当自动化工程师展望未来和他们在工业物联网(IIoT)项目上的工作时，通常会出现三个问题:安全性、与IT合作和可扩展性。
- 安全是至关重要的。我们希望从控制系统和设备中获取有价值的数据，而不允许访问这些系统。
- IT部门很忙，有其他重要的事情要做。可以理解的是，他们不愿意在防火墙上戳洞，也不愿意为控制需求创建特殊的网络。
- 可伸缩性。我们可以从本地系统和远程设备获取数据，但工业物联网需要来自遥远地点的大量数据。我们如何扩展数据采集?
为了解决这些问题，让我们回过头来了解计算机和类似设备如何在网络上交换信息。例如，YouTube视频如何到达您的手机，或者现场传感器的值如何到达您的人机界面(HMI)?
为了更好地理解这一点，让我们比较两种网络通信模型:请求-响应和发布-订阅。
请求-响应
计算机在网络上通信的标准模型是请求-响应。客户端设备或软件请求数据或服务，服务器计算机或软件通过提供数据或服务来响应。
当你在手机上观看YouTube视频时，你的网络浏览器或YouTube应用程序是通过互联网这个巨大的网络请求视频的客户端。YouTube的网络服务器会将视频页面提供给你。
在自动化中，典型的客户端是PC上的HMI，服务器是连接到现场传感器的可编程逻辑控制器(PLC)或可编程自动化控制器(PAC)。HMI从控制器请求数据，控制器响应。
请求-响应就像客户机发送一辆空卡车来填充数据。服务器填充卡车并将其发回。
每个客户端必须打开到每个服务器的直接连接。由于客户端不知道数据何时可能发生变化，所以它们会定期请求数据。因此，每个PC HMI打开与每个控制器的直接连接，并重复发送请求，服务器重复响应。所有这些连接处都有不间断的卡车交通。
如果服务器有能力响应，并且网络可以处理流量，则请求-响应是一种经过验证的可靠通信方法。它对于通过安全的内部网络进行通信特别有用。但是，如果您有多个服务器和多个客户机，那么通信量很快就会成为一个问题。
发布-订阅
设备在网络上通信的另一种方式是发布-订阅，或发布-订阅。在这里，称为代理(或服务器)的中心源接收并分发所有数据。发布-订阅客户机可以向代理发布数据，也可以订阅代理上的数据，或者两者兼而有之。
发布数据的客户端仅在数据发生变化时发送数据(也称为异常报告)。订阅数据的客户端会自动接收数据，但只有在数据发生变化时才会接收。代理不存储数据;它只是将它从发布者转移到订阅者。
与请求-响应相比，连接的数量减少了，取而代之的是从每个设备到代理的一个轻量级链接。此链接保持打开状态，并且只有两件事通过它:更改的数据和一个微小的心跳，因此代理知道客户机仍然在那里。
在我们的卡车类比中，道路更少，卡车更少，所有的卡车都是满的。发布数据的客户端向代理发送完整的数据。经纪人不卸货;它将其完整地路由给订阅者。
对于工业物联网来说，发布-订阅是有意义的，因为它可以有效地在多个源和目的地之间移动数据。它之所以有意义，还因为它轻量级的单链路将困难的客户机-服务器连接最小化，并且可以在低带宽、昂贵或不可靠的网络(如监控远程设备)上工作。
有MQTT和火花塞的Pub-sub
发布-订阅传输协议MQTT (www.mqtt.org)是一个具有工业历史的OASIS标准和ISO标准。它是在1999年发明的，用于石油和天然气管道的应用，以减少通过卫星线路进行昂贵的通信。
为了进一步实现MQTT的工业化，Cirrus Link Solutions于2016年发布了Sparkplug规范(www.cirrus-link.com/oem-device-data-integration)。Sparkplug添加了二进制封装、设备状态和主题定义，使MQTT更容易实现，更适合关键应用程序。
除了更少连接、更少流量和异常报告的发布-订阅优势外，MQTT和Sparkplug还为IIoT提供了以下优势:
- 具有不规则连接的远程设备的压缩有效负载和有状态通信。
- 自动重新连接和数据传输脱机设备。
- 一个重要的安全优势:从客户机到代理的出站连接。
底线
考虑到发布-订阅，让我们回顾一下我们的三个IIoT关注点:安全性、IT和可扩展性。
通过从发布-订阅客户机到代理的出站连接，安全性和IT问题都得到了最小化。所有防火墙都会阻止入站流量(例如，外部客户端从内部服务器请求数据)，但通常允许出站连接。因为所有MQTT/Sparkplug数据都是出站的，所以不需要vpn和端口转发。通常，您可以安全地将数据移动到需要的地方，而无需it人员的帮助。
在MQTT/Sparkplug pub-sub架构中，高效、有状态的数据通信和较低的网络流量使可伸缩性问题最小化。大量数据可以在许多来源和目的地之间自由流动。
为了提高安全性，减少对IT的依赖并扩展工业物联网的数据通信，自动化工程师正在仔细研究MQTT/Sparkplug。
有关Opto 22如何帮助您跟上这些工业技术发展的更多信息，请参阅Opto 22的grov EPIC系统，该系统带有用于MQTT/Sparkplug通信的Ignition Edge板载info.opto22.com/groov-epic-intro-offer。
