如何使用MQTT Sparkplug构建可伸缩的数据模型

一些正在进行数字化转型的公司希望从运营技术(OT)数据到企业应用程序有一条直接、简单的线路(见图1)。他们希望收集数据，添加一些信息技术(IT)/云工具，并实现一个简单的物联网(IoT)解决方案。实际上，OT数据来自无数的数据源，各种数据类型需要复杂的IT/云工具来理解它们。OT数据需求与IT数据需求差异很大，公司需要一种方式来满足双方，成功拥抱物联网和数字转型。

OT数据由专有协议和多种数据格式组成，在不同的市场细分中有所不同，并且不包含上下文信息。数据是为操作而设计的，通过轮询/响应方法检索数据，然后通过隔离的网络直接与应用程序耦合。

IT需要用于数据对象和建模的数据，这些数据采用标准数据格式，具有上下文信息，并且必须安全且易于集成。数据应该与企业解耦，最好使用发布/订阅方法进行检索。

图1:数字转换看起来很简单，但是OT数据非常复杂。礼貌:卷链接

弥合OT/IT差距的关键是实现成功的数据建模。数据建模是组织如何定义和组织其业务流程，以释放其数据的价值。除非他们将数据以统一的格式放入云(模型)中，否则他们无法对数据做任何有用的事情。就像我常说的，“无用的输入将会无用的输出。”数据模型允许组织中的每个人通过单一的事实来源更有效地理解和使用数据——没有垃圾。成功的数据建模可以带来业务改进，包括减少周期时间、减少错误和改进协作。

然而，目前物联网解决方案市场面临着一个挑战:如何将OT数据连接到IT系统，以进行数据建模和数据集成。

公司已经做到了，但这需要大量的定制工作、代码和一个蜘蛛网般的技术。很多客户试图收集他们的数据并将其送到云端，但他们最终会在云端的某个数据湖中发现大量的过程变量。他们还没有真正解决数据模型问题;他们只是把它移到了路上。系统集成商经常过度简化这个过程，告诉客户他们会来编写一些代码，但是最常见的问题是解决方案不能扩展。不管他们写了多少代码，如果没有数据模型，它是不可伸缩的。

消息队列遥测传输(MQTT)是一种开放标准的发布/订阅网络协议，结合Sparkplug Eclipse规范，提供了一个简单得多的答案。

图2:使用MQTT Sparkplug将OT数据连接为一个真实源。礼貌:卷链接

以ot为中心的数据模型

MQTT Sparkplug一直被吹捧为一种优秀的物联网协议，因为它是一种轻量级的、发布/订阅的网络协议，简单、高效、安全、开放，没有厂商锁定。MQTT是一个面向消息的中间件，因此客户机连接到代理，然后发布信息。数据是解耦的，因此一个边缘设备可以发布一个度量，100个(或更多)应用程序可以订阅。好处有很好的证明。然而，这里的目的是关注Sparkplug B规范的一个好处——它定义了一个以ot为中心的数据模型/资产。

倡导是Eclipse Tahu项目中的一个新规范，它定义了如何在关键任务的实时环境中使用MQTT。Sparkplug为工业应用程序定义了标准的MQTT主题名称空间、有效负载和会话状态管理，同时满足实时监控控制和数据采集(SCADA)实现的要求。Sparkplug B规范提供了定义OT使用的标记值所需的数据模型，还向IT提供了数据，使其100%自发现并易于使用。

MQTT倡导建立一个单一的事实来源模型、资产和标签的边缘,使不来自各种数据源的数据,协议和定义(参见图2)。当客户正在设计一个物联网系统,当他们开始他们的设计,它是理想的数据模型尽可能边缘。理想情况下，数据模型应该在设备中，以建立可靠的、单一的真相来源。

标签是IOT平台和解决方案通常涉及此拼图的唯一拼图，但MQTT SparkPlug还超出了标签，为模型和资产创建了单一的真理来源。没有自定义代码，脚本，python，java或其他任何复杂和商业的东西很少缩放或工作长期。

当收集OT数据并将模型/资产/标记转换为MQTT Sparkplug时，可以将数据发送到Cloud和企业应用程序，以便在不需要任何编程或编码的情况下自动创建数据模型。OT数据被转换为IT数据，然后放入大数据的标准接口，这导致可扩展的数据见解和业务改进。

风电场的例子

CirrusLink在Windfarm处为MQTT SparkPlug数据建模功能构建了一个样本用例。我们连接了一个风力涡轮机，添加了属性和过程变量，然后使用MQTT SparkPug，然后在AWS站点上创建模型。该解决方案的利益是公司可以在边缘，在风力发电机处开始专业知识，然后创建由任何第三方或云应用程序消耗的模型。MQTT SparkPlug提供了创建一个模型的技术，该模型说：“这是一个风力涡轮机，在这个位置，这些过程变量：风速，RPM和方向。”然后MQTT Sparkplug从边沿向云提供一个模型，以获得单一的真理。

现在，任何IOT平台，解决方案或应用程序都可以是消费者或数据模型提供程序。除了MQTT SparkPlug之外，还没有其他技术，允许公司建立通用数据模型，然后是一个资产，然后填充资产。没有编码？闻所未闻。OPC UA数据模型在某些级别上竞争，但您无法创建这些。此外，解决方案的真正美是这种正确的模型/资产/标签定义，由MQTT SparkPlug允许在比例下复制解决方案。MQTT SparkPlug内置的独特功能以定义数据模型和资产被证明是IOT市场中的重要差异化因素。