Connext DDSと産業用IoT：知っておくべき5つのこと

Data Distribution Service（DDS）標準は、2004年の発売以来、航空宇宙および防衛市場で信頼されている接続標準であり、大規模なミッションクリティカルなシステムで信頼を得ています。今日、その高性能機能により、産業用モノのインターネット（IIoT）の傑出したテクノロジーとして浮上しています。ただし、テクノロジーは実証されていますが、IIoT市場はまだ新しいため、DDSに関していくつかの誤解が生じています。

記録を正し、IIoTでのDDS標準とRTIのConnextDDS実装について知っておく必要がある上位5つのことをお伝えしたいと思います。

1。 DDSは他のIoT接続ソリューションと同じではありません

DDSは、MQTT、AMQP、CoAPなどのIIoT向けの分散接続ソリューションの数の増加に混ざり合う傾向があります。それぞれが分散アプリケーション間でデータを移動できますが、実際には、これらのソリューションでは対処されないリアルタイム制御アプリケーションに存在する多くの制限と要件があります。これには、プラットフォームリソースの制約、データ配信の待ち時間が短い、多くの宛先への高スループットで信頼性の高い配信、動的なアプリケーションの起動と再起動、単一障害点がないなどが含まれます。

DDSは、これらの問題を解決するだけでなく、データ中心のプラットフォームでその機能を提供するためにゼロから設計された唯一のフレームワークです。データ中心のソリューションは長い間存在してきました。たとえば、データベースアプリケーションを見てください。これらのアプリケーションは、テーブルで定義されたデータと、データベースへのデータの書き込みとデータベースからのデータの読み取りの相互作用に基づいています。ただし、IIoTの世界では、アプリケーションによってリアルタイムで生成および消費されるデータが重要です。言い換えれば、それは静止しているデータではなく、動いているデータに関するものです。この概念により、DDSは、分散アプリケーションを構築するための単なるフレームワークではなく、分散アプリケーションが時間の経過とともにデータと機能を通じて成長および進化できるプラットフォームになることができます。

^{図1：DDSは、効率的なデータ共有のためにデータ中心のフレームワークを介して機能します}

データ中心性により、アプリケーションは正確なデータを検出して共有できるようになり、データ範囲またはしきい値に基づいた効率的なフィルタリングが可能になります。他のIIoTプロトコルでは、このフィルタリングをアプリケーションコード内で実行する必要があります。さらに、DDSは豊富なサービス品質（QoS）動作設定を提供するため、信頼性の高いトランスポートが利用できない場合でも、信頼性の高いリアルタイムのデータ配信を必要とするアプリケーションに最適です。 DDSはピアツーピア方式で機能するため、DDSベースのシステムは本質的に超並列であり、単一障害点や攻撃はありません。これにより、DDSベースのシステムは、低遅延、高信頼性、および大規模なスケーラビリティが最優先されるエッジ自律アプリケーションに非常に適しています。

2。 DDSは重要なインフラストラクチャで広く使用されています

15年前、DDSは航空宇宙および防衛産業に急速に採用されました。この間、DDSの実装は完全に機能し、バトルテストが行​​われました。 IIoTの出現により、DDSは今や商業産業の世界でも普及しています。 DDSを使用するアプリケーションの種類の例を次に示します。

• 医療患者のモニタリング
• 外科用ロボット
• 自動運転車
• ハイパーループ輸送
• 風力発電システム
• 航空交通管制
• 大量輸送システム
• 医用画像
• スペースローンチシステム
• 発電所のエネルギー生成
• マイニング操作
• 石油およびガス掘削
• ロボット工学
• スマートグリッド配電

では、DDSをこれらすべてのタイプのアプリケーションに適用できる理由は何でしょうか。データ中心性は、成長と進化のためのプラットフォームを提供するだけでなく、これらの各アプリケーションスペースが要件に固有の問題に対処できるようにする豊富なQoSセットを提供します。

3。 ConnextDDSは非常に安全です

2年前、OMGはDDSセキュリティ仕様をリリースしました。これは、データ/トピックレベルでシステムを保護するためのフレームワークを提供します。これは、任意のトランスポート上で実行されるRTPSと呼ばれるワイヤレベルのプロトコルを介して機能します。 RTI Connextデータバスは、IIoTシステムの設計と保護のために設計された最初の接続ソフトウェアです。何年もの間、アプリケーションは、物理的な境界セキュリティ、ホストプラットフォームのユーザーレベルのセキュリティ、またはネットワーク暗号化ベースのセキュリティでシステムを保護してきました。現在、DDSは、個々のデータフロー（DDSトピック）に固有のきめ細かいセキュリティ機能を開発者に提供します。この機能は、認証、承認、機密性、および整合性を提供しながら、データのさまざまなトピックを保護する柔軟性を提供します。これにより、不正アクセス、改ざん、再生から保護しながら、検出情報、メタデータ、データを保護できます。

RTIのセキュリティの実装により、セキュリティに関連するアプリケーションにソースコードを含める必要が完全になくなります。すべてのセキュリティは外部構成ファイルを介して構成されるため、ソフトウェアプログラマーはセキュリティの専門家である必要はなく、セキュリティの専門家はソフトウェアプログラマーである必要はありません。さらに、DDS Secure標準は、未知のセキュリティ違反に対する将来の証拠となるように設計されています。これは、2つの部分に依存するソリューションで実現されます。1つは、認証、アクセス制御、暗号化の概念を参加者、リーダー、ライター、ディスカバリーなどのDDSエンティティに接続するフレームワークです。

^{図2：DDSセキュリティフレームワーク}

次に、プラグインアーキテクチャを使用することで、認証、アクセス制御、暗号化/復号化、データのタグ付け、およびロギングの機能に、最新かつ最高のソリューションを提供できます。 DDS Secureの詳細については、このリンクを参照してください。

4。 Connext DDSは洗練されており、多くのIoT通信パターンをサポートしています

ConnextDDSを介して新しいシステムを開発するための豊富な機能セットがあります。開発者はそのQoSポリシーを見て、圧倒される可能性があります。約23の高レベルQoSポリシーがあり、それぞれにいくつかの個別の設定を設定できます。しかし、アラーム/イベントデータやストリーミングビデオデータなどの特定のユースケースでは、これらのQoSポリシーの一部しか使用しません。 RTIは、各アプリケーションまたはユースケースの動作要件を分類し、適切なQoSポリシーを適用して目的の動作を実現する機能により、開発を簡素化します。

すべてのアプリケーションは一意であり、QoSポリシーのサブセットを使用します。通常、アプリケーションごとに5〜6です。 DDSのマーケットリーダーとして、RTIのConnext DDSは、個々の問題を解決する能力を強化する他の多くのQoS機能も提供します。たとえば、存在する分散アプリケーションの問題の次のブロックを取り上げます。

^{図3：一般的な分散システムの問題}

RTIのConnextDDSは、これらの各問題に対処するQoS動作を提供します。

^{図4：Connext DDSQoSポリシー}

これらのほとんどはDDS標準で定義されていますが、バッチ処理、トランスポート、マルチチャネル、フロー制御など、RTI ConnextDDSに固有のいくつかがあります。

RTIのCase + Codeの例など、ユースケースで利用できる公開されているリソースと例があるため、開発者はさまざまなパラメータに小さな変更を加えるだけで、デプロイされた環境に基づいて目的の操作を実行できます。詳細については、スタートガイドページをご覧ください。

5。 ConnextDDSアプリケーションは進化可能です

Connext DDSは、データ中心の設計により将来にわたって利用できます。過去および将来の設計との統合でどのように機能するかを説明するために、システムが時間の経過とともにどのように進化するかを見てみましょう。 Connext DDS内の標準ワークフローは、アプリケーション間の通信に使用されるデータトピックを定義することです。これらのトピックは、アプリケーション通信の整合性、帯域幅の使用効率、データ可用性の検出、フィルタリングの効率など、いくつかの重要な属性を提供するために強く型付けされています。ただし、特定のトピックのデータ型を厳密に定義することにより、これらの定義は本質的に静的になります。将来のリリースでデータ型を進化させるために、OMGはDDSの拡張可能および動的トピックタイプ（Xタイプ）と呼ばれる標準を追加しました。この標準により、開発者はデータ型内の個々のデータフィールドを追加/変更/削除できるだけでなく、各データパブリケーションに含める必要のないオプションフィールドとして一部のフィールドを定義するメカニズムも提供されます。 Connext DDSは、Type Extensibilityをサポートして、古いアプリケーションを、更新されたデータ型を使用する新しいアプリケーションと相互運用します。

DDSへの関心が高まるにつれ、質問、神話、混乱も生じます。 Connext DDSについての実際の事実と、それがリアルタイム通信の問題の解決にどのように役立つかについては、私に連絡してください。詳細については、私に連絡するか、www.rti.comにアクセスしてください。