MQTT Simulación de datos Sparkplug con IoT Simulator

MQTT Sparkplug proporciona una especificación abierta y libremente disponible para cómo Edge of Network (EoN) gateways or native MQTT dispositivos finales habilitados y aplicaciones MQTT comunican bidireccionalmente dentro de una infraestructura MQTT. Uno de los aspectos únicosProtocolo MQTTes que fue originalmente diseñado para tiempo realSCADAsistemas ayudar a reducir la latencia de datos sobre la infraestructura de red limitada y a menudo poco fiable. Del mismo modo, la intención de la especificación de Sparkplug es aprovechar plenamente el nativo de MQTT Capacidad de conciencia de sesión continua como se aplica a soluciones SCADA/IIoT en tiempo real.

Este artículo le ayuda a simular la codificación Sparkplug B en IoT Simulator. Es crucial aprender sobre elMQTT Sparkplug Elementos del espacio de nombresySparkplug MQTT Tipos de mensajepara simular los datos.

Sparkplug MQTT Temas y mensajes

Elementos del espacio de nombres temático Sparkplug:

Todos los clientes que usen la especificación Sparkplug utilizarán este espacio de nombres de formato UTF-8 predeterminado.

• namespace:Es el elemento raíz que definirá tanto la estructura el elementos del espacio de nombres restantes, así como la codificación utilizado para los datos de carga útil asociados. Formato para namespace esconstante de cadena UTF-8debería usarse. Del mismo modo corriente La especificación de Sparkplug define dos espacios de nombres:
• Definición de la carga útil Sparkplug A
• elemento namespace debe ser“spAv1.0”
• Definición de la carga útil Sparkplug B
• elemento namespace debe ser“spBv1.0”
• group_id:Esto proporciona un ID de grupo lógico único de los nodos MQTT EoN. Para group_id el formato debe ser UTF-8 cadena alfanumérica, excepto para los caracteres reservados de ‘+’ (plus), ‘/’ (forward slash), y '# (número signo). Ejemplos de dónde se podría utilizar el [group_id] incluyen la industria del cemento donde los nodos MQTT EoN en diferentes Departamento los diferentes [group_id].
• message_type Elemento:Proporciona la indicación de cómo manejar el MQTT carga del mensaje. Los siguientes elementos de mensaje_tipo se definen para el espacio de nombre del tema Sparkplug:
• NBIRTH– Certificado de nacimiento para los nodos MQTT EoN.
• NDEATH– Certificado de defunción para los nodos MQTT EoN.
• DBIRTH– Certificado de nacimiento para dispositivos.
• DDEATH– Certificado de defunción para Dispositivos.
• NDATA– Mensaje de datos de nodos.
• DDATA– Mensaje de datos del dispositivo.
• NCMD– Mensaje de comando Node.
• DCMD– Mensaje de comando del dispositivo.
• ESTADO– Mensaje crítico del estado de aplicación.
• edge_node_id:Identificación inquie para los nodos MQTT EoN dentro de los infraestructura. Para edge_node_id el formato debe ser cadena alfanumérica UTF-8, excepto para los caracteres reservados de ‘+’ (plus), ‘/’ (de frente), y "#" (número signo). El edge_node_id viaja con cada mensaje publicado, por lo que debe ser lo más corto posible
• device_id:Unquie ID que utilizó para identificar el dispositivo conectado al MQTT Nodo EoN. device_id es un elemento opcional ya que algunos mensajes serán originarios o destinados al edge_node_id, en ese lugar dispositivo_ id no sería requerido. El formato del dispositivo_id es un anillo alfanumérico válido UTF-8 excepto para el reservado caracteres de ‘+’ (plus), ‘/’ (de frente), y ‘#’ (número signo). El dispositivo_id viaja con cada mensaje publicado, por lo que debería ser tan corto como sea posible.

Simulate Sparkplug MQTT Device & Network

• Descargar MQTT Simuladory es una herramienta de simulación que ayuda a los usuarios a probar y desarrollar el MQTT/IoT Aplicaciones. Para la instalación y configuración de Bevywise IoT Simulator, consulte nuestroayuda docSí.video tutorial.
• Después de comenzar el Simulador,crear un nuevo MQTT rojo.
• En nueva red, crear tres nodos MQTT EoN a través deDispositivo MQTT Creación: spBv1.0, Nodo2, Nodo3.

Sparkplug MQTT Tipos de mensaje

Sparkplug define el espacio de nombres temático para el conjunto de mensajes MQTT que se utilizan para gestionar el estado de conexión como y bidireccional intercambio de información métrica que se aplicaría a muchos SCADA/IIoT en tiempo real típico, monitoreo y datos uso del sistema de recogida casos. Los tipos de mensajes definidos incluyen:

• NBIRTH– Certificado de nacimiento para los nodos MQTT EoN.
• NDEATH– Certificado de defunción para los nodos MQTT EoN.
• DBIRTH– Certificado de nacimiento para dispositivos.
• DDEATH– Certificado de defunción para Dispositivos.
• NDATA– Mensaje de datos de nodos.
• DDATA– Mensaje de datos del dispositivo.
• NCMD– Mensaje de comando Node.
• DCMD– Mensaje de comando del dispositivo.
• ESTADO– Mensaje crítico del estado de aplicación.

Creando Sparkplug MQTT Tipos de mensaje en IoT Simulator

MQTT EoN NBIRTH y NDeath Certificado:El primer mensaje de MQTT que un EoN nodos DEBE publicar sobre el éxito El establecimiento de una sesión MQTT es un certificado EoN BIRTH.

Crear NBIRTH: [namespace/group_id/NBIRTH/edge_node_id]

• Click spBv1.0 y
• Crear un Evento MQTTcon“Todo el día”configuración con cada intervalo de tiempo de 5 segundos.
• En eso da el espacio de nombres de tema como

• Seleccione QoS como 1 y conservar como 1
• Dar mensaje como “NBIRTH” y guardarlo

• Ahora DDEATH se publicará a suscriptor una vez que se suscriba el espacio de nombres de tema DBIRTH basado en el DATOS.

SCADA/IIoT Certificados de Nacimiento y Muerte

• El SCADA/IIoT Host Node es cualquier aplicación MQTT Client que se suscribe y publica mensajes.
• En una infraestructura, los servidores MQTT mulitple proporcionan redundancia y escalabilidad, para ese MQTT EoN nodos necesita ser consciente de la“estado”de las principales aplicaciones SCADA/IIoT Host.
• El “estado” puede ser aquejado por el conjunto único de certificados de nacimiento/muerte que el SCADA/IIoT Host MQTT Cliente publicar cuando se establezca una nueva sesión del MQTT.
• Espacio de nombres para SCADA/IIOT Host :STATE/scada_host_id
• Utiliza un aspecto del transporte MQTT llamado a"RETAINED"publicar mantener el estado actual de la primaria Host MQTT Cliente sesión estado a todos disponiblesServidores MQTT.
• El formato de scada_host_id puede ser válido Estiramiento con la excepción de los caracteres reservados de ‘+’ (plus), ‘/’ (de frente), y ‘#’ (número signo).

• Establecer QoS a “1” y Retener a “1”
• Seleccione el tipo de mensaje como JSON y haga clic en + botón.
• En eso añadir NBIRTH métrica como:
• ONLINE_STATE y TIEMPO ONLINE.
• Dar la clave como ONLINE_STATE, seleccione “constant”, dar valor como TRUE y haga clic en ADD
• Siguiente clic + botón y
• Dar la llave como ONLINE_TIME, seleccione "variable sistema" y seleccione "$Current_time de la lista
• siguiente clic ADD y guardar el JSON.
• Una vez que ocurrió el DBIRTH, publicar el DCMD haciendo clic en el icono de acción
• en el lado izquierdo, ahora el NCMD enviará comandos a los nodos EoN conectados.
• SiguienteSuscríbeteel tema DCMD en SCADA/IIOT para obtener la métrica de actualización de spBv1.0.
• Estos son el conjunto Sparkplug de MQTT Mensaje Tipos que se utilizan para gestionar el estado de conexión. Siguienteadjunto el Simulador de IoT Bevywisea incorporadoMQTT Brokero conectarse a cualquier MQTTBroker para iniciar la simulación Spatkplug. También crea el tipo de mensaje Sparkplug para otros Nodos.

Especificaciones de MQTT Sparkplug

Actualmente hay dos esquemas de codificación definidos Sparkplug que esta especificación soporta.

• Primero elSparkplug A codificaciónesquema basado en la muy popular Kura código abierto Google Protocol definición Buffer.
• Segundo,Sparkplug B codificaciónesquema que proporciona un modelo de datos más rico desarrollado con la retroalimentación de muchos integradores del sistema y clientes finales del usuario utilizando MQTT.

Con el rico modelo de datos y la mensajería estandarizada de Sparkplug B en su lugar, las organizaciones pueden ahora piensa más allá de los nodos y dispositivos individuales. Para aprovechar verdaderamente estos datos en tiempo real en toda una planta o empresa,Unified Namespace (UNS)proporciona una forma estructurada y centralizada de organizar, compartir y consumir todos los datos operativos sin problemas.

Unified Namespace (UNS) Integration with MQTT Sparkplug

Para ampliar la simulación Sparkplug MQTT y alinearse con IIoT moderno yIndustria 4.0arquitecturas, lasUnified Namespace (UNS) sirve como marco centralizado para gestionar e intercambiar datos.

El UNS actúa comocolumna vertebral de datos centralizadosde una empresa, reuniendo todo en tiempo real e información histórica desde el borde hasta la nube bajo una estructura jerárquica unificada.

¿Qué es un espacio de nombres unificado (UNS)?

AUnified Namespacees una arquitectura de datos basada en eventos donde todos los sistemas de planta-floor, equipo, y las aplicaciones empresariales se comunican a través decomúnMQTT brokerinfraestructura.

Representa a laestado actual del negocio en tiempo real,haciendo cada punto de datos disponibles y consumible por cualquier sistema o aplicación que se suscriba a él.

Role of MQTT Sparkplug in UNS

ElMQTT Sparkplug B specificationnaturalmente encaja como elmensajería y capa de definición de datospara el UNS.

Si bien el UNS define cómo se organizan los datos, el Sparkplug define la forma en que se comunican los datos: mensajería confiable, consciente del estado y estructurada entre todos los componentes IIoT.

Combinando UNS y Sparkplug B:

• Todos los nodos, dispositivos y aplicaciones comparten un tema común y estructura de carga útil.
• El contexto en tiempo real se mantiene a través de mensajes de nacimiento/muerte y datos.
• Los sistemas pueden descubrir métricas, propiedades y estado sin integración personalizada.
• Las empresas pueden escalar horizontalmente a través de múltiples plantas y redes de bordes.

Típico ONUS Jerarquía temática con Sparkplug B

Una estructura bien diseñada del UNS suele reflejar el diseño físico de la empresa:

UNS/
- Planta
Zona 1/
- Línea 1/
- Máquina01/
- spBv1.0/PlantA/DBIRTH/Machine01
- spBv1.0/PlantA/DDATA/Machine01
- spBv1.0/PlantA/DCMD/Machine01
- Máquina02/
- Línea 2/
Àrea2/
- PlantB/

Descripción de la Arquitectura

• UNS (Universal Namespace)
  
  
  • Piénsalo como unsistema de carpetas para su fábrica.
  • Se organizaplantas, áreas, líneas y máquinasAsí que todo tiene su lugar.
• Niveles de Jerarquía
  
  
  • PlantA / PlantB→ Cada ubicación de la fábrica.
  • Zona1 / Área2→ Diferentes secciones dentro de la planta.
  • Línea 1 / Línea 2→ Líneas de producción en cada área.
  • Machine01 / Machine02→ Máquinas individuales en línea.
• Temas Sparkplug en cada máquina
  
  
  • DBIRTH→ La máquina anuncia que está en línea.
  • DDATA→ La máquina envía sus datos (temperatura, velocidad, etc.).
  • DCMD→ La máquina recibe comandos del sistema de control.
  • Estos temas se clasifican bajo spBv1.0 y coinciden con la ruta del UNS asídata and commands go to la máquina correcta.
• Por esta arquitectura importa
  
  
  • Los espejosdiseño físicode la empresa, facilitando el seguimiento y la gestión de máquinas.
  • LetsSCADA, MES y herramientas de análisisactualizar datos en contexto (ya saben exactamente de qué planta, área, línea y máquina provienen los datos).
  • Mantienescomunicación organizada, escalable y fácil de alcanzar.

En resumen, la estructura de la UNS en Sparkplug B es como unsistema de presentación bien etiquetadopara todas tus máquinas. Cada dispositivo tiene un lugar claro para enviar y recibir mensajes, por lo que su sistema de control y análisis Siempre sepan de dónde vienen los datos y dónde deben ir los comandos.

UNS y Sparkplug B Architecture Overview

El siguiente diagrama ilustra cómoUNS integrado con MQTT Sparkplug Bdentro de un ecosistema IIoT.

Ventajas de integrar el UNS con Sparkplug B

• Visibilidad centralizada:Todos los datos en tiempo real se publican en un solo espacio de nombres accesible a cada sistema.
• Escalabilidad de plug-and-play:Se pueden añadir nuevos equipos o aplicaciones sin reorganizar los oleoductos de datos.
• Normalización:Unificado tema y estructura de carga útil en todas las plantas y sistemas.
• Baja latencia: MQTTproporciona una transferencia de datos eficiente y basada en eventos con una sobrecarga mínima.
• Resiliencia:La conciencia de la sesión de Sparkplug asegura un seguimiento preciso del estado online/offline.

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MQTT Sparkplug B combinado con un espacio de nombres unificado proporciona una visión estructurada en tiempo real de todo datos operativos en toda su empresa. Este enfoque permite una escalabilidad perfecta, plug-and-play integración y toma de decisiones más rápida en todas las plantas y sistemas.

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