目录

• IT-OT 融合与 HiveMQ Edge：入门指南
• IT-OT 融合的挑战
• 引入 HiveMQ Edge：IT-OT 互操作性的创新解决方案
• HiveMQ Edge 的关键特性
• 安装 HiveMQ Edge
• 使用 HiveMQ Edge 将 OPC UA 数据集成到 MQTT
• 使用 HiveMQ Edge 实现边缘到云的 MQTT 连接
• 结论

近年来，通过先进的数据分析推动制造业数据驱动运营以实现效率和创新的追求显著加速，并且这一趋势似乎没有停止的迹象。然而，将 IT 技术与现有的 OT 边缘系统集成面临诸多挑战，这些挑战可能会阻碍向数据驱动型方法的过渡。

本指南将手把手教您如何使用 HiveMQ Edge 在工业边缘解锁数据，实现基于 MQTT 的无缝 IT-OT 集成。但在此之前，让我们先了解一下这些挑战。

IT-OT 融合的挑战

1. 连接成本

连接边缘系统的费用是一个重大障碍。数据通常被锁定在专有接口中，需要使用专用连接器或转换器来处理这些独特格式。此外，这还需要具备特定专业知识的人员。结果是，不仅初始投资增加，集成工作的复杂性也随之增长。这种复杂性阻碍了创建无缝、互联的制造环境的能力。

2. 数据基础设施的重复

此外，每个数据用例通常需要单独的设置。这意味着需要在制造过程的不同部分复制数据基础设施，这既低效又昂贵。想象一下，每个数据用例都需要构建一个新的数据连接基础设施，而不是利用一个统一的数据基础设施来服务所有用例。这种冗余减缓了创新速度并增加了运营成本。

3. 数据交换媒介的不一致性

另一个重大挑战是边缘数据交换媒介的不一致性。这种不一致性通常会导致集成困难，因为不同的系统和设备可能使用不兼容的通信方法。

4. 数据结构的不一致性

此外，制造商在与传统系统集成时面临数据语言和结构不一致的挑战。这使得跨不同系统聚合和分析数据变得困难，阻碍了他们获取洞察力和做出明智决策的能力。

5. 提取价值的挑战

从数据中提取价值是智能制造的基石。然而，缺乏标准化、统一化、上下文化且易于访问的数据使这一目标变得极具挑战性。没有这些要素，数据仍然被孤立且未得到充分利用，大大降低了其对智能制造战略的潜在价值。

6. 缺乏语义表示

最后，缺乏语义表示使得识别数据来源变得困难。如果没有明确的方法来理解数据的来源、上下文及其重要性，基于数据的决策将变得困难。

引入 HiveMQ Edge：IT-OT 互操作性的创新解决方案

OT-IT 融合与 HiveMQ Edge

HiveMQ Edge 是一种连接解决方案，旨在解决将运营技术（OT）数据与信息技术（IT）集成的这些挑战。它是一个专为边缘部署优化的轻量级开源 MQTT 网关。

HiveMQ Edge 通过将各种工业设备协议转换为 MQTT 来实现 OT 和 IT 系统之间的互操作性，从而简化通信。它有助于标准化和统一数据，并使其在整个制造组织中易于访问，创建一个基础数据基础设施，从而解决所有数据用例。

本指南将向您介绍 HiveMQ Edge 如何推动工业 4.0 的核心概念，并演示如何使用 HiveMQ Edge 将 OT 设备的数据与 IT 系统集成，从而在多样化的工业环境中整合和民主化数据。

HiveMQ Edge 的关键特性

1. 协议适配器

协议适配器是 HiveMQ Edge 的核心。它们使用户能够使用各种通信协议连接并收集工业设备的数据，随后将这些数据发布到您的 MQTT 网络。
HiveMQ Edge 目前提供以下协议适配器：

• 西门子 S7 协议适配器：支持西门子 S7-300、S7-400、S7-1200、S7-1500 和 LOGO 可编程逻辑控制器。
• Modbus TCP 协议适配器：支持 Modbus TCP 设备。
• OPC UA 协议适配器：支持 OPC UA 服务器。
• Ethernet/IP 协议适配器：支持支持 Ethernet/IP 的 Rockwell/Allen-Bradley ControlLogix 和 CompactLogix 设备。
• Beckhoff ADS 协议适配器：支持支持 ADS 的 PLC 设备。
• HTTP(s) 协议适配器：通过 HTTP(s) 从任意 Web 端点 URL 集成结构化 JSON 或纯数据。

未来版本将包括支持 Allen-Bradley/Rockwell 设备和 BACnet 设备的协议适配器。此外，HiveMQ Edge 提供了一个模板，允许用户创建自己的协议适配器。

2. MQTT 代理和 MQTT-SN 网关

HiveMQ Edge 包含一个完全符合 MQTT 3.1、3.1.1 和 5 版本的 MQTT 代理。该集成 MQTT 代理促进了通过协议适配器和外部 MQTT 客户端接收的数据的发布，并允许将这些数据转发到基于云的企业 MQTT 代理。
此外，HiveMQ Edge 还内置了适用于无线传感器网络的 MQTT-SN（MQTT for Sensor Networks）网关。MQTT-SN 使用 UDP 进行通信，功能可选，可根据需要激活。

3. MQTT 桥接

HiveMQ Edge 提供 MQTT 桥接功能，允许用户在 HiveMQ Edge 节点和远程或基于云的 MQTT 代理之间建立和管理双向通信，从而实现分布式环境中的 MQTT 数据交换。

4. 离线缓冲

为确保在连接失败时零数据丢失，HiveMQ Edge 提供了离线缓冲功能，可在连接恢复时对消息进行排队和发布（即存储转发）。

5. HiveMQ 数据中心

HiveMQ 数据中心是一个功能，允许用户在边缘验证和操作数据，确保仅将干净可靠的数据发布到下游 IT 应用程序。
其功能包括：

• 模式定义：支持 JSON 和 Protobuf 格式，用于定义数据格式并验证 MQTT 消息负载。
• 数据验证：定义和执行处理不良数据的策略（如记录、转换或重定向数据）。
• 数据转换：在数据通过 MQTT 代理时，将其转换为所需格式（如将温度单位从华氏度转换为摄氏度）。
• 客户端行为强制：定义和执行设备与 MQTT 代理交互的约定行为策略。
• REST API：通过 REST API 接口以编程方式与应用交互。

6. 统一命名空间（UNS）

HiveMQ Edge 支持使用符合 ISA-95 标准的自定义语义层次结构为 MQTT 主题添加前缀。

安装 HiveMQ Edge

HiveMQ Edge 设计用于运行在受限/嵌入式硬件上，包括树莓派、工业物联网网关和某些可编程逻辑控制器。
支持的操作系统包括 Linux、Windows 和 macOS。
在生产环境中运行 HiveMQ Edge 需要安装 Java 运行时引擎（OpenJDK JRE 11）版本 11 或更高版本。
开发人员建议使用 Java 开发工具包（OpenJDK JDK 11）版本 11 或更高版本。

HiveMQ Edge :: HiveMQ Documentation 官方文档，请放心阅读；

结论

HiveMQ Edge 解决了工业物联网制造商在将 OT 数据集成到 IT 系统时面临的诸多挑战。通过将多种协议转换为标准化的 MQTT 格式，HiveMQ Edge 实现了 OT 和 IT 的互操作性，推动了工业物联网基础设施的现代化，并使无缝的边缘到云集成为现实。

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