Truyền dữ liệu tới đám mây.

Truyền dữ liệu  tới đám mây.

Truyền dữ liệu tới đám mây – Giao thức Truyền thông Công nghiệp 4.0

Truyền dữ liệu tới đám mây là thành phần quan trọng đối với cơ sở tuân thủ công nghiệp 4.0. Được sử dụng để cho phép giao tiếp. qua lại giữa các máy chủ đám mây để truyền dữ liệu hoặc nhận hướng dẫn.

Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) và điện toán đám mây. là những nền tảng chính cho một cơ sở tuân thủ nền công nghiệp 4.0 . Các thiết bị IIoT cần giao tiếp qua lại với các máy chủ đám mây để truyền dữ liệu hoặc nhận hướng dẫn. Nhiều giao thức khác nhau được sử dụng để kích hoạt giao tiếp này. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét ba giao thức truyền thông chính cho giao tiếp IIoT, đó là HTTP, WebSockets và MQTT.

Hình 1. HTTP là một lựa chọn khả thi cho các thiết bị. không có giao thức hiện đại. Sử dụng hình ảnh được sự cho phép của Canva 

 

Giao thức truyền siêu văn bản (HTTP)

HTTP là giao thức lớp ứng dụng phổ biến nhất được sử dụng trên internet. Giao thức không đối xứng và không trạng thái. có nghĩa là giao tiếp không có hai chiều và không phụ thuộc vào các yêu cầu trước đó từ khách hàng. Máy khách gửi yêu cầu đến máy chủ và máy chủ đáp ứng yêu cầu nếu có thể.

Đối với các ứng dụng IIoT , Giao diện lập trình ứng dụng HTTP RESTful (API) thường được sử dụng để đọc. ghi và cập nhật thông tin trên máy chủ đám mây. API cung cấp một kênh giao tiếp giữa các thiết bị IIoT và máy chủ điện toán đám mây. API HTTP sử dụng các phương thức HTTP để truyền thông tin. Bốn phương thức HTTP chính là GET, POST, DELETE và PUT.

REST là viết tắt của REpresentational State Transfer. và là một mẫu kiến ​​trúc lập trình để giao tiếp giữa các thành phần khác nhau qua web hoặc mạng. Các API tuân thủ các nguyên tắc của REST được coi là RESTful. Các API RESTful có khả năng mở rộng và phù hợp để giao tiếp giữa các máy.

Nguyên lý làm việc

Khi các thiết bị IIoT được kết nối với máy chủ đám mây. có API RESTful HTTP chúng có thể giao tiếp với nhau. Thiết bị IIoT có thể gửi dữ liệu đến máy chủ. và cũng nhận dữ liệu từ máy chủ bằng cách sử dụng yêu cầu GET và yêu cầu PUT.

HTTP được thiết kế để cho phép giao tiếp qua mạng. và thiết kế không dành cho các ứng dụng IIoT. Tần số và tốc độ truyền dữ liệu qua HTTP không đủ cho các ứng dụng IIoT quy mô lớn. Mức tiêu thụ năng lượng với HTTP cũng khá cao. Điều này rất quan trọng khi một số lượng lớn thiết bị IIoT. Phải tương tác với các máy chủ đám mây. Mặc dù vậy, HTTP là một lựa chọn khả thi khi các thiết bị có giao thức hiện đại không khả dụng. Nó cũng được sử dụng khi các ứng dụng IIoT được gắn vào các hệ thống cũ.

 

 

WebSocket

WebSocket là một giao thức truyền thông hoạt động qua kết nối TCP / IP giữa hai hệ thống. WebSocket là một kênh giao tiếp song công. Có nghĩa là giao tiếp có thể diễn ra theo cả hai hướng cùng một lúc. Giao tiếp song công có thể được thực hiện qua một kết nối TCP / IP. Không cần nhiều kết nối để giao tiếp song công với WebSocket. Điều này làm cho nó phù hợp hơn với giao tiếp IIoT hơn là HTTP. vốn là một hướng về bản chất.

Máy khách và máy chủ trong giao tiếp WebSocket bắt đầu một kênh song công để giao tiếp. Thủ tục thiết lập kết nối mở giữa máy khách và máy chủ được gọi là bắt tay. Quá trình bắt tay được thực hiện với một yêu cầu HTTP GET. Khi quá trình bắt tay hoàn tất, kết nối giữa máy khách và máy chủ luôn mở. Kết nối chỉ bị chấm dứt khi máy khách hoặc máy chủ đóng kết nối một cách rõ ràng.

WebSocket là một giao thức truyền thông tương đối mới hơn so với HTTP và ít phổ biến hơn nhiều. Tuy nhiên, lợi thế của công nghệ này thúc đẩy các nhà phát triển xây dựng một loạt các ứng dụng IIoT với WebSocket. Vì kênh luôn mở giữa các thiết bị IIoT và máy chủ đám mây. Một khối lượng lớn dữ liệu có thể được truyền giữa các hệ thống tiêu tốn ít năng lượng và băng thông hơn rất nhiều. Điều này cũng làm cho nó trở thành một giao thức truyền thông phù hợp hơn cho các ứng dụng IIoT.

Một số lợi ích của việc sử dụng WebSocket qua HTTP là:

• Truyền thông tin qua WebSockets nhanh hơn các yêu cầu HTTP.
• WebSockets sử dụng ít băng thông hơn so với HTTP.
• Không có sự chậm trễ trong giao tiếp giữa IIoT và máy chủ đám mây vì kênh song công được sử dụng để giao tiếp.
• Tường lửa không thể chặn
• WebSockets có thể trốn tránh proxy.
• WebSocket là một công nghệ internet tiêu chuẩn. Không cần thêm thiết bị hoặc kiến ​​thức chuyên môn để triển khai WebSocket.

Không nên sử dụng WebSocket trên các thiết bị chạy bằng pin. Vì kết nối song công luôn mở, nó sẽ tiêu hao pin khá nhanh. Tốt hơn là sử dụng HTTP trong các trường hợp như vậy vì các yêu cầu chỉ được gửi khi được yêu cầu.

 

 

Vận chuyển từ xa hàng đợi tin nhắn (MQTT)

MQTT là một giao thức truyền thông được phát triển đặc biệt cho các thiết bị IIoT. Giao thức được phát triển bởi IBM để cho phép giao tiếp giữa các cảm biến. Trong ngành công nghiệp dầu mỏ và các máy chủ từ xa sử dụng vệ tinh một cách tiết kiệm chi phí. Giao thức từng là giao thức độc quyền, nhưng giờ đây nó là giao thức mở được duy trì bởi OASIS .

MQTT cũng là một giao thức lớp ứng dụng giống như HTTP. Cũng giống như HTTP, giao thức MQTT cũng hoạt động trên lớp TCP / IP. Trong WebSocket và HTTP, thiết bị IIoT kết nối trực tiếp với máy chủ đám mây định vị . URL hoặc địa chỉ IP của cơ sở hạ tầng đám mây. MQTT dựa trên một mô hình giao tiếp khác.

Nguyên lý làm việc

Với MQTT, thiết bị IIoT không cần biết địa chỉ IP của máy chủ đám mây . Máy chủ không cần biết địa chỉ IP của thiết bị IIoT. Giao tiếp giữa các thiết bị IIoT và máy chủ xảy ra thông qua một trung gian được gọi là môi giới. Nhà môi giới có thể cư trú trên mạng cục bộ hoặc có thể qua internet. Bất kể, tất cả các giao tiếp giữa các máy khách của giao thức đều thông qua nhà môi giới này.

Thay vì các phương thức trong HTTP, MQTT. Sử dụng khái niệm xuất bản / đăng ký chủ đề. Chủ đề là dữ liệu được phân đoạn thuộc cùng một danh mục. Ví dụ: dữ liệu nhiệt độ của một hệ thống có thể là một chủ đề và dữ liệu độ ẩm có thể là một chủ đề khác. Khách hàng có thể xuất bản dữ liệu cho một chủ đề. Có nghĩa là nó có thể thêm dữ liệu vào một chủ đề. Khách hàng cũng có thể đăng ký chủ đề và họ sẽ chỉ nhận được dữ liệu từ chủ đề đó. Việc định tuyến của tất cả dữ liệu được xử lý bởi nhà môi giới. Giao thức MQTT có các tiêu chuẩn khác nhau để xác định độ sâu. Tần suất của dữ liệu được xuất bản hoặc đăng ký.

Ưu điểm của việc sử dụng MQTT qua HTTP hoặc WebSocket là:

• MQTT có dung lượng nhẹ và sử dụng tài nguyên hạn chế so với các giao thức khác.
• Giao thức MQTT sử dụng ít năng lượng hơn để hoạt động.
• MQTT cũng nhanh hơn giao thức HTTP.
• MQTT hỗ trợ các kết nối liên tục.
• MQTT được thiết kế đặc biệt cho giao tiếp giữa máy và máy.
• MQTT là trung tâm dữ liệu khi HTTP là trung tâm của tài liệu. Cách tiếp cận lấy dữ liệu làm trung tâm phù hợp với các ứng dụng của nền công nghiệp 4.0, đặc biệt là học máy.
• Giao thức phù hợp khi có các ràng buộc như. Hạn chế năng lượng, hạn chế xử lý, giới hạn bộ nhớ, độ trễ cao, mạng không đáng tin cậy, v.v.
• Thông tin liên lạc được mã hóa và bảo mật bằng TLS. Đây là giao thức mật mã mới nhất để đảm bảo an toàn thông tin liên lạc.

Đưa dữ liệu ra khỏi thiết bị vào đám mây

Bây giờ chúng ta biết rất nhiều về các giao thức truyền thông khác nhau có thể được sử dụng để truyền dữ liệu tới đám mây. Bước tiếp theo là sử dụng một trong các giao thức này để gửi dữ liệu từ PLC. Các thiết bị khác tới mạng đám mây và theo cách khác. Cơ sở dữ liệu thẻ và các giao diện khác cũng cần được thiết lập cho việc này. Các thiết bị, trung gian mạng và giao thức truyền thông được sử dụng được xác định bởi một số yếu tố. Chủ yếu trong số này là khả năng và phụ kiện cho các thiết bị như PLC, HMI, v.v. Chúng ta sẽ thảo luận cụ thể hơn về cách gửi dữ liệu từ thiết bị. lên đám mây trong bài viết tiếp theo.

HOANTRANTDH

Brings trust to customers !