Kommunikationsstandards für das IIoT: MQTT und OPCUA
In einer zunehmend vernetzten Welt sind die Herausforderungen der Systemvernetzung offensichtlicher denn je. Die Einführung digitaler Technologien wird immer relevanter. Die Lösungen reichen von reinen Big Data-Szenarien bis hin zu vollständigen Industrial Internet of Things (IIoT)-Anwendungen. Diese Lösungen erfordern nicht nur einen neuen Ansatz in Bezug auf die IT-Vernetzung, sondern auch kreative Wege zur Integration vorhandener Maschinen und Arbeitsabläufe. Im Bereich der industriellen Kommunikationsprotokolle dominieren in diesem Zusammenhang zwei Standards: OPC UA und MQTT, die in diesem Artikel verglichen werden.
Unterschiede in der Funktionalität
Architektur von MQTT
Das MQTT-Nachrichtenprotokoll verwendet das Konzept des Publish-Subscribe-Musters. Für das Publish-Subscribe-Modell von MQTT ist ein Broker notwendig, der den zentralen Punkt der Kommunikation darstellt. Clients können sich mit dem Nachrichtenbroker verbinden und über sogenannte Topics, die mit jeder Nachricht gesendet werden, Daten untereinander austauschen. Wird eine Nachricht zu einem bestimmten Topic veröffentlicht, dann wird diese an alle Teilnehmer weitergeleitet, die dieses Topic abonniert haben. Einen detaillierten Einblick in MQTT finden Sie hier .
Architektur von OPC UA
Die Server/Client-Architektur ist das traditionelle Kommunikationsmodell in OPC UA. Es basiert auf der Idee, dass es eine passive Serverkomponente gibt, die Daten für andere Anwendungen bereitstellt, die dabei als Clients fungieren. Die Client-Anwendungen können über mehrere standardisierte Dienste auf Daten und Informationen vom Server zugreifen. Einen detaillierten Einblick in OPC UA finden Sie hier .
Typische Anwendungen der Normen
Anwendungsfälle von MQTT
IIoT-Anwendungen sind der primäre Anwendungsfall für MQTT. Wenn Daten von entfernten Standorten gesammelt und über ein unzuverlässiges Netzwerk gesendet werden, sollte MQTT die erste Wahl sein. MQTT kann durch integrierte Funktionen eine sichere und vollständige Datenübertragung gewährleisten. Ein weiterer typischer Anwendungsfall des Messaging-Protokolls sind IoT-Gateways, die Sensordaten aggregieren, vorverarbeiten und zur Datenanalyse über MQTT an die Cloud senden.
Anwendungsfälle von OPCUA
Der Hauptanwendungsfall des OPC UA-Kommunikationsstandards ist die geschlossene Prozesssteuerung in einem lokalen Netzwerk (LAN). Wenn Maschinen in einer Fabrikhalle in Echtzeit kommunizieren müssen, spielt der Standard seine Stärken aus. Der Standard eignet sich besonders gut für die Integration und Erweiterung von SCADA-Systemen.
Ein direkter Vergleich
| Besonderheit | MQTT | OPC UA |
|---|---|---|
| Die Architektur | Pub/Sub – Architektur | Client/Server - Architektur |
| Geschlossene Firewall | Möglich durch Trennung der Netzwerkteilnehmer | Nicht möglich aufgrund direkter Verbindung der Netzwerkteilnehmer |
| Ladefaktor | Minimale Bandbreite und geringstmögliche Latenz | Intelligenter Polling-Mechanismus (Bandbreiten- und Latenzregulierung) |
| Skalierbarkeit | Hohe Skalierbarkeit 1:N - Verbindung |
Eingeschränkte Skalierbarkeit 1:1 - Verbindung |
| Echtzeitfähigkeit | Eingeschränkte Echtzeitfähigkeit (QOS-Auswahl) |
Echtzeitfähig (TSN-Wahl) |
| Interoperables Datenformat | Kein vordefiniertes Datenformat | Voreingestellte Datenformate |
Zusammenfassung und Prognose
Die Wahl eines der beiden Kommunikationsstandards ist keine Entweder-oder-Entscheidung. Beide Protokolle spielen eine wichtige Rolle und zeichnen sich in bestimmten Anwendungsfällen durch spezifische Funktionalitäten und Eigenschaften aus. Ein optimales Netzwerk oder System kann beide Kommunikationsprotokolle nutzen.
Eine Kombination der Standards ermöglicht die Nutzung der jeweiligen Stärken und reduziert die Nachteile des anderen Kommunikationsprotokolls. Aus diesem Grund ist eine sorgfältige Planung der System- und Netzwerkstruktur empfehlenswert.
