IIoT Protokolle im Vergleich: MQTT vs. OPC UA
Kommunikationsstandards für das IIoT: MQTT und OPCUA
In einer zunehmend vernetzten Welt sind die Herausforderungen der Systemvernetzung deutlicher als je zuvor. Die Einführung digitaler Technologien wird immer relevanter. Dabei reichen die Lösungen von reinen Big Data Szenarien bis hin zu vollständigen Industrial Internet of Things (IIoT)-Anwendungen. Diese Lösungen erfordern nicht nur einen neuen Ansatz hinsichtlich IT-Vernetzung, sondern auch kreative Wege, um die bestehenden Maschinen und Arbeitsabläufe zu integrieren. Im Bereich der industriellen Kommunikationsprotokolle dominieren in diesem Zusammenhang die zwei Standards OPC UA und MQTT, die in diesem Beitrag miteinander verglichen werden.
Unterschied in der Funktionsweise
Architektur von MQTT
Das Nachrichtenprotokoll MQTT bedient sich dem Konzept des Publish-Subscribe-Patterns. Notwendig für das Modell Publish-Subscribe von MQTT ist ein Broker, der als zentrale Stelle im Mittelpunkt der Kommunikation steht. Clients können sich mit dem Message-Broker verbinden und auf diesem Wege Daten über sogenannte Topics, die bei jeder Nachricht mitgeschickt werden, untereinander austauschen. Wird eine Nachricht auf ein bestimmtes Topic gepublished, dann wird diese an alle Teilnehmer, die dieses Topic abonniert haben, weitergeleitet. Einen detaillierten Einblick in MQTT finden Sie hier.
Architektur von OPC UA
Die Server- / Client-Architektur ist das traditionelle Kommunikationsmodell in OPC UA. Es basiert auf der Idee, dass es eine passive Server-Komponente gibt, die Daten für andere Anwendungen, die dabei als Client agieren, bereitstellt. Die Client-Anwendungen können über einige standardisierte Dienste auf Daten und Informationen des Servers zugreifen. Einen detaillierten Einblick in OPC UA finden Sie hier.
Typische Einsatzgebiete der Standards
Anwendungsfälle von MQTT
IIoT-Anwendungen sind der primäre Anwendungsfall von MQTT. Wenn Daten von entfernten Standorten gesammelt und über ein unzuverlässiges Netzwerk gesendet werden, dann sollte MQTT die erste Wahl sein. MQTT kann durch integrierte Features eine sichere und vollständige Datenübermittlung garantieren. Ein anderer typischer Anwendungsfall des Nachrichtenprotokolls sind IoT Gateways, die Sensordaten aggregieren, vor-verarbeiten und zur Datenanalyse via MQTT in die Cloud versenden.
Anwendungsbereich von OPCUA
Hauptanwendungsfall des Kommunikationsstandards OPC UA sind Closed-Loop-Prozesssteuerung in einem lokalen Netzwerk (LAN). Wenn Maschinen in einer Fabrikhalle in Echtzeit kommunizieren müssen, zeigt der Standard seine Stärken. Besonders gut geeignet ist der Standard für die Integration und Erweiterung von SCADA-Systemen.
Ein direkter Vergleich
| Eigenschaft | MQTT | OPC UA |
|---|---|---|
| Architektur | Pub/Sub – Architektur | Client/Server - Architektur |
| Geschlossene Firewall | Durch Trennung der Netzwerkteilnehmer möglich | Durch direkte Verbindung der Netzwerkteilnehmer nicht möglich |
| Auslastung | Minimale Bandbreite und geringstmögliche Latenz | Intelligenter Polling-Mechanismus (Regulierung von Bandbreite und Latenz) |
| Skalierbarkeit | Hohe Skalierbarkeit 1:N – Connection | Eingeschränkte Skalierbarkeit 1:1 - Connection |
| Echtzeitfähigkeit | Eingeschränkt Echtzeitfähig (Auswahl QOS) | Echtzeitfähig (Auswahl TSN) |
| Interoperables Datenformat | Kein vorgegebenes Datenformat | Datenformate vorgegeben |
Fazit und Ausblick in die Zukunft
Die Wahl einer der beiden Kommunikationsstandards ist keine Entweder-oder-Entscheidung. Beide Protokolle spielen eine wichtige Rolle und zeichnen sich durch spezifische Funktionsweisen und Features in bestimmten Anwendungsfällen aus. Ein optimales Netzwerk oder System ist in der Lage beide Kommunikationsprotokolle zu nutzen.
Eine Kombination der Standards ermöglicht die Nutzung der jeweiligen Stärken und mindert die Nachteile des jeweils anderen Kommunikationsprotokolls. Aus diesem Grund empfiehlt sich eine sorgfältige Planung der System- und Netzwerk-Struktur.
