quinta-feira, 29 de junho de 2017

Protocolos de comunicação para o IoT Industrial

Um projeto de IoT Industrial está fundamentado na conectividade entre tipos de sistemas e dispositivos diferentes, que podem estar usando tipos de dados distintos e podem estar espalhados entre si por distâncias consideráveis de forma que a internet (rede pública) possa ser a única opção viável de conexão entre eles. A primeira questão a ser feita, é: como estes dispositivos trocaram dados entre si?
É sabido que para dispositivos e sistemas se comunicarem eles precisam de uma infraestrutura de conexão e um protocolo comuns. Isto, de fato, também é verdadeiro para um projeto de IoT Industrial. Todavia a IoT Industrial não tem um padrão de comunicação estabelecido. Hoje em dia existem algumas maneiras de se implementar um projeto de IoT Industrial. Entretanto, quando existem algumas soluções disponíveis, é crucial fazer a escolha correta uma vez que a seleção do protocolo mais adequado depende dos requisitos do projeto, dispositivos de campo e dos dados a serem processados.

O protocolo ideal para o IoT Industrial

Quando se pensa em solução para IoT Industrial não existe um protocolo padrão ou ideal. Existem soluções diferentes, protocolos distintos e soluções personalizadas. Quando se está definindo uma solução é importante levar em conta que o protocolo escolhido seja aberto, padronizado, seguro e flexível considerando que o projeto de IoT Industrial vai se expandir continuamente, os dados a serem coletados mudam e são expandidos em função da evolução dos processos da empresa. De forma que devem ser evitadas soluções fechadas ou proprietárias. A este respeito as tecnologias de comunicação para IoT de maior sucesso incluem a função Descoberta (Discovery), um valor real para a IoT. De fato, será crucial que qualquer “objeto” adicionado em um projeto de IoT venha a ser parte do projeto sem que haja necessidade de editar a configuração do sistema. Esta função permitiria adicionar um dispositivo IoT o qual seja capaz de unir-se a um grupo e ser “reconhecido” pelos outros dispositivos do grupo. A função Descoberta (Discovery) ainda não está disponível nos protocolos, entretanto a especificação OPC UA define suas propriedades, ainda que sua definição não esteja finalizada.

OPC UA
O OPC UA é a tecnologia mais efetiva, um protocolo de automação industrial padronizado e estabelecido, e perfeitamente adequada para combinação entre TO e TI.
A tecnologia OPC UA não consiste simplesmente na troca de dados entre cliente e servidor, ela tem em sua essência os princípios de interoperabilidade e conectividade para dados relativos ao chão de fábrica, que constitui a base dos conceitos da Indústria 4.0. Um dos pilares desta abordagem é a tecnologia multiplataforma que inclui desempenho e segurança de forma que servidores OPC UA podem até ser embarcados diretamente em dispositivos. Mais ainda, a fundação PLC Open fez uma norma complementar ao OPC UA definindo um modelo de objetos para ser incorporado nas linguagens de programação compatíveis com o padrão IEC 61131-1 resultando em um modelo de objetos que pode ser compartilhado com OPC UA. E tem mais, em Abril de 2014 foram adicionadas funcionalidades do OPC UA em Function Blocks (Blocos de Função) IEC 61131-3, de forma que os controladores propriamente ditos podem se tornar parte como unidades inteligentes da comunicação entre Fábrica e TI, melhorando e simplificando o acesso a dados em todos os níveis, tanto no meio do caminho (Sistemas Supervisórios) quanto no seu ponto mais alto (MES/ERP). Por exemplo, numa rede inteligente cada dispositivo ou serviço tem que ser capaz de iniciar a comunicação e responder a solicitações específicas de outros serviços.
Portanto, um dispositivo (servidor OPC UA) pode trocar até estruturas complexas de dados (informação) tanto vertical como horizontalmente, do nível mais baixo ao nível mais alto da pirâmide do TI, localmente ou através da Internet ou nuvem, de forma a habilitar os critérios da Industria 4.0 da IOT (Internet of Things), os quais são pré-requisitos das próximas arquiteturas da nova geração de sistemas integrados.
Por exemplo, em uma linha de produção composta de várias máquinas fornecidas por diferentes fabricantes, estas máquinas podem ter que se comunicar entre si usando uma arquitetura cliente servidor. E não é só isto. Um sistema de mais alto nível ou um serviço podem chamar um método (um supervisório para máquinas, um sistema de gerenciamento MES para uma unidade supervisória ou para as máquinas diretamente) para ativar uma receita de produção, por exemplo, tão eficientemente quanto uma chamada para troca de parâmetros de entrada e saída. Recursos multiplataforma e de segurança integrados diretamente na especificação asseguram o máximo de interoperabilidade e segurança em todos os níveis, tanto local quanto remotamente.
•    Pros: Padrão IEC, multiplataforma, seguro, especificação completa incluindo todos os tipos de dados. Também adequado para soluções de baixo custo, simples usando dispositivos micro controlados.
•    Contras: Em função da arquitetura abrangente a implementação pode exigir sofisticação.

MQTT
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) é um protocolo baseado no TCP/IP que usa o modelo publica / assina. Foi projetado para ser aberto, simples, leve e fácil de implementar. Tais características o tornam adequado para a IoT, isto é, podendo ser usado em sistemas com capacidade de transmissão de dados limitada ou recursos de hardware como memória e CPU também limitados. O protocolo foi desenvolvido por dois pesquisadores ingleses em 1999 e recentemente foi certificado como padrão pela OASIS (Organization for the Advancement of Structured information), que declarou que o protocolo MQTT é particularmente adequado para soluções de IoT.
•    Prós: simples, aberto, independente, multiplataforma.
•    Contras: não muito comum, não é considerado um padrão no domínio da automação. Pouca segurança.

PubNub
PubNub é uma infraestrutura global em tempo real, projetado exclusivamente para a criação de soluções web, móveis e de IoT. Estabelecida em 2010 como uma empresa privada nos US, PubNub despertou o interesse de diversas corporações de grande porte que financiaram o seu desenvolvimento tornando esta infraestrutura uma das mais eficientes e confiáveis para troca de dados em tempo real entre aplicações Web. A empresa desenvolveu rapidamente uma solução simples de implementar e econômica, e esta solução se mostrou particularmente eficiente.
A ideia que alavancou o PubNub é uma API de um serviço de mensagens tipo publica/assina dentro de sua rede global que consiste em um conjunto de data centers localizados nos principais continentes (América, Ásia e Europa). A infraestrutura serve atualmente cerca de 300 milhões de dispositivos e envia cerca de 750 milhões de mensagens por mês.
A partir do gerenciamento, ou usando o SDK da PubNub qualquer aplicativo ou dispositivo pode publicar ou assinar dados usando esta infraestrutura. O Modelo de Negócios da PubNub é de Infraestrutura como Serviço (IaaS) e o serviço é acessado a partir de assinatura paga.
•    Prós: tempo real, rápida, simples, infraestrutura pronta para uso, multiplataforma.
•    Contras: infraestrutura proprietária, serviço por assinatura (por limite de dados transferidos).

Azure IoT
O Azure IoT é a solução oferecida pela Microsoft para o IoT e IIoT. Ela tem as mesmas características de arquitetura do PubNub, porém usa a infraestrutura de nuvem da Microsoft – a plataforma Azure. Por meio desta infraestrutura usando conectores específicos e simples, aplicações e dispositivos podem compartilhar informações. O principal benefício da arquitetura Microsoft é que com ela é possível integrar com outras soluções de TI – como o banco de dados SQL Server para Azure – e muitas outras soluções de Business Inteligence. De forma que, ao usar uma solução de conectividade baseada no Azure IoT, os dados podem ser compartilhados na nuvem usando uma infraestrutura gerenciada pela própria Microsoft, a qual garante sua confiabilidade. Por ser uma solução mais voltada para TI a Microsoft resolveu colaborar com a OPC Foundation. Foi desenvolvido um conector OPC UA para o Azure permitindo conectividade IoT entre a nuvem Microsoft e o mundo da automação industrial onde o padrão OPC UA é bem conhecido e usado.
•    Prós: A infraestrutura Microsoft Azure permite o acesso a diversas aplicações relacionadas ao domínio do TI, além de ser multiplataforma e ter uma infraestrutura de nuvem pronta para ser usada.
•    Contras: mais apropriada para TI do que para TO, mais complexa que outras soluções, infraestrutura proprietária, serviço baseado no modelo de assinatura.


Tradução livre parcial do texto "IIoT: Industrial Internet of Things com Platform.NExT™" de empresa Progea. Todos os direitos reservados.

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