pub-sub网络通讯模式 可解决IIoT建置常见问题

支持MQTT与Sparkplug的发布-订阅(publish-subscribe；pub-sub)网络通讯模式，可解决工业物联网(IIoT)应用常见的问题。客户端仅向外联机至broker能提升安全性；提供联机不稳定的远程装置压缩载荷(compressed payload)与状态通讯(stateful communication)可确保资料传输可扩充性；离线装置自动重新联机与资料传输功能则减少对IT的倚赖。

据报导，IIoT应用须取得控制系统与设备中的资料，但不能被允许直接存取这些系统以确保安全；IIoT应用撷取的资料涵盖本地与远程设施的系统与设备，由于范围广泛资料撷取(data acquisition)的可扩充性是关键课题；IT有本身的优先事务，可能无法实时配合IIoT的需求。因此选择能处理这些问题的资料通讯模式至为关键。

要求-回应(request-response)网络通讯模式在自动化环境中，典型的客户端为PC上的人机接口(HMI)，向控制器要求资料，而与生产现场传感器联机的可程序逻辑控制器(PLC)或可程序自动化控制器(PAC)则是回应HMI提供资料的服务器。

在要求-回应模式下，HMI与控制器间必须建立各别的直接联机，且由于控制器资料更新时间不定，HMI需定期要求资料，而每个控制器也要不断重覆回应所有HMI的要求。

若控制器能力与网络带宽充足，则要求-回应是经过验证的可靠模式，适合安全的内部网络。不过在多重HMI与多重控制器的自动化环境，网络的流量很快会产生问题。

pub-sub网络通讯模式中，所有的资料由中介的broker或服务器负责接收与分送，pub-sub的客户端可向broker发布与订阅资料。发布方以主动回报状况变化(report by exception)方式发布资料，仅传送更新给broker，broker并不储存资料，而是实时自动转传给订阅这项资料的客户端。

pub-sub模式在多重订阅方与发布方的自动化环境，订阅方与发布方不需建立个别的直接联机，而由每个装置与broker间的单一直接联机取代，且由于仅传输更新的资料，网络负担显著降低，因此能运用低带宽、高成本或不可靠的网络传送资料，相当适合远程设备监测等IIoT应用。

pub-sub的传输协定MQTT发展于1999年，日后成为国际标准组织(ISO)与OASIS的标准，Cirrus Link Solutions于2016年发表Sparkplug规格，新增binary封装(encapsulation)、装置状态(device state)与主题定义(topic definition)，让MQTT更容易建置且更适合工业环境的关键应用。

由于所有MQTT与Sparkplug资料都是向外传送，IIoT应用在安全性与IT支持的顾虑都可降至最低。此外，支持MQTT与Sparkplug的pub-sub架构，资料通讯方式的网络负荷较轻，能让大量资料以高效率且stateful的方式在多重订阅方与发布方之间传输，解决资料传输可扩充性的问题。