Middleware IIoT Platform và những ứng dụng – Industrial IoT & Smart Factory VN

0 4

Như chúng ta đã thấy trong IIoT, không có một giải pháp nào cho mọi tình huống thực tế nên trong hầu hết các trường hợp, chúng ta sẽ phải triển khai một số giao thức và công nghệ để đáp ứng các yêu cầu và sau đó tích hợp chúng theo một cách nào đó. Vì thế kiến trúc SOA và Microservices những kiến trúc quan trọng trong IIoT.

Bài viết này SmartFactoryVN mong muốn chia sẻ về 1 thành phần không thể thiếu của hệ thống IIoT : Middleware IIoT Platform và những ứng dụng của nó.

SOA và Microserice

SOA là kiến trúc quan trọng hơn bao giờ hết để cung cấp dịch vụ, cung cấp cái nhìn sâu sắc và tích hợp các hệ thống. Bằng cách áp dụng các nguyên tắc kiến trúc hướng dịch vụ vào kiến trúc IIoT, một doanh nghiệp có thể quản lý và chi phối hoạt động kinh doanh và chuyển đổi CNTT. Các lợi ích bao gồm sự tích hợp liền mạch của máy móc, thiết bị và dịch vụ, cũng như phần mềm, cơ sở hạ tầng và nền tảng hỗ trợ đám mây cho các dịch vụ và giải pháp, cung cấp cho sự hiểu biết toàn diện về kinh doanh. SOA cũng cung cấp sự linh hoạt để tối ưu hóa các API.

SOA và Microservice

Microservice là một kỹ thuật phát triển phần mềm ứng dụng, một biến thể của kiến trúc hướng dịch vụ (SOA) cấu trúc một ứng dụng như một tập hợp các dịch vụ được ghép lỏng lẻo. Trong kiến trúc microservice, các dịch vụ được xử lý tốt và các giao thức rất nhẹ. Lợi ích của việc phân tách một ứng dụng thành các dịch vụ nhỏ hơn là nó cải thiện tính mô đun. Điều này làm cho ứng dụng dễ hiểu hơn, phát triển, thử nghiệm và trở nên linh hoạt hơn.Nó song song phát triển bằng cách cho phép các nhóm tự trị nhỏ phát triển, triển khai và mở rộng quy mô dịch vụ tương ứng của họ một cách độc lập.

Micrservice và API web đã trở nên rất phổ biến trong các ứng dụng web và dựa trên Cloud và cả hai đều phù hợp lý tưởng cho IIoT. Thuật ngữ microservice không có định nghĩa chuẩn, chính thức; tuy nhiên, có một số đặc điểm xác định chúng. Về cơ bản, có một kiến trúc microservice phân biệt, cung cấp một phương pháp phát triển các ứng dụng phần mềm như một bộ các dịch vụ mô-đun nhỏ. Các dịch vụ độc lập này chạy một quy trình duy nhất và giao tiếp thông qua một dịch vụ web nhẹ, được xác định rõ hoặc cơ chế khác để cung cấp một kết quả cụ thể.

Đọc thêm :

Tăng tốc phát triển ứng dụng IoT với Microservice và IoT Container

 

Chuyện gì xảy ra khi không có IIoT Middleware Platform ?

Một trong những yêu cầu chính của bất kỳ thiết kế mạng IoT nào, bất kể công nghệ của nó là gì, nó phải có khả năng mở rộng và bảo mật. Với khả năng mở rộng IIoT là một vấn đề do số lượng endnode sẽ rất là lớn khi doanh nghiệp phát triển. Ví dụ, tiêu chí thiết kế có thể yêu cầu hàng ngàn nếu không phải hàng triệu endnodes (bộ chuyển đổi) được kết nối. Tương tự, các đoạn mã này có thể nằm trong hàng ngàn phân đoạn mạng không đồng nhất, không chỉ được kết nối từ xa mà còn đa dạng về mặt địa lý.  Các vấn đề phát sinh không chỉ là làm thế nào bạn sẽ kết dính tất cả các thành phần và mạng không đồng nhất này với nhau mà là bạn sẽ bảo mật, quản trị, cung cấp và nâng cấp tất cả các kết thúc này như thế nào ?

Ví dụ: trong một mạng có hàng ngàn cảm biến hoặc mã kết thúc, bạn phải có khả năng xác định và xác thực từng loại. Rốt cuộc, bạn không thể bảo mật một mạng nếu bạn không biết những gì bạn đang bảo mật.

Tương tự như vậy, chúng ta sẽ xử lý các bổ sung vào mạng như thế nào; ví dụ làm thế nào để bạn cung cấp và đăng ký endnodes mới? Ngoài ra, làm thế nào bạn có thể quản trị và quản lý mạng này?

Ví dụ, chúng ta cần có cái nhìn sâu sắc về trạng thái của các endnodes để chúng ta biết khi nào một lỗi hoặc khi nào cần nâng cấp lên phần mềm của nó? Cuối cùng, làm thế nào để bạn phát hiện, nâng cấp hoặc cung cấp hàng trăm ngàn mã kết thúc trong hàng ngàn thiết bị không đồng nhất nằm rải rác trên khắp đất nước ?

Câu hỏi đặt ra luôn là : làm sao chúng ta có thể quản lý hàng ngàn, hàng triệu thiết bị kết nối không đồng nhất ?

Tại sao chúng ta cần IIoT Middleware Platform?

Trên thực tế, xây dựng cơ sở hạ tầng mạng IIoT là một nhiệm vụ cực kỳ phức tạp và phức tạp vì chúng tôi đang tích hợp nhiều công nghệ và giao thức khác nhau cũng như phải tìm cách quản trị, nâng cấp và báo cáo về các mạng không đồng nhất này. Tuy nhiên, có những giải pháp có thể giảm bớt sự phức tạp khi triển khai và cung cấp không chỉ keo để kết nối tất cả các thành phần, mà còn là một chiếc kính nhìn sẽ cho phép chúng ta hình dung toàn bộ mạng và đó là nền tảng Middleware IIoT ( IIoT Middleware Platform ).

Kiến trúc IIoT Middleware Platform

Như bạn có thể thấy trong Hình trên, có tám thành phần có thể được mong muốn trong một nền tảng Middleware IIoT. Những yếu tố này cung cấp chất keo sẽ cho phép chúng ta xây dựng các mạng không đồng nhất ở quy mô lớn :
• Kết nối : lớp này cung cấp các phương tiện để kết nối và hỗ trợ các cảm biến và cơ cấu chấp hành vì chúng thường sẽ có các công nghệ và giao thức đa dạng.
Quản lý Endnode : Lớp này cung cấp khả năng xác định, xác thực, ủy quyền và quản lý tất cả các endnode trong mạng.
• Xử lý dữ liệu : Lớp này cung cấp truyền dữ liệu, chuẩn bị và tương quan dữ liệu đến từ các cảm biến.
• Tích hợp cơ sở dữ liệu: Lớp này cung cấp các kết nối giữa các ứng dụng và lưu trữ dữ liệu.
• Trực quan hóa dữ liệu: Lớp này cung cấp các công cụ và kỹ thuật để trực quan hóa dữ liệu theo cách có ý nghĩa, chẳng hạn như thông qua biểu đồ, biểu đồ và sự kiện.
• Phân tích dữ liệu: Lớp này cung cấp xử lý và phân tích dữ liệu theo thời gian thực, rất quan trọng đối với các ứng dụng công nghiệp vì nó cho phép phản hồi nhanh từ các hệ thống điều khiển công nghiệp.
Front-end: lớp Lớp ứng dụng này cung cấp các kết nối, API, microservice và giao diện SDK theo yêu cầu của các ứng dụng và nhà phát triển.
• Security: Bảo mật của mạng IIoT là tối quan trọng và được xử lý ở mọi lớp để đảm bảo tính bảo mật, tính toàn vẹn và tính sẵn sàng của mạng.

Tuy nhiên, nó không hoàn toàn đơn giản như việc chọn bất kỳ nền tảng Middleware IIoT nào vì chúng có nhiều hình dạng và hình thức khác nhau. Thông thường, một nền tảng Middleware IIoT sẽ mang các hệ thống không đồng nhất lại với nhau, cung cấp khả năng tích hợp và khả năng tương tác liền mạch đồng thời đảm bảo tính minh bạch hoạt động ở lớp ứng dụng.

Để đạt được Middleware này, cho dù là CNTT hay IIoT, bạn cần một cơ chế giao tiếp giữa các công nghệ và giao thức khác nhau, đồng thời trừu tượng hóa sự phức tạp tiềm ẩn của phần cứng, phần mềm và giao thức truyền thông. Mục đích cũng là để hỗ trợ tính di động và tích hợp liền mạch giữa các hệ thống.

Thật không may, không phải tất cả cái gọi là nền tảng Middleware IIoT đều bao gồm tất cả các nền tảng cơ sở, vì một số nền tảng kết nối cơ bản đơn giản hoặc nền tảng hòa giải ứng dụng CNTT để tích hợp ứng dụng với cơ sở dữ liệu. Có một số nền tảng Middleware CNTT thực sự chỉ là các hệ thống trung gian truyền thông xử lý dịch giao thức và trình bày các giao diện vật lý cho các kết nối vật lý. Một số khác thì là Middleware quản lý dữ liệu làm trung gian giữa các ứng dụng và hệ thống back-end cơ sở dữ liệu.

Cuối cùng, một loạt các nền tảng IaaS mới đã xuất hiện để tối ưu hóa các ứng dụng di động và IoT cũng có thể được mô tả là Middleware IoT.

Dùng Nền tảng Middleware IIoT Platform để  làm gì ?

Trước đây, các nhà khai thác điện thoại di động đã gặp phải vấn đề này trong nhiều thập kỷ và giải pháp là áp dụng nền tảng Middleware sẽ xử lý nhận dạng, xác thực, ủy quyền và khả năng quản lý việc cung cấp tự động hàng chục triệu thiết bị di động từ xa. Tương tự và có lẽ đặc biệt phù hợp hơn với việc triển khai IIoT, các doanh nghiệp đã điều chỉnh các nền tảng nhà điều hành di động cao cấp này để cho phép BYOD (bring your own device – mang theo thiết bị của riêng bạn), cho phép họ xác thực và kiểm soát quyền truy cập vào mạng của họ cũng như quản lý hàng chục nghìn thiết bị di động các thiết bị thường không được kiểm soát trực tiếp.

Giải pháp một lần nữa là sử dụng một nền tảng Middleware tự động, nhận dạng, kiểm soát truy cập, bảo mật, cung cấp và báo cáo giữa các chức năng cụ thể của các nhà cung cấp khác nhau. Các nền tảng Quản lý thiết bị di động (MDM) này rất giống với các mẫu Middleware IoT mới nhằm triển khai cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ.

Vấn đề là có lẽ hàng trăm ngàn bộ chuyển đổi sẽ được kết nối với Internet, mà chúng tôi dự kiến ​​sẽ thay thế an toàn các nguồn dữ liệu truyền thống và chúng sẽ trở thành nguồn dữ liệu chính cho một doanh nghiệp. Dữ liệu này có thể được thu từ các cảm biến và thậm chí từ các sản phẩm được sản xuất hoặc từ phản hồi từ các quy trình hoạt động, thậm chí cả môi trường hoạt động.

End-to-End IoT Connectivity

Tuy nhiên, dữ liệu là vô nghĩa nếu không có khả năng biến những bit và byte đó thành kiến ​​thức và sau đó hiểu nó trong các business context. Thách thức của việc chuyển đổi dữ liệu, các bit và byte thô đó thành kiến ​​thức là một công nghệ. Tuy nhiên, mọi thách thức cũng thể hiện một cơ hội và nhiều nhà cung cấp đang nỗ lực sản xuất các nền tảng Middleware có khả năng kết nối IIoT để cung cấp giải pháp để kết nối tất cả các bộ chuyển đổi, ứng dụng và cơ sở dữ liệu khác nhau này.

Middleware rất quan trọng để xây dựng và triển khai các ứng dụng IoT. Điều này là do các nền tảng Middleware cung cấp nhiều dịch vụ như giao thoa các giao thức và công nghệ đa dạng, dịch thuật và nhận dạng, xác thực và ủy quyền, trong số nhiều tính năng khác. Một ví dụ về nền tảng trung gian là giải pháp nguồn mở Kaa, có thể hỗ trợ kết nối, khả năng mở rộng, quản trị và phân tích luồng dữ liệu cho hàng triệu đầu cuối tiềm năng.

Hơn nữa, các nền tảng Middleware cung cấp nhiều dịch vụ bổ sung, bao gồm xác định mức độ phần mềm / phần sụn, cách ly và cung cấp và nâng cấp từ xa. Cuối cùng, quan trọng, Middleware đóng vai trò chính trong việc tương quan và trình bày dữ liệu để xử lý và lưu trữ. Điều này rất quan trọng vì trong các ứng dụng công nghiệp ngày nay của IIoT, chúng ta có thể xử lý một lượng lớn dữ liệu. Ví dụ, động cơ phản lực Boeing tạo ra 10 terabyte dữ liệu trong mỗi 30 phút bay.

1 Ví dụ về IoT Middleware Platform (nguồn : WSO2)

Có nhiều cách để trích xuất giá trị từ dữ liệu dẫn đến cải thiện đáng kể hiệu quả hoạt động trong các ngành công nghiệp như sản xuất công nghiệp, hàng không, tiện ích thông minh, chăm sóc sức khỏe và vận tải. Tuy nhiên, vẫn có những vấn đề phát sinh từ sự tăng trưởng nhanh chóng của số lượng dữ liệu được tạo ra và nhu cầu kinh doanh cho sự linh hoạt và thực hiện quy trình. Vậy những hạn chế mà Middleware IIoT cần khắc phục là gì ?

Xử lý sự kiện là một yếu tố chính trong nền tảng Internet of Things. Điều này là do lượng dữ liệu chính có thể truyền phát từ các cảm biến, do đó, điều quan trọng là có được sự hiểu biết về dữ liệu nào là quan trọng và dữ liệu nào không. Rốt cuộc, có rất ít điểm liên tục gửi cùng một dữ liệu từ một thiết bị bị hạn chế qua một liên kết truyền thông không dây hạn chế nếu dữ liệu không thay đổi.
Tuy nhiên, các hệ thống công nghiệp cần phải biết ngay lập tức khi trạng thái Endnode thay đổi, với ranh giới chấp nhận được, để chúng có thể thực hiện hành động ngay lập tức và phù hợp. Do đó, các doanh nghiệp công nghệ và vận hành có xu hướng sử dụng phân tích và truyền dữ liệu theo thời gian thực vì họ yêu cầu phản hồi tức thì để ổn định một quy trình có thể đi ra khỏi ranh giới chấp nhận được.

Do đó, một nền tảng Middleware IIoT phải được thiết kế để trả về các chỉ số hiệu suất chính mà các kịch bản công nghiệp yêu cầu về hệ thống.
Ví dụ, khi giao dịch với số lượng lớn thiết bị, khả năng mở rộng và độ tin cậy là rất quan trọng. Middleware cung cấp nền tảng hỗ trợ để xây dựng, triển khai và quản lý các ứng dụng IoT có thể mở rộng. Do đó, vai trò cơ bản của Middleware trong IIoT có thể được tóm tắt thành ba đề xuất giá trị chính mà một doanh nghiệp sẽ yêu cầu. Ở mức rất cao, các yêu cầu dành cho :

  • Tích hợp dữ liệu
  • Bảo mật, giám sát và báo cáo
  • Phân tích dữ liệu theo thời gian thực và hàng loạt
  • Giải pháp Middleware nguồn mở.

Đối với nhiều doanh nghiệp vừa và nhỏ, Middleware có thể là một lựa chọn rất tốn kém. May mắn thay, hiện nay có các nền tảng Middleware thương mại và nguồn mở mà chúng ta có thể triển khai để quản lý các công nghệ và giao thức phân tán này. Nếu không có các nền tảng Middleware nguồn mở này tích hợp và chuyển đổi liền mạch giữa các công nghệ và giao thức đa dạng, Internet vạn vật công nghiệp sẽ không khả thi đối với các doanh nghiệp vừa không thể mua được các nền tảng IIoT quy mô lớn.

Ví dụ, đối với các công ty lớn, có các giải pháp cấp doanh nghiệp có sẵn từ Siemens, GE và SAP, nhưng những giải pháp này thường nằm ngoài ngân sách tài chính của hầu hết các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Vì vậy, các tùy chọn cho các doanh nghiệp nhỏ muốn triển khai IIoT là gì?

Ở đây chúng tôi xin giới thiệu một số giải pháp mã nguồn mở hoàn thiện cho phần mềm trung gian IIoT (Có một số đã ngưng không còn được hỗ trợ phát triển, Một số được chuyển thành bản thương mại)

KaaIoT Middleware IIoT Platform
  • KaaIoT : cung cấp các công cụ để xây dựng các giải pháp Internet công nghiệp hoàn chỉnh bằng cách can thiệp vào các bộ chuyển đổi, giao thức và ứng dụng. Kaa cũng cung cấp các phương tiện để giám sát và quản lý từng thiết bị từ xa.
  • OpenIoT: Một nền tảng phần mềm trung gian nguồn mở để triển khai và tích hợp các giải pháp IoT. OpenIoT được thiết kế để có thể kết nối và sau đó thu thập và xử lý dữ liệu từ bất kỳ bộ chuyển đổi nào bất kể giao thức của nó. OpenIoT sau đó có thể truyền dữ liệu được thu thập lên đám mây và phân tích và trực quan hóa dữ liệu được thu thập.
  • Mango : Một trong những nền tảng IoT phổ biến nhất do truyền thống của nó trong M2M, kiểm soát công nghiệp và môi trường công nghiệp SCADA, nơi nó đã xây dựng một nền tảng khổng lồ do dễ triển khai, sử dụng năng lượng thấp và khả năng lưu trữ hàng ngàn thiết bị từ một PC giá rẻ.
  • WSO2 : là một trong những nền tảng IoT mã nguồn mở được cấp phép thích hợp nhất hiện nay của Apache. Nó cung cấp công nghệ giống tốt nhất cho các nhà sản xuất thiết bị để phát triển các sản phẩm được kết nối cũng như tích hợp phong phú và khả năng phân tích thông minh cho các nhà tích hợp hệ thống để áp dụng các thiết bị vào các hệ thống mà họ xây dựng.

Mã nguồn mở mặc dù rất phổ biến, không phải lúc nào cũng được coi là giải pháp tốt nhất trong môi trường công nghiệp, nơi độ tin cậy, tính sẵn có và độ mạnh có thể phụ thuộc vào chất lượng sản phẩm và hỗ trợ kỹ thuật. Do đó, nhiều doanh nghiệp sẽ đầu tư vào các sản phẩm thương mại để mua sự an tâm và sự hỗ trợ kỹ thuật mà họ yêu cầu nếu mọi thứ trở nên sai lầm.

Một số nền tảng phần mềm trung gian IoT thương mại phổ biến nhất là:

  • ThinkWorx
  • Oracle Fusion
  • IBM Bluemix
  • Advantech WebAccess

Các nền tảng thương mại này có nhiều tính năng tích hợp hơn, chẳng hạn như các công cụ phát triển và hỗ trợ ứng dụng cũng như hỗ trợ quản lý mạng và thiết bị và thường dễ triển khai hơn. Nhưng họ đến ở một mức giá. Tuy nhiên, chi phí cấp phép cho các sản phẩm này thường có thể rẻ hơn chi phí và thời gian triển khai, thử nghiệm và hỗ trợ kết hợp các gói nguồn mở.

Bài viết chúng tôi đã trình bày những điều cơ bản nhất về IIoT Middleware Platform và những ứng dụng. Bạn còn điều gì thắc mắc hãy LH admin nhé.

Leave A Reply

Your email address will not be published.