IIoT-Protokolle: OPC UA und MQTT

OPC UA ist ein offenes und vielseitiges Industriekommunikationsprotokoll, das insbesondere im Kontext industrieller Automatisierungs- und Fertigungsumgebungen als Eckpfeiler von IoT-Ökosystemen auftaucht. OPC UA wurde entwickelt, um die Herausforderungen der Interoperabilität, Skalierbarkeit und Sicherheit anzugehen, wodurch es zu einer zuverlässigen Wahl zum Datenaustausch in IoT-Anwendungen wurde.

Eine herausragende Eigenschaft von OPC UA ist seine Fähigkeit, eine standardisierte und plattformunabhängige Möglichkeit für die Kommunikation von Geräten bereitzustellen. Es ermöglicht verschiedenen Geräten, unabhängig von ihrem Hersteller oder der zugrunde liegenden Technologie, Daten nahtlos auszutauschen. Diese Interoperabilität ist in komplexen IoT-Umgebungen von unschätzbarem Wert, in denen verschiedene Geräte, Sensoren, Steuerungen oder eher übergreifend gesehen ganze Maschinen einheitlich zusammenarbeiten müssen.

Der auf das TCP/IP-Protokoll aufbauende OPC-UA-Kommunikationsstandard legt einen besonderen Schwerpunkt auf Sicherheit und bietet state-of-the-art Authentifizierungs-, Verschlüsselungs- und Zugriffskontrollmechanismen. In einer Zeit, in der Datensicherheit oberste Priorität hat, stellt OPC UA sicher, dass IoT-Daten vor unbefugtem Zugriff oder Manipulation auf ihrem Weg geschützt bleiben.

Darüber hinaus unterstützt OPC UA die Datenmodellierung, was es Benutzern ermöglicht, die Struktur und Semantik ihrer Daten selbst zu definieren oder Companion Specifications folgen zu lassen und somit den Informationsaustausch zwischen Geräten besser zu dokumentieren. Das beschleunigt die Inbetriebnahme und schärft bei Nutzern das Verständnis über die abgebildete Daten, wenn OPC UA fähige Geräte mit anderen interagieren sollen. Auch vereinfacht diese Fähigkeit die Datenintegration und -analyse in Fremdsystemen, um merklich den wertbringenden Gesamtnutzen von IoT-Instrumentierungen zu erhöhen.

MQTT hingegen ist ein leichtgewichtiges und effizientes Nachrichtenprotokoll, das zunächst für Netzwerke mit geringer Bandbreite, hoher Latenz oder unzuverlässiger Verbindung entwickelt wurde. Ursprünglich wurde es für Anwendungen zur Fernüberwachung und -steuerung konzipiert, was es zu einer idealen Wahl für IoT-Anwendungen macht, in denen die Netzwerkbedingungen wie z.B. unterbrechungsfreie Kommunikation nicht immer optimal sind und dennoch sichergestellt werden muss, dass die Daten ankommen.

Eine der wichtigsten Stärken von MQTT ist seine Publisher-Subscriber-Architektur. In diesem Modell veröffentlichen IoT-Geräte Daten zu bestimmten "Topics", und andere Geräte oder Anwendungen abonnieren diese Topics selektiv, um nur diejenigen Daten von Interesse zu empfangen. Diese Entkopplung von Producer und Consumer vereinfacht die Kommunikation in verteilten IoT-gestützten Szenarien, da Geräte kommunizieren können, ohne die Identitäten oder Standorte der anderen Geräte zu kennen.

Die geringe Speicherbedarf von MQTT-Stacks bedeutet einen geringen Overhead, was den Einsatz in ressourcenbeschränkten IoT-Geräten wie Sensoren und Mikrocontroller prädestiniert. MQTT unterstützt auch sogenannte Quality-of-Service-Stufen (QoS), die es Benutzern ermöglichen, den Kompromiss zwischen Zuverlässigkeit der Nachrichtenzustellung und Netzwerkbandbreite abzuwägen und einzustellen.