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Licht ins Nachrichten-‚Chaos‘

04. Februar 2020, 13:48 Uhr   |  Günter Herkommer

Licht ins Nachrichten-‚Chaos‘
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Beliebige Komponenten im Shop Floor – vom einzelnen Sensor bis hin zu ganzen Maschinen – sollen über DANA untereinander, aber auch mit der Ebene der Unternehmens-IT kommunizieren können.

Immer mehr Komponenten in der Automatisierungstechnik senden ‚ungefragt‘ auf Basis der Pub/Sub-Mechanismen Nachrichten in das Netz – in IoT-Protokollen, aber auch bei OPC UA. Mit Hilfe des Frameworks DANA lässt sich Licht in einen chaotisch wirkenden Nachrichtenaustausch bringen.

Industrie 4.0 bringt einen Wandel der Kommunikationsstrukturen in der Produktion mit sich. So ermöglicht es die RAMI-4.0-Architektur (Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0), die bisherige geordnete, pyramidenförmige Kommunikationsstruktur, bestehend aus technologisch unterschiedlichen Segmenten von klassischen Master/Slave- beziehungsweise Client/Server-Ansätzen, aufzulösen. Das Konzept sieht vor, dass beliebige Komponenten im Shop Floor – vom einzelnen Sensor bis hin zu ganzen Maschinen – untereinander, aber auch mit der Ebene der Unternehmens-IT (ERP-Anwendungen) kommunizieren können. Damit soll es jeder Komponente im Netzwerk eines Unternehmens möglich sein, sowohl Informationen bereitzustellen als auch abzufragen – und das möglichst ohne technologische Hürden.

Ein Beispiel hierfür ist das Life Cycle Management einer Maschinenkomponente mit Hilfe der Verwaltungsschale. So-genannte Publish/Subscribe-Protokolle haben das Potenzial, dieses Konzept optimal zu unterstützen. Pub/Sub-Protokolle wie Message Queuing Telemetry Transport (MQTT), Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) oder Constrained Application Protocol (CoAP) wurden ursprünglich für IoT-Anwendungen entwickelt, um Sensordaten in die Cloud zu transportieren und sie dort verarbeiten zu können. Neuerdings kommen diese Protokolle aber zunehmend auch bei M2M-Anwendungen (Machine-to-Machine) zum Einsatz. Und seit 2018 ist Pub/Sub auch im Standard OPC UA integriert.

Pub/Sub – Lösung und Problem zugleich

Pub/Sub bietet zwar viele Vorteile wie eine hohe Skalierbarkeit oder den Aufbau von Ad-hoc-Verbindungen. Bei sehr hoher Vermaschung, sprich einem sehr hohen Anteil an Peer-to-Peer-Verbindungen wie es bei M2M-Anwendungen der Fall ist, entstehen jedoch neue Probleme: Jeder Teilnehmer muss dafür sorgen, dass er seine Informationen in Form von Nachrichten korrekt veröffentlicht. Fehlt eine Nachricht oder wird eine Nachricht mehrmals gesendet, kann das Auswirkungen auf das gesamte verteilte System haben. Hinzu kommt: Je mehr Abhängigkeiten zwischen den Teilnehmern untereinander existieren, um so instabiler kann die verteilte Anwendung werden. Kommuniziert ein Teilnehmer mit vielen anderen Teilnehmern, ergibt sich unter Umständen ein Komplexitätsgrad, der den Nachrichtenaustausch und deren korrekte Abfolge in einem verteilten System nur schwer nachvollziehbar macht. Bei gewachsenen Anwendungen lässt sich das unter Umständen nicht vermeiden; bei einem Neudesign hingegen ist eine schlanke Architektur mit möglichst wenigen Abhängigkeiten zwischen den Teilnehmern (Vermeidung von gekoppelten Sternstrukturen) anzustreben.

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1. Licht ins Nachrichten-‚Chaos‘
2. Entkoppelte Kommunikation
3.
4. DANA checkt verteilte Anwendungen
5. Überwachung der verteilten Anwendung

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