MQTT vs. OPC-UA: Vergleich von Industrial Connectivity Solutions
„MQTT erfordert eine zentralisierte Architektur“, sagt der CIO.
„OPC-UA über MQTT löst alle Probleme, die wir mit unserer Shopfloor-Konnektivität haben“, sagt der OT-Spezialist.
„OPC-UA ist gut, aber zu kompliziert“, sagt der interne Softwareentwickler.
„MQTT 5 zusammen mit Sparkplug ist die Antwort auf alle Ihre Fragen.“, sagt der Vertrieb.
„Unified Namespace ist nur für MQTT Broker verfügbar“, sagt ein anderer.
Diese und andere Statements sind immer wieder zu hören. Wenn man etwas tiefer in die Thematik einsteigt, wird man feststellen, dass MQTT und OPC-UA zwei unterschiedliche Themenkomplexe sind und ein Vergleich zwischen beiden nicht so einfach ist, wie es scheint. Es gewinnt nicht einfach eine Seite auf einer Anforderungsliste.
Apfel- und Birnen-Architektur
Alles beginnt mit einem grundlegenden Verständnis für beide Themen.
Was ist MQTT?
Das MQTT–Protokoll (Message Queuing Telemetry Transport) verwendet als Grundkonzept das Publish-Subscribe-Pattern. Dieses Pattern erfordert einen Broker, der den zentralen Punkt der Kommunikation darstellt. Clients können sich mit dem Message Broker verbinden und über sogenannte Topics, die mit jeder Nachricht versendet werden, Daten miteinander austauschen. Wird eine Nachricht zu einem bestimmten Topic veröffentlicht, wird sie an alle Teilnehmer weitergeleitet, die sie abonniert haben.
MQTT wurde ursprünglich von IBM für die M2M-Kommunikation im Internet of Things entwickelt (bitte beachten Sie das fehlende Wort „Industrial“), insbesondere um die Datenübertragung in Umgebungen mit eingeschränkter Infrastruktur, instabilen Netzen und mit energiesparenden Devices mit begrenzter Rechenleistung zu ermöglichen. Vor einigen Jahren wurde MQTT offiziell als OASIS-Standard definiert. Die neueste (seit 2019) Spezifikation ist MQTT 5.
Was ist OPC-UA?
OPC-UA (Open Platform Communications – Unified Architecture) ist ein Datenaustauschstandard für die industrielle Kommunikation, plattformunabhängig und auf Basis unterschiedlicher Betriebssysteme. OPC-UA ist essentiell für Industrie 4.0 und das Industrial Internet of Things und ermöglicht sichere Real-Time-Kommunikation mit extensiver Datenmodellierung, Semantik und Zwei-Wege-Kommunikation.
Die Server/Client-Architektur ist das traditionelle Kommunikationsmodell in OPC-UA. Es basiert auf der Idee, dass es eine Serverkomponente gibt, die Daten für andere Anwendungen bereitstellt, die als Clients fungieren. Client-Anwendungen können über standardisierte Dienste auf Daten und Informationen des passiven Servers zugreifen.
Kurz zusammengefasst fokussiert OPC-UA mehr auf Daten, Datenmodelle, Semantik etc., während MQTT sich mehr auf die Technologie zur Datenübertragung konzentriert.
Vergleich von Äpfeln mit Birnen
Der folgende Vergleich macht die Unterschiede deutlich.
OPC-UA wurde entwickelt, um komplexe und/oder große Datenmengen zu sammeln, die von möglicherweise mehreren Sensoren in einer Fertigungsanlage stammen. Die Fokussierung auf den Inhalt (Daten und Befehle/Methoden) bedeutet, dass OPC-UA Lösungen für Datenmodellierung, Semantik, Metadaten und mehr bietet. OPC-UA wurde entwickelt, um die bidirektionale Kommunikation nicht nur für die Data Collection, sondern auch für die Bereitstellung von Steuerungsdaten für Anlagen wie Rezepte oder Steuerungsprogramme zu unterstützen. Es ist die erste Wahl, wenn es darum geht, OT-Daten (häufig auch „Südseite“ genannt) in die traditionelle Fabrik-IT (häufig „Nordseite“) zu integrieren.
OPC-UA ist in der Lage, industrielle Automatisierungs- und Prozesssteuerungsanwendungen sowie die direkte M2M-Kommunikation zwischen Komponenten zu gewährleisten und unterstützt zusätzlich auch die Echtzeitkommunikation. OPC-UA-Devices und -Anlagen finden Sie sowohl in großen SCADA-Umgebungen als auch in einer großen Anzahl von Fertigungsanlagen und -geräten, weniger in kleinen und energiesparenden Sensoren.
Da OPC-UA näher an den Fähigkeiten der Anlage selbst steht, liefert es neben den zu sammelnden Daten zusätzliche Informationen. Bei diesen Informationen kann es sich um Fehler- und Ausnahmemeldungen handeln, die durch Ereignisse und Alarme kommuniziert werden, vollständig getrennt von der Payload.
MQTT ist viel leichtgewichtiger und repräsentiert eher die Hierarchie der ISA95-Pyramide. Es wurde entwickelt, um von kleinen Sensoren mit geringer Leistung und geringem Datenvolumen genutzt zu werden. Es unterstützt die unidirektionale Kommunikation, und der Hauptanwendungsfall ist die Integration von OT-Datenquellen in die Cloud. MQTT wird immer mit einem Message Broker geliefert, der die Publisher- und Subscriber-Partner orchestriert.
Ist MQTT eher ein Protokoll für IoT-Geräte für Verbraucher? Ja, denn Geräte wie „intelligente“ Steckdosen sind verfügbar, OPC-UA-Geräte nicht. Nein, denn es gibt eine Menge IIoT-Geräte, die MQTT unterstützen. MQTT lässt sich aufgrund seiner Architektur viel besser skalieren als OPC-UA. Auf diesen Nachteil von OPC-UA bzw. den Vorteil von MQTT werden wir später noch zu sprechen kommen.
Betrachtet man also die entsprechenden Use Cases, geht es in den meisten Fällen nicht darum, MQTT anstelle von OPC-UA oder umgekehrt einzusetzen. Der Use Case selbst priorisiert die eine, die andere oder beide Lösungen. SMARTUNIFIER macht die Entscheidung hier allerdings noch einfacher, da jeweilige Nachteile kompensiert werden können.
Nachteile und Vorteile von MQTT
Obwohl MQTT in industriellen IoT-Infrastrukturen häufig eingesetzt wird, ist das Kommunikationsprotokoll bei bekannten Steuerungssystemen nicht Standard. Dies mag an daran liegen, dass der industrielle Einsatz zunächst nicht im Fokus lag. Dies bedeutet, dass die notwendigen Daten zunächst über andere Standards oder Protokolle ausgelesen werden müssen, um sie dann mit MQTT weiterzuverarbeiten. SMARTUNIFIER mit seiner Fähigkeit zur Protokollkonvertierung und Datenmapping ist der perfekte Baustein für diesen Zweck.
Des Weiteren wird der Message-Inhalt – die Payload – nicht spezifiziert, weshalb die entsprechende Message-Struktur dem Sender und Empfänger im Vorfeld bekannt gemacht werden muss. Wird dies nicht beachtet, tauschen die Teilnehmer die Daten aus, verstehen aber den Inhalt der Nachricht nicht. Bekannte Nachrichtenstrukturen, die häufig verwendet werden, sind zum Beispiel JSON oder XML.
Mit diesem Nachteil bietet Unified Namespace als Konzept seine Unterstützung an. Da SMARTUNIFIER auch dieses Konzept unterstützt, kann SMARTUNIFIER zur Implementierung von UNS verwendet werden.
Ein Vorteil von MQTT ist die Publish-/Subscribe-Architektur und die Kommunikation über den MQTT-Broker. Entscheidend hierbei ist, dass die Devices und Applikationen vollständig entkoppelt sind, da jeder Client nur den Message Broker kennt, nicht aber die anderen Teilnehmer. Darüber hinaus bringt die Entkopplung der Teilnehmer einen großen Mehrwert in der Trennung zwischen IT und OT, insbesondere wenn es sich um sicherheitsrelevante Infrastrukturen handelt.
MQTT ermöglicht eine 1:n-Kommunikation, so dass es möglich ist, dass eine einzelne Nachricht von einem Abonnenten eines Topics veröffentlicht wird, aber mehrere Abonnenten die Message vom Broker erhalten können. Ein weiteres beliebtes Merkmal im Zusammenhang mit IoT-Anwendungsfällen sind die Protokollfunktionen von MQTT. Diese Funktionen beheben typische Probleme in eingeschränkten Infrastrukturen, in denen die Bandbreite beeinträchtigt oder die Konnektivität instabil ist.
Nachteile und Vorteile von OPC-UA
OPC-UA wird von vielen Maschinen und Anlagen im Feld noch nicht nativ unterstützt – insbesondere ältere Anlagen. Bei solchen Systemen empfiehlt es sich, diese mit zusätzlicher Hardware im Rahmen eines Retrofit-Ansatzes oder durch den Einsatz von SMARTUNIFIER aufzurüsten. Dadurch können die Daten über vorhandene Protokolle der Anlagen und Maschinen, wie z. B. Modbus RTU, abgefragt werden. Die Daten werden dann angepasst und können in Form eines OPC-UA-Servers anderen Netzwerkteilnehmern und Cloud-Systemen zur Verfügung gestellt werden. Das bedeutet, dass alte und neue Systeme ohne großen Aufwand miteinander verbunden werden und über eine OPC-UA-Schnittstelle Daten austauschen können.
Mit seiner standardisierten Kommunikation bietet OPC-UA die Möglichkeit, Daten nicht nur auf einer vertikalen, sondern auch auf einer horizontalen Ebeneauszutauschen . Eine standardisierte Kommunikationsmöglichkeit zwischen IT und OT ist ein wesentlicher Ansatz für Industrie 4.0, insbesondere im Hinblick auf den vertikalen Datenaustausch.
Auf der horizontalen Ebene hilft SMARTUNIFIER, indem er als OPC-UA-Server fungiert und somit ein Device emuliert, um den einen oder anderen Nachteil zu kompensieren.
Aus vertikaler Perspektive wird die Möglichkeit geschaffen, Daten aus unteren Schichten (z. B. Anlagen) höheren Ebenen wie MES oder ERP bereitzustellen. Darüber hinaus ermöglicht eine Kombination aus OPC-UA und MQTT die direkte Weiterleitung von erfassten und vorverarbeiteten Daten an ein Cloud-System wie Microsoft Azure oder AWS. Dies bietet die Möglichkeit, Daten auf allen Ebenen einer bestehenden Unternehmensstruktur auszutauschen und zu nutzen.
Im Gegensatz zu MQTT sind OPC-UA-Kommunikationspartner eng gekoppelt. Dies hat zwar seinen Zweck und seine Vorteile, aber eine Entkopplung ist möglicherweise die bessere Lösung für Ihre spezifische Datenkonnektivität. SMARTUNIFIER ist in der Lage, OPC-UA-Devices zu entkoppeln und als Vermittlerschicht zu fungieren.
SMARTUNIFIER fungiert als „Harmonisierer“ für MQTT und OPC-UA
SMARTUNIFIER ist in der Lage, die Nachteile beider Technologien zu kompensieren und bietet zusätzliche Funktionalitäten und Fähigkeiten. Fassen wir sie zusammen:
- MQTT verfügt nicht über Datensemantik und -modelle. Es zeigt sich sogar datenagnostisch. SMARTUNIFIER hilft bei der Anpassung von Informationsmodellen auch unter Verwendung von Unified-Namespace-Ideen und -Konzepten und harmonisiert Datenmodelle über Devices und Business Applikationen hinweg.
- OPC-UA ist derzeit nicht auf kleinen Geräten verfügbar, die möglicherweise z. B. für ein konsistentes Energiemanagement wichtig sind. SMARTUNIFIER ist in der Lage, MQTT-Protokolle in OPC-UA und umgekehrt umzuwandeln und harmonisiert dadurch die Konnektivität zu SCADA und anderen Anwendungen.
- MQTT unterstützt kein natives Error Handling oder Condition Monitoring von angeschlossenen Devices. SMARTUNIFIER kann sich wie ein OPC-UA-Device verhalten und Error Handling und Condition Monitoring basierend auf benutzerdefinierten Algorithmen hinzufügen. Auf der anderen Seite kann sich SMARTUNIFIER wie ein MQTT-Device verhalten und Fehlermeldungen, die vom Gerät kommen, in die Payload einschließen.
- OPC-UA ist eine Client/Server-Architektur mit Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. SMARTUNIFIER ist in der Lage, sowohl 1:1- als auch 1:n-Kommunikation bereitzustellen und kann somit auch dann als Vermittlerschicht auftreten, obwohl es auf einer dezentralen Architektur basiert. Auf der anderen Seite unterstützt SMARTUNIFIER Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu Message Brokern von Drittanbietern.
- OPC-UA unterstützt die Trennung von Netzwerken zwischen den Kommunikationspartnern nicht. SMARTUNIFIER kann als Hub oder Router zwischen diesen Komponenten fungieren.
- OPC-UA ist häufig zu komplex, um von OT-Abteilungen implementiert zu werden. Die Verwendung von SMARTUNIFIER macht es aufgrund seiner Low-Code/No-Code-Konfiguration einfach Konnektivität herzustellen.
- MQTT ist in seiner Spezifikation eine unidirektionale Kommunikation. Die bidirektionale Kommunikation kann durch komplexe Anpassungen des MQTT-Brokers unterstützt werden. SMARTUNIFIER ist in der Lage, eine bidirektionale Kommunikation bereitzustellen.
Schlussfolgerung
Die Wahl zwischen MQTT und OPC-UA hängt von den jeweiligen Use Cases ab. SMARTUNIFIER macht es jedoch einfacher, indem es beide Protokolle unterstützt und eine zukunftssichere Lösung für Ihre industriellen Konnektivitätsanforderungen bietet. Erleben Sie eine Revolution Ihrer industriellen Konnektivität mit SMARTUNIFIER und gewährleisten Sie Datenintegrität, nahtlose Integration und unübertroffene Leistung.
Mit SMARTUNIFIER ist es keine Frage, welche Technologie oder welches Protokoll Sie verwenden. Verwenden Sie beide, je nachdem, was Ihre Geräte unterstützen, und vereinheitlichen Sie sie.
Smarte Industrial Connectivity mit SMARTUNIFIER: Leistung, Sicherheit und einfache Skalierung
Unübertroffene Leistung und Sicherheit: SMARTUNIFIER wurde entwickelt, um sich in anspruchsvollen Industrial-Connectivity-Umgebungen zu bewähren, und bietet beispiellose Datenübertragungsgeschwindigkeiten und robuste Sicherheitsprotokolle. Vertrauen Sie auf SMARTUNIFIER, um sicherzustellen, dass kritische Prozesse reibungslos ablaufen und gleichzeitig die Datenintegrität gewahrt bleibt.
Mühelose Skalierbarkeit: Mit der Weiterentwicklung Ihres Unternehmens steigen auch Ihre Anforderungen an die Industrial Connectivity. SMARTUNIFIER lässt sich mühelos skalieren, um wachsenden Datenvolumina und komplexen Integrationsanforderungen gerecht zu werden, ohne die Effizienz oder Leistung der industriellen Konnektivität zu beeinträchtigen.
Intuitive Benutzeroberfläche: Im Gegensatz zu vielen anderen Industrielösungen verfügt SMARTUNIFIER über eine benutzerfreundliche Oberfläche, die auf die Industrial Connectivity zugeschnitten ist. Geben Sie Ihrem Team die Möglichkeit, Integrationen nahtlos zu verwalten und zu überwachen, um die Abhängigkeit von spezialisiertem IT-Personal bei der industriellen Konnektivität zu verringern.
Was SMARTUNIFIER in der Industrial Connectivity auszeichnet
Während Wettbewerber ebenfalls starke Integrationsfunktionalitäten bieten, grenzt sich SMARTUNIFIER durch seine dezentrale Architektur und sein benutzerorientiertes Design von der Industrial Connectivity ab. Verabschieden Sie sich von zentralisierten Engpässen – der verteilte Ansatz von SMARTUNIFIER sorgt für einen kontinuierlichen schnellen Datenfluss in der Industrial Connectivity. Darüber hinaus führt die unkomplizierte Benutzeroberfläche zu einer schnelleren Implementierung und kürzeren Schulungszeiten, was Ihrem Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil bei der Industrial Connectivity verschafft.
Erfahren Sie die Zukunft der Industrial Connectivity mit SMARTUNIFIER
SMARTUNIFIER ist nicht nur ein Datenintegrationstool. Es ist eine revolutionäre Plattform, die entwickelt wurde, um industrielle Prozesse zukunftssicher zu machen und die Industrial Connectivity zu verbessern. Seine Mischung aus Dezentralisierung, hoher Leistung, Skalierbarkeit und Benutzerfreundlichkeit macht ihn zur ultimativen Wahl für Unternehmen, die ihre Industrial-Connectivity-Infrastruktur verbessern möchten. Gestalten Sie die Zukunft der Industrial Connectivity mit SMARTUNIFIER und erschließen Sie beispiellose Effizienz und Zuverlässigkeit in Ihren Prozessen. Transformieren Sie Ihre Industrial Connectivity mit dem fortschrittlichen Integrationssystem von SMARTUNIFIER und erleben Sie nahtlose Datenintegration, unübertroffene Leistung und mühelose Skalierbarkeit für Ihre industriellen Abläufe.
