Die Zusammenarbeit von Industrie 4.0 und IIC
Hintergrund der kombinierten Anwendungsmöglichkeiten von DDS und OPC UA stellt die Zusammenarbeit der Entwicklungsorganisationen beider Standards dar, der OMG und der OPC Foundation. Hinzu kommt die Unterstützung durch zwei großen Konsortien, welche die Standards einsetzen: das Industrial Internet Consortium (IIC), bestehend aus über 200 Firmen aus 25 Ländern, sowie die Industrie 4.0. Dieses Gemeinschaftsprojekt soll das Industrial Internet of Things schnell und zukunftssicher auf den Weg bringen. Beide Konsortien verfolgen das Ziel, eine gemeinsame Architektur aufzubauen, die branchenübergreifend arbeitet, u.a. in der Energie, dem Gesundheitswesen, der Produktion, dem Transport sowie öffentlichen Bereichen. Ein klares Mapping zwischen den beiden Architekturen von Industrie 4.0 (RAMI4.0) und IIC (IIRA) ermöglicht die domainübergreifende Interoperabilität.
DDS und OPC UA im Vergleich
Die Object Management Group strebt eine bidirektionale Brücke zwischen DDS und OPC UA an. Sind also ein OPC-UA-Server zu einem Controller sowie OPC-UA-Client-Anwendungen und eine DDS-Applikation vorhanden, kann ein Gateway die Abläufe zwischen OPC UA und DDS koordinieren. Der Fokus der OPC Foundation liegt darauf, DDS zu nutzen, um OPC UA Pub/Sub zu implementieren. Dabei ist das UDP-Profil (User Datagram Protocol) einfach aufgebaut und ermöglicht Datenbus-Funktionalität. Während OPC UA eine gerätezentrierte Technologie für die Interoperabilität zwischen Geräten abbildet, stellt DDS im Vergleich einen datenzentrierten Ansatz für die Software-Systemintegration dar. DDS implementiert eine globale Daten-Raum-Abstraktion und entkoppelt Anwendungen von Zeit, Ort und Datenstrom. Software-Teams verwenden den DDS-Standard, um Software-Module zu schreiben, die durch ein Datenmodell interagieren. OPC UA hingegen implementiert den Adressraum eines Node-Graphen von abstrahierten Geräten und entkoppelt Applikationen von Gerätedetails. Entwickler nutzen OPC UA, um Programme über ein Gerätemodell zu schreiben.
Welcher Standard wann?
Die Verwendung von DDS ist dann sinnvoll, wenn Entwickler gleichzeitig viele verteilte Software-Module entwerfen, dafür eine Systemarchitektur definieren und anschließend die Einzelkomponenten erstellen. Dabei lässt sich ein gemeinsames Informationsmodell nutzen. Zu den Schlüsselfunktionen von DDS zählen der Verzicht auf Server für eine dynamische Konfiguration und einfache Redundanz, Peer-to-Peer für einen QoS-kontrollierten Datenfluss mit Standorttransparenz sowie Datenzentriertheit, um einen großen oder variierenden Datenraum zu verwalten. Zudem ermöglicht DDS, dass Anwendungen auf einfache Weise mit dem Datenraum anstatt mit anderen Applikationen kommunizieren. OPC UA hingegen bietet sich an, wenn Entwickler Geräte konstruieren, die später integriert werden sollen. Diese benötigen eine Interoperabilität der Geräte zu einem zukünftigen Zeitpunkt und programmieren generische Geräte, um ein Informationsmodell während des Betriebs zu erstellen. Die Schlüsselfunktionen von OPC UA umfassen eine Trennung des Geräte- vom Systemdesign, eine Bibliothek von Gerätemodellen sowie eine Client/Server-Bereitstellung. Ziel ist eine einfache gerätezentrierte Programmierung. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass sowohl OPC UA als auch DDS wesentliche etablierte Protokolle im IIoT darstellen. Dabei besitzen sie sehr unterschiedliche Designs – OPC UA ist objektorientiert und nutzt Client-Server, DDS arbeitet datenzentriert und Peer-to-Peer. Beide Standards zielen auf andere Nutzer und Anwendungen ab: Während DDS sich besonders für Systeme eignet, die primär eine Software-Integration anstreben, adressiert OPC UA einfachere Softwaresysteme, die sich auf die Austauschbarkeit zwischen Geräten konzentrieren. So kommen sich beide Standards nicht in die Quere, sondern ergänzen sich vielmehr.
