매우 강력한 개념입니다.

통합 보안은 핵심을 넘어 확장되어야 합니다. IIRA도 이를 허용합니다. 다른 모든 연결 기술은 게이트웨이에서 보호될 수 있습니다.

핵심 표준으로서의 DDS

IIRA는 표준을 지정하지 않습니다. IIC는 다음 릴리스에서 그 단계를 밟을 것입니다. 그러나 DDS(Data Distribution Service) 표준이 IIRA에 매우 적합하다는 것은 분명합니다. DDS는 자동 검색, IIRA에 지정된 각 패턴, 모든 QoS 설정 및 긴밀하게 통합된 보안을 제공합니다.

이것은 사고가 아닙니다. IIRA 연결 설계는 DDS에 대한 업계 경험에 크게 의존합니다. DDS는 전력 시스템(거대 수력 발전 댐, 풍력 발전 단지, 마이크로그리드), 의료(영상, 환자 모니터링, 응급 의료 시스템), 운송(항공 교통 관제, 차량 제어, 자동차 테스트), 산업 제어(SCADA, 광산 시스템, PLC 통신) 및 방위(선박, 항공 전자, 자율 차량). 이러한 응용 프로그램에서 배운 교훈은 IIRA 설계에 중요한 역할을 했습니다.

감사합니다!

마지막으로 IIRA를 구축한 팀에 감사를 표하며 마무리하고 싶습니다. 이것은 많은 회사에서 지원한 큰 노력이었습니다. RTI는 아키텍처, 연결성, 분산 데이터 및 상호 운용성 팀에 가장 많이 관여했습니다. 모두 감사합니다. 첫 출시를 축하합니다.