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Sparkplug 3.0の革新:IIoT向けMQTTプロトコルの進化

Joey
Jul 21, 2023
Sparkplug 3.0の革新:IIoT向けMQTTプロトコルの進化

Sparkplug 3.0のリリースにより、産業用モノのインターネット(IIoT)アプリケーション向けのMQTT Sparkplugプロトコルが大幅に進化し、正式になりました。Eclipse Sparkplug Working Groupによって開発されたこの新バージョンは、v2.2仕様の全体的な意図を維持しながら、以前の2.2仕様に存在した曖昧さを明確にすることを目的としています。

Sparkplug 3.0の主な強化点

より明確な仕様構成

新しい仕様では、v2.2仕様の「背景」の章が「原則」の章に置き換えられています。この章では、Sparkplugの基礎となる基本原則を詳細に説明しています。さらに、"Operational Behavior "の章では、Sparkplug環境の運用面を広くカバーしています。

より明確な規範と目的

Sparkplug 3.0の主な目的は、明確で正式な仕様を提供し、旧バージョンに存在した曖昧さに対処することである。そうすることで、プロトコルの明確な規範を確立し、一貫性と実装の容易さを保証することを目的としています。

MQTT 5.0仕様の組み込み

Sparkplug 3.0には、MQTT 5.0に関連する特定の設定が含まれており、特にMQTT 3.1.1の「Clean Session」と比較して、MQTT 5.0の「Clean Start」のような異なるセッション設定に対応しています。これらの追加により、SparkplugはMQTT 5.0で導入された機能拡張に対応します。

MQTTサーバーのサブセット要件

Sparkplugインフラストラクチャには、MQTTサーバーに対する特定の要件のサブセットがあります。完全な仕様に準拠したMQTT 3.1.1サーバーまたはブローカーであれば、Sparkplugインフラの要件を満たします。

MQTTサーバーに関しては、Sparkplug仕様の中で2つの要件レベルに明確に定義されている。1つ目のレベルは、MQTTサーバーがMQTT 3.1.1を満たしていれば、概ねこれらの要件を満たしているというものです。2つ目のレベルでは、さらなる機能が要求される。

レベル1:Sparkplug準拠のMQTTサーバー

Sparkplug 準拠の MQTT サーバーは、以下をサポートしなければならない(MUST):

  • QoS 0 (最大1回) データ用
  • 状態管理のためのQoS 1(少なくとも1回
  • メッセージのサポート
  • 国家管理のための遺言(LWT)
  • ワイルドカードあり

レベル2:Sparkplug Aware MQTTサーバー

Sparkplug 準拠の MQTT サーバーの要件に加え、Sparkplug Aware MQTT サーバーには以下の追加機能が必要です:

  • MQTT サーバーを通過する NBIRTH および DBIRTH メッセージを保存する。
  • トピックで NBIRTH メッセージが利用できるようにする: $sparkplug/certificates/{namespace}/{group_id}/NBIRTH/{edge_node_id} 例えば、 group_id=GROUP1edge_node_id=EON1 の場合、NBIRTHメッセージはトピック上で利用可能でなければならない: $sparkplug/certificates/spBv1.0/GROUP1/NBIRTH/EON1
  • NBIRTH メッセージをトピックで利用可能にする:sparkplug/certificates/{namespace}/{group_id}/NBIRTH/{edge_node_id}、MQTT retain フラグを true に設定。
  • DBIRTHメッセージを以下のフォーマットでトピック上で利用できるようにする: $sparkplug/certificates/{namespace}/{group_id}/DBIRTH/{edge_node_id}/{device_id} 例えば、 group_id=GROUP1edge_node_id=EON1device_id=DEVICE1 の場合、DBIRTH メッセージはトピック上で利用可能でなければならない: $sparkplug/certificates/spBv1.0/GROUP1/DBIRTH/EON1/DEVICE1
  • DBIRTH メッセージをトピックで利用可能にする: $sparkplug/certificates/{namespace}/{group_id}/DBIRTH/{edge_node_id}/{device_id} のトピックで、MQTT retain フラグを true に設定して、DBIRTH メッセージを利用できるようにします。
  • NDEATH メッセージのタイムスタンプを置き換える。MQTT サーバーがタイムスタンプを置き換える場合、NDEATH をサブスクライブしているクライアントに配信しようとする UTC 時間に設定する必要があります。

Sparkplug Aware MQTTサーバーは、Sparkplugの状態管理アプローチを拡張している。要するに、出生証明書と死亡証明書は保持されたメッセージとして保存され、新しく導入されたトピック構造 $sparkplug/certificates/# を使用してアクセスできます。

NDEATHメッセージのタイムスタンプを更新する機能は、このバージョンの注目すべき機能である。Last Will 機能により、これらのタイムスタンプはブローカーに保存されます。Last Will メッセージは MQTT 接続試行に含まれ、無条件のクライアント切断の実際の時刻が不明であるため、無効なタイムスタンプを含んでいます。LWTメッセージの発行を通じてこのタイムスタンプを更新することで、この問題に対処できます。

IIoTアプリケーション向けSparkplug 3.0のメリット

相互運用性の強化

より正式化され明確化された仕様により、Sparkplug 3.0はIIoTデバイス、システム、プラットフォーム間の相互運用性の向上を促進します。これにより、産業環境内でのシームレスな統合と通信が可能になります。

効率的なデータ同期

MQTT Sparkplug 3.0の拡張された状態管理機能は、接続されたデバイス間の効率的で同期されたデータ更新を保証する。この機能は、大規模なIIoTデプロイメントを扱う場合に特に価値が高くなります。

合理化された展開

MQTTサーバーのサブセット要件は、既存のMQTT v3.1.1サーバーを活用できることを保証し、Sparkplug 3.0を採用する際の大規模なインフラ変更の必要性を低減します。

スパークプラグ互換性プログラム

Sparkplug Compatibility Programは、ソフトウェアおよびハードウェアベンダーがEclipse SparkplugおよびMQTTベースのIoTインフラストラクチャとの互換性を証明することを可能にします。このプログラムは、産業用IoTにおける一般的なデバイスやネットワークとのシームレスな統合を促進し、認定されたソリューションと容易な調達を保証します。

認定ベンダーは、製品がSparkplug仕様に準拠していることを保証し、スムーズな相互運用性と合理的な実装を可能にします。ベンダーはオープンソーステストを受け、Sparkplug Technical Compatibility Kit(TCK)への準拠を確認します。テストに合格した製品は、Sparkplugワーキンググループのウェブサイトに掲載される公式互換製品リストに追加されます。Sparkplug Compatibleのロゴは互換性を示しています。

顧客は、認証製品が厳格な試験を受け、要求される基準を満たしていることを信頼できる。

このプログラムは、ベンダーと顧客の双方にメリットをもたらす:

  • シームレスな統合の促進

    このプログラムは相互運用性を促進し、システムインテグレーターとエンドユーザーの統合を簡素化します。認定されたコンポーネントはシームレスに連携するため、企業は自信を持って堅牢なIoTソリューションを構築することができます。

  • イノベーションとコラボレーションの促進

    認証はイノベーションとコラボレーションを促進します。ベンダーは自社製品をSparkplugと連携させることで、豊富な機能を備えた相互運用可能なソリューションを育成します。ベンダー間の知識の共有とコラボレーションにより、活気あるエコシステムが構築されます。

まとめ

Sparkplug 3.0は、IIoTアプリケーション向けのMQTT Sparkplugプロトコルに大幅な進化と正式化をもたらします。改善された明快さ、明確な仕様、MQTT 5.0との整合性により、Sparkplug 3.0は、相互運用性の強化、効率的なデータ同期、産業環境への合理的な導入を実現します。IIoTエコシステムが進化し続ける中、Sparkplug 3.0はIIoTネットワーク内で信頼性が高くスケーラブルな通信を行うための堅牢で標準化されたソリューションを提供します。

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