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Das steckt hinter dem IIoT-Framework Connext DDS

| Autor / Redakteur: Dr. Stan Schneider, Reiner Duwe * / Franz Graser

(Bild: RTI)

Es definiert Konnektivität für das industrielle Internet der Dinge neu: Das Software-Framework Connext DDS, das auf dem Data-Distribution-Service-Standard basiert. RTI bietet einen Blick hinter die Kulissen.

Die treibende Kraft hinter dem Ausbau des Internets war die Intention, Menschen überall und jederzeit miteinander zu vernetzen. Damit fand eine Revolution in der zwischenmenschlichen Kommunikation, unseren Handlungen und der Art unserer Zusammenarbeit statt. Dank ständiger Weiterentwicklung kann das Internet mittlerweile Millionen von Geräten miteinander verbinden, darunter auch die vielfältigen Komponenten einsatzkritischer, stark verteilter Systeme.

Die unter dem Stichwort „Machine-to-Machine“ (M2M) bekannte Revolution hat wesentlich strengere Konnektivitätsanforderungen an das industrielle Internet der Dinge (IIoT) gestellt. Der Data Distribution Service (DDS), ein offener Standard unter der Leitung der Object Management Group, wurde eigens zur Erfüllung dieser Anforderungen eingeführt. Inzwischen haben DDS-Implementierungen die Messlatte für die Echtzeit-Konnektivität in globalen Netzwerken höher gelegt.

Im Folgenden bekommen Echtzeit-Entwickler und Systemarchitekten aufgezeigt, wie komplexe, stark verteilte Systeme mit DDS entscheidende neue Fähigkeiten erlangen und von erhöhter Konnektivität profitieren können.

Für welche Systemanforderungen eignet sich DDS?

Eine Umfrage unter Systemdesignern und -architekten, die bereits mit RTI Connext DDS arbeiten, unterstreicht die vom DDS-Standard fokussierten Anforderungen. Auf die Frage, weshalb sie DDS verwenden, führte die überwiegende Mehrheit in ihren Antworten mindestens drei der folgenden Anforderungen auf:

  • Echtzeit-Leistung: Systeme müssen in der Lage sein, in wenigen Millisekunden oder gar Mikrosekunden auf kritische Impulse zu reagieren.
  • Zuverlässigkeit: Systemen drohen ernste Konsequenzen bei Ausfallzeiten, die mehr als ein paar Sekunden oder nur Bruchteile von Sekunden (etwa 5 ms) andauern.
  • Skalierbarkeit: Zehn oder mehr Applikationen, Subsysteme oder Teams müssen ständig vernetzt sein.
  • Unterstützung umfangreicher Datensätze: Das System nutzt zwischen 1000 und 100.000 Datenpunkten.
  • Dezentrale Architektur: Das System zielt auf das IIoT der nächsten Generation ab.

Während viele Konnektivitäts-Protokolle nur eine oder zwei der oben genannten Kriterien erfüllen, ist DDS die einzige Lösung, die alle fünf Anforderungen erfüllt.

Das Konnektivitäts-Framework Connext DDS ermöglicht Entwicklern und Systemarchitekten auf existierenden Netzwerken die Einführung eines einfachen, datenzentrierten Konnektivitätsmodells nach dem Publish-Subscribe-Prinzip. Es stellt allen Systemkomponenten latenzarme Verbindungen ebenso wie eine hohe Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit zur Verfügung, wie sie von heutigen komplexen Systemen und Netzwerken verlangt werden. Sowohl Design- als auch Integrationszeit verkürzt die elegante DDS-Konnektivitätsarchitektur und so hat sich DDS bereits in den verschiedensten Märkten und Anwendungen bewährt.

Einfachere Integration, latenzarme Verbindungen

Connext DDS befreit die Applikationsschicht von einem Großteil der Komplexität der Kommunikation. Dazu gehören das Format der Datenleitung, die Geräteerkennung, Aufbau und Verwaltung von Verbindungen, die Sicherstellung der Zuverlässigkeit, die intelligente Overhead-Minimierung, die Unterstützung zahlreicher Protokolle sowie die Einrichtung des gewünschten QoS-Levels (Quality of Service). Die gesamte Logik des Datenmanagements und der Datenverteilung sitzt in der dezentralisierten Middleware-Schicht und schafft eine einheitliche, systemübergreifende Quelle von Zustandsinformationen, die völlig unabhängig von den Applikationsmodulen arbeitet.

Neben den Vorteilen, die sich aus der Entkopplung von Applikationen und Systemmodulen ergeben, wie etwa ein geringerer Codeumfang der Applikationen oder ein einfaches Hinzufügen neuer Geräte, schirmt die DDS-Konnektivität zudem die Applikationsschicht vollständig von den zugrundeliegenden, hochdynamischen und komplexen Netzwerk-Transporten und -Protokollen ab. So bietet RTI eine Protokoll-Schnittstelle als Plug-In an, die vielfältige Möglichkeiten für die flexible Verbindung mit kundenspezifischen Protokollen oder Netzwerkschnittstellen bereithält. (Schaubild 1)

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