Unsere Fernwirksysteme unterstützen das MQTT Protokoll und können damit ausgewählte Informationen über cloudbasierte Systeme sicher und zuverlässig in die IoT Welt übergeben.
Was steckt hinter MQTT?
Kernprinzip des leichtgewichtigen Netzwerkprotokolls ist das Publish-Subscribe-Muster. Hierbei gibt es keine Ende-zu-Ende-Verbindung der kommunizierenden Instanzen, sondern eine zentrale Komponente, den sogenannten MQTT Broker, der eine theoretisch unbegrenzte Anzahl an MQTT-Clients verwaltet. Diese Clients können Informationen an den Broker bereitstellen (Publish) oder Informationen beim Broker abrufen bzw. abonnieren (subscribe). Dabei können sogenannte EoN-Knoten (Edge of Node) als Gateway für Geräte agieren, die selber nicht per MQTT kommunizieren können.
Der Informationsaustausch fi ndet mit einem sogenannten Topic statt, welcher wie ein Betreff verstanden werden kann. Topics sind hierarchisch aufgebaut und können hinsichtlich der Syntax mit einer Ordnerstruktur verglichen werden, beispielsweise „Gebäude1/Raum4/Lampe“. Diese Topics können von den Clients abonniert werden. Der Nachrichteninhalt wird mit dem sogenannten „Payload“ bereitgestellt. In unserem Beispiel: „An / Aus“.
Warum MQTT?
Ähnlich wie in modernen Produktionsprozessen, für welche MQTT ursprünglich entwickelt wurde, müssen auch in den Operational-Technology-Strukturen intelligenter Versorgungsnetze eine Vielzahl von Informationen von unterschiedlichen Instanzen ausgetauscht werden.
Durch den kontinuierlichen Zuwachs an dezentralen Erzeugern und den neuen Anforderungen auf der NS-Seite, wie beispw. Wall-Boxen (e-Mobilität), PV-Anlagen steigt der Informationsbedarf bzw. die Informationsmenge, welche oft nicht in bestehende Leitsysteme integriert werden können bzw. sollen, aber trotzdem wichtig für eine zuverlässige Netzbetriebsführung sind.
Vermehrt wird eine separate Bereitstellung dieser Daten über cloudbasierte Systeme in Betracht gezogen. Hierfür unterstützen unsere Fernwirksysteme das MQTT Protokoll und können damit ausgewählte Informationen sicher und zuverlässig in die IoT Welt übergeben.
Darüber hinaus bietet das Protokoll Eigenschaften, welche es auch für einen Einsatz in kritischen Infrastrukturen attraktiv macht. So werden Nachrichten mit einer defi nierten QoS (Quality of Service) ausgetauscht, die in drei Stufen festgelegt werden kann:
- Höchstens einmal (0)
- Mindestens einmal (1)
- Genau einmal (2)
Dies erlaubt die Anpassung der Übertragungssicherheit an die jeweiligen Anforderungen und Netzwerkbedingungen.
Zwei weitere Features bieten einen zusätzlichen Parallele Bereitstellung der Information per IEC 60870-5-104 und MQTT in setIT 6 SAENEWS · Denken in Lösungen Einbindung des MQTT Brokers am Beispiel der Leitstelle Stadtwerke Neustadt. Mehrwert: Zum einen ein defi nierbarer „letzter Wille“ eines Clients, der nach Verbindungsunterbrechung ausgeführt wird und zum anderen das sogenannte Retain-Flag, welches die Nachrichten beim Broker zwischenspeichert und Clients, die dieses Topic erst später abonnieren, wie ein Archiv bereitstellen. Auch die Möglichkeit MQTT-Nachrichten per TLS-Protokoll zu verschlüsseln machen MQTT zur einer interessanten Lösung für den Aufbau zusätzlicher Informationswege zur Entlastung der klassischen Leitsysteme.
MQTT + Sparkplug
Ein Schwachpunkt von MQTT hinsichtlich der Nutzung in OT-Strukturen liegt in seiner generellen Offenheit: So gibt es im klassischen, reinen MQTT weder feste Vorgaben für die konkrete Ausgestaltung des Topis noch für die Darstellung des Payloads. Darüber hinaus ist die Einbindung von Zustandsinformationen nicht klar geregelt. Hieraus ergibt sich potenziell ein hoher Aufwand zur Harmonisierung und Integration unterschiedlicher Geräte und Instanzen. Genau an dieser Stelle setzt, die von der Eclipse Foundation entwickelte und frei verfüge „Sparkplug“ Spezifikation an. Die Version B des Standards bietet konkrete Vorgaben für einen optimalen Einsatz von MQTT im Kontext von OT-Strukturen.
Hierfür werden folgenden drei Ziele verfolgt:
- Definition eines MQTT-Topic
- Definition der MQTT-Payloads
- Definition der MQTT-Zustandsverwaltung
Im Ergebnis ist Sparkplug eine herstellerneutrale Spezifikation für Datenformate, Topic-Strukturen, Zustandsmanagement und die Strukturierung von Topologien in IIoT-Szenarien.
SAE erlaubt im Zuge der Implementation des MQTT-Protokolls zukünftig auch die Verwendung der Sparkplug (B) Spezifikationen für seine Fernwirkgeräte und kann somit als Client oder als EoN-Knoten fungieren.
Lesen Sie hier mehr zum Netzwerkprotokoll für IOT-Kommunikation.
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