软件架构解决方案基于SDN工业物联网的场景

文摘

该行业4.0 (I4.0)采用由传统工厂的变化聪明的使用信息通信技术。目标是监控流程、对象、机械、和工人为了实时知识在工厂和实现一个高效的数据收集、管理和决策,帮助提高企业的产品质量,生产率和效率。物联网(物联网)将有一个重要的角色在I4.0收养,因为未来智能工厂预计将依靠物联网基础设施组成的星座的成百上千的传感器设备遍布工业设施。然而,一些问题可能出现在大规模部署物联网中工厂:成千上万的物联网设备应对来自不同技术和供应商可能意味着许多供应商工具和用户界面来管理它们。此外,物联网设备的异质性可能需要不同的通信协议,语言,和数据格式,从而导致缺乏互操作性。另一方面,传统的网络和工业机械预计将与物联网基础设施一起管理,也许使用的工具或一套工具,策划整个智能工厂。这项工作满足这些挑战提供一个开源的软件架构解决方案基于OpenDaylight(光延迟线)、软件定义网络(SDN)控制器,编排一个工业物联网的场景。这项工作被揭示的关键方面解决SDN控制器体系结构的选择,具体的物联网接口和困难覆盖广泛的通信协议,在工业环境中流行。这样一个过程的全局视图光照实际困难出现在引入SDN在工业环境中,提供一个开源的架构解决方案,保证设备和网络的互操作性和可伸缩性,打破了厂商锁定壁垒,提供一个与厂商无关的解决方案策划的所有演员I4.0智能工厂。

1。介绍

欧盟(EU)正朝着已经认为是第四次工业革命,工业4.0 (I4.0)。I4.0的目的是将传统的工厂转变为智能工厂使用信息和通讯技术(ict)。这些增加的灵活性在制造、大规模定制、改进产品和过程的质量,提高生产率。信息通信技术的一个子集,关键支持技术(刃),已经被提议作为司机进行这种变化:使用传感器、致动器、无线通信、下一代网络、机器人、添加剂制造、云计算、大数据和网络安全等(1]。在这个新技术场景中许多战略点(产品、流程、工作场所工人,等等)将由使用不同的监测技术和设备。这将是有线或无线连接到工厂本地网络或互联网。一个或多个软件工具将负责收集、存储、过滤和管理企业数据。这个场景将通过设置一个物联网(物联网)基础设施2,3]。数百或数千个物联网设备将在工厂收集数据实时工业过程,机械,和工人的性能。我们的目标是实现一个高效的工厂管理和决策,提高企业在产品质量方面,生产力和效率。

I4.0采用在上面的场景中工厂需要不同的问题:(我)成千上万的物联网设备应对来自不同供应商和不同的技术,可能意味着许多供应商工具和用户界面来管理它们。(2)物联网设备的异质性可能需要不同的通信协议、语言和数据格式,等等,从而导致缺乏互操作性。(3)传统网络和工业机械将与新共存物联网基础设施和所有将“连接”,实现完整的I4.0收养。(iv)工业数据流量的网络基础设施部署可以显著增加,产生的不良包延迟和网络拥塞。数据流量应该路由有效地避免它。

这两个前可以通过使用一个本地或基于云计算的物联网管理平台(4,5),但这两个后仍将部分或完全解决。在最近的科学文献工作提出了一些软件解决方案来解决这些问题(见部分2)。然而,他们不处理异构场景不合规的物联网设备或工业机械操作。这项工作解决这些挑战,提出了一个开源软件架构解决方案基于layered-based软件定义网络(SDN)架构(见图1)。

SDN首先是为了安排网络,但现在一些SDN控制器包括插件连接在往南的物联网设备和网络。该软件使用OpenDaylight(光延迟线(https://www.opendaylight.org/SDN控制器)),用专用的物联网插件称为IoTDM管理和存储数据生成的基于物联网的设备根据oneM2M (http://www.onem2m.org)标准。这是需要提供一个标准化接口管理和与用户应用程序交互。因为默认IoTDM只了解原生JSON / XML数据格式,这项工作休息缺乏互操作性与不合规的工业设备通过提供一个软件架构解决方案,保证这些设备/技术之间的互操作性和IoTDM插件南行。最后,光延迟线南行的数据转移到北行的,反之亦然。这里另一个软件实体是必需的,因为在南行IoTDM管理数据和一个本地JSON / XML格式,和应用程序在北向的可以使用一个通用的JSON / XML格式。这项工作提出了一个插件系统的使用基于oneM2M标准。这样可以确保敏捷管理、收集和演示最终用户应用程序。

软件体系结构提出了工作给光采用I4.0中工厂的实际困难,提出了一种基于已有的开源软件模块化的体系结构解决方案。其模块化允许任何人开发新的插件对于这些技术参与任何工业场景不是在这工作。解决方案也与厂商无关的,打破了厂商锁定障碍,它是可伸缩的设备管理和技术支持,因为光延迟线允许创建一个集群运行的控制器作为一个单一的实体,允许快速扩展,高可用性,数据持久性和容错。

最后,解决方案还利用一些SDN好处:(我)管理的任务是自动的,远离物理基础设施的复杂性通过易于使用的接口。(2)新服务和应用程序可以在短时间内提供;除了IT管理员的可能性编程所需的网络功能和服务,消除依赖硬件制造商。(3)网络路由策略可以配置和管理整个网络,使用相同的软件解决方案,监控网络的可靠性、安全性和效率。(iv)用户体验改善,因为应用程序可以利用集中式网络的状态信息和数据收集,使实时做出反应,进行修改,可以改善网络性能。(v)工业网络的运营成本管理可以显著降低。

一个工业物联网(IIoT)试点方案已经部署到测试软件体系结构。在北向的已经实现了测试应用程序一些管理任务:添加、删除、配置和管理不同的IIoT设备,常用的工业环境。单个实例的场景已经部署光延迟线控制器,给出建立第二个光延迟线的可能性控制器等备份解决风险的情况下网络延迟高、瓶颈、网络安全攻击,或缺点。

注意,这个工作给光的实际困难出现在引入SDN在工业环境中。它提供了光关键方面从控制器体系结构的选择,具体的物联网接口和覆盖不同通信协议的困难在工业环境中流行。为此,本文的组织结构如下:部分2评审的相关工作。部分3总结了当前物联网平台和解释的原因使用光延迟线和IoTDM工业场景。部分4回顾了大多数扩展技术和通信协议的工业设施,评论那些需要一个解析器与光延迟线和IoTDM兼容。部分5介绍了软件架构解决方案和部分6描述了一种IIoT飞行员场景测试的建议。最后一节7总结道。

2。相关工作

正如我们所说,显然,IIoT采用I4.0框架内是一个不可阻挡的事实。在工厂中,它需要不同的问题可以得到解决,通过使用基于SDN软件解决方案,允许它的编排,物联网,IIoT网络。似乎正确的集中精力发展软件服务,允许(i)统一管理的异构网络中给出一个工业场景和一个通用的模块化软件实体,(2)提供互操作性方面的技术和设备在工业环境中流行。最后,(iii)的使用开放标准应该是强制性的,允许打破厂商锁定问题和创造与厂商无关的解决方案。

虽然物联网的管理和IIoT已经收到了很多科研界的关注,据作者的知识只有几建议SDN用于编排这些网络在一个I4.0场景,但是他们不提供所有上面提到的特性。一些解决IIoT网络没有SDN编排的工作,就像在(6),一个物联网网络由网络策划雾节点管理所有层的物联网生态系统将不同的服务模块集成到一个复杂的拓扑结构。在[7)两个架构的物联网网络编制,使用OSGi (https://www.osgi.org)和休息(https://restfulapi.net/),只关注更高的层次,而不是物理连接。此外,通用标准等物联网oneM2M不考虑,缺少互操作性。两者都缺乏任何单一工具(工业应用和/或SDN协调器)有一个完整的网络知识和管理。相同的场景被设置在8),所涉及的主要概念一个物联网策划网络解释,但是没有SDN的使用。

基于SDN其他作品提出的解决方案,但他们不调查了解如果他们履行I4.0收养的需求和解决问题需要在工厂中。在一些示例9- - - - - -17]。在[9)分析物联网网络和IT基础设施面临挑战,显示网络功能虚拟化(NFV)和SDN受益于一个网络运营商的观点。工作(10)是专注于第五代(5 g)移动网络技术(5克)11),应用SDN, NFV和物联网技术。在[解决工作12,13基于SDN)显示一个物联网的架构,和[14)是一个用例的13集中在5克。在前面的工作,他们不提供一个单一的解决方案,SDN上的物联网业务管理平台。在[15)背后的理论SDN来管理一个工业网络的使用是解释,以及在16,17SDN),用于无线网络(也称为SDWN)和物联网研究深度,突出一些未来的研究方向和开放研究问题基于现有SDN-based技术的局限性。

写这个的时候工作,只有少数作品(18- - - - - -20.提供一个供应商无关的物联网和SDN软件架构的解决方案。然而,他们不处理异构场景不合规的物联网设备或工业机械操作,和他们的解决方案不考虑oneM2M标准。在[18]小说框架IIoT SDN和边缘计算(EC)提出了解决一个最优的自适应传输路由机制。打开Mul (http://www.openmul.org/)是用作SDN控制器。作者没有考虑如何架构设计,因为这项工作的目的是专注于在上层网络的管理。在[19]SDN物联网解决方案构建开放的网络操作系统(小野(https://onosproject.org/))提出了SDN协调器。连锁体系结构适用于编排的端到端服务部署跨异构SDN / NFV域和定义一个相关的高级和与厂商无关的intent-based北向接口(NBI)。他们提出了一个基于使用专用的网络管理体系结构控制器为每种类型的网络。在[20.],作者分析业内SDN 4.0的部署模式,指出这三个主要问题和未来问题的解决对于一个快速和成功实现工业场景:数据安全系统可靠性、技术标准化和实际实现。作者提出了一个解决上述问题的发展混合节点设备能够处理和物联网网络。

作为本文的结论,有一些作品集中在传统的解释和发展SDN场景或物联网网络,但大多数人缺少流行的协议和技术的互操作性的工业环境中,模块化,开源的好处。这工作是一个贡献在这件事上,提供光SDN控制器选择的关键方面,物联网接口和工业环境的广泛扩展的技术和协议。

3所示。光延迟线作为工业物联网平台

有很多物联网平台(4,5针对管理物联网网络,但是很难找到一个符合要求的开源和异质性的工业物联网(IIoT)的场景。图2总结了最流行的物联网平台的主要特点。

作者的知识大多数开源物联网平台支持互操作性,其中一些通过多语言和多协议体系。他们通常提供一个SDK开发应用程序。然而,真正的实现在一个工业场景中使用广泛的工业技术要求大人力资源开发所需的功能。在这一点上他们公司提供一些昂贵的商业版本。这张照片邀请我们去探索其他的软件选择,像SDN,因为现在一些SDN平台允许集成物联网服务与传统的人性化服务,通过一个全球性的编排的分布式云,异构,物联网网络。在SDN(见图1),软件实体控制器(我)包含生成的大量数据和物联网网络分布式计算节点,(ii)分配计算和存储资源分布式数据中心,和(3)过程中收集到的数据做出决策。此外,SDN提供网络编制的可能性,通过使用一个集群的控制器,增加了管理系统的可伸缩性、高可用性、使用备份数据持久性和容错控制器。

在所有可用SDN控制器,这项工作已经从那些开源解决比较和科学界广泛接受的21,22)指出,满足一个IIoT场景的需求。

小野是一个开源的SDN控制器用Java编写的一个分布式网络操作系统和良好的性能。它是由一个可扩展的、模块化的平台和一组应用程序。往南的接口(SBI),小野支持OpenFlow, NETCONF, PCEP。作为北行的接口,它使用休息。Ryu (http://osrg.github.io/ryu/)是一个基于组件的SDN控制器与一组预定义的组件用Python编写的,可以修改、扩展和应用程序创建一个定制的控制器组成。它支持不同的OpenFlow版本。因为它是用Python编写的,网络性能似乎低于其他基于Java的SDN控制器,所述(21]。照明灯(http://www.projectfloodlight.org/floodlight/)由一组模块,其他模块提供服务和/或控制逻辑应用程序通过一个简单的Java或REST API。它可以运行在Linux、Mac和Windows操作系统。根据(23),照明灯显示高性能包丢失。OpenDaylight开源控制器是一个用Java编写的,具有高的性能和广泛的网络支持的行业。光延迟线包括物联网数据代理(IoTDM)插件,使用哪个开门光延迟线作为SDN平台物联网网络管理。IoTDM是一个以数据为中心的中间件,充当oneM2M兼容,使授权应用程序获取物联网数据上传的网络中任何设备。IoTDM,光延迟线似乎是最合适的人选来管理一个IIoT。表1总结比较提供的主要特性SDN控制器。

4所示。在一个工业物联网技术和通信协议的场景

在前一节中得出光延迟线一起IoTDM IIoT平台是我们最合适的解决方案。然而,并非所有的技术和通信协议共存的IIoT场景与光延迟线和IoTDM兼容。注意,光延迟线和IoTDM使用XML / JSON数据格式和HTTP, MQTT或CoAP通信协议

在本节中,我们回顾一下技术和通信协议被广泛使用在工业设施,展示他们的数据格式和兼容光延迟线和IoTDM。表2总结了他们。我们的目标是识别的需要解析器在南行,使工业技术及光延迟线连同IoTDM之间的沟通。技术审查是如下:(我)无线电频率识别(RFID)是一种无线技术广泛应用于工业作为替代条形码。第2代RFID使用epc全球一级标准通信(和防撞)协议(24]。接收到的数据并存储在RFID标签的RFID阅读器可以采用XML格式,可以通过HTTP发送。(2)蓝牙低能量(BLE (https://www.bluetooth.com)),蓝牙电源保持变体的个人区域网络(PAN),由网络常用的机器和设备。它的名字也指的是它的协议,这是一个完整的协议栈。BLE数据格式不是JSON或XML结构。(3)网络通讯协议(http://www.modbus.org)是一种工业标准的通信协议,用于可编程逻辑控制器(plc),传输信号的仪表和控制设备回到主控制器或数据采集系统,它通常用于连接监控计算机与远程终端装置(RTU)的监控和数据采集(SCADA)系统。有不同版本的Modbus协议:Modbus RTU和Modbus ASCII串行线和Modbus TCP以太网。网络通讯协议的数据格式是一个应用程序数据单元(ADU)。(iv)控制器区域网络(CAN总线)能(25)是一个车辆总线标准设计为允许电子控制单元和设备相互通信的应用程序没有主机。设备与CAN总线的例子有电子控制单元,微控制器,设备、传感器、执行器等电子元件。CAN总线也是一个基于消息的协议,最初设计用于多路电线在机动车辆,但在工业应用中使用。这个标准生成DBC文件,这是一个专有格式,描述了CAN总线上的数据。(v)以太网控制自动化技术(EtherCAT (https://www.ethercat.org)是基于可以开放协议和以太网但不同于网络通信是专门为工业自动化控制、优化及其数据格式是EherCAT奴隶(ESI)的信息。(vi)Profibus和Profinet (https://us.profinet.com)标准现场总线在工业自动化通讯。现场总线链接控制器或控制系统分散的现场设备(传感器和致动器)的水平,也使得排名较高的数据交换通信系统一致。Profinet连接设备、系统和细胞,促进更快、更安全、低成本、高质量生产。很容易集成现有系统和设备,将丰富的以太网工厂。Profinet通常基于TCP / IP的通信。Profinet和现场总线设备可以连接到SCADA系统和物联网平台通过一个网关基于OPC (https://opcfoundation.org/工业通信过程),通信标准。OPC统一架构(OPC UA)客户机-服务器体系结构(见图3),作为通向Profinet和现场总线数据转换为专有的XML / JSON数据格式。OPC UA支持实时数据通信、警报、安全特性等。OPC服务器的数据源,基于OPC标准的任何应用程序都可以访问这个服务器作为OPC客户端读和写。软件供应商只需要包括OPC客户端功能的产品。不幸的是,工业OPC软件不是传统的开放源码,和公司遵守花很多钱为locked-vendor OPC客户端-服务器解决方案。最近,一些开源OPC UA软件解决方案是可用的(26]。

5。软件架构基于SDN和物联网工业物联网的场景

图1扩展到图4为了说明软件体系结构提出了一个工业I4.0场景如果只使用开源软件。所有设备(网络)放置在底部,策划SDN控制器。在左下侧IIoT网络,与物联网设备从不同的技术(传感器微粒、RFID、保佑)和工业机械Profinet下工作,Ethercat, CAN总线和网络通讯协议。IIoT网络共存与传统企业网络,由路由器、交换机、电脑、打印机等。

在图的中间4一个控制器是策划,管理,IIoT网络。第二个控制器设置为备份,保证可伸缩性和应对危险情况如高计算负载在主控制器,网络安全攻击,或者IIoT网络中的瓶颈等等。这个决定来自这样一个事实:根据工作(24),一个控制器有足够强大的管理交通的一套中型和一个工业物联网网络场景。作者在27)展示一个氮氧化物(https://github.com/noxrepo/nox-classic/wiki至少30 kb)控制器可以处理流每秒10 ms的安装延迟。因此,在这种情况下,只考虑两个控制器,但控制器的数量可能有所不同,因为光延迟线允许灵活的部署控制器,根据不同的需求。光延迟线使用一个软件的功能称为虚拟租户网络(VTN)编制的集群控制器(见图5)。

SDN控制器部署的另一个可能性,不考虑这个工作,是使用一个专用的SDN为每个类型的网络控制器:控制器的网络和物联网网络控制器。这个解决方案有一些模块化等优点,更有效地管理应用程序向北和向南行进的,或者减少瓶颈的风险。然而,这种部署显示了一些缺点:(i)更多的硬件,也就是说,至少有两个高能量电脑分配每个控制器和两个配置备份控制器;(2)使用nonunified接口:用户界面的数量等于控制器中运行部署的数量;(3)复制NBI和印度国家银行应用程序如果他们操作在两个网络:使用一个应用程序来管理多个网络很平常。例如,NBI申请需要可视化和设备管理与仪表板在每个网络编制。

部署和提出的体系结构中的所有参与者之间的沟通在第二部分详细解释,从物理到应用程序层,也就是说,从南行到北行的SDN架构。

5.1。向南行进的层

南行是物理/逻辑设备(网络)之间的连接放在工业场景和SDN控制器(光延迟线和IoTDM),安装在一个虚拟的或本地机器。三个网络标识:网络、物联网网络和不合规的物联网网络,或工业机械网络。传统网络直接连接到光延迟线控制器通过有线或无线连接,传输和接收监控和管理数据与广泛使用Openflow甚至NETCONF协议和与SNMP协议如果是必需的,因为光延迟线的插件来支持它。物联网网络组成的无线传感器网络(WSN)或一组传感器节点,连接到光延迟线通过IoTDM通过有线或无线连接(罗拉(https://www.lora-alliance.org/)和Sigfox (https://www.sigfox.com/)时被用作无线网络)。其他网络缺乏通信协议的HTTP, CoAP或MQTT和JSON或XML数据格式需要一个网关或包装器与通过IoTDM光延迟线。

射频识别与IoTDM兼容。RFID阅读器射频识别网络的网关部署,发送和接收的数据光延迟线和IoTDM JSON或XML格式,通过HTTP。物联网的传感器(微粒)在市场上也与IoTDM兼容。微粒作为网关的传感器网络部署存储和发送收集的数据直接通过IoTDM光延迟线在JSON格式使用CoAP或MQTT协议。TelosB TinyOS,小骨头,或Tmote天空时使用CoAP覆盆子π和Arduino可以同时使用。

另一方面,这些设备和BLE需要一个操作包装器与IoTDM交流。包装器是SW + HW实体,可以在同一台机器上实现光延迟线IoTDM一起被执行或在附近的一个低成本的解决方案BLE设备,例如,一个覆盆子π3计算模块IO板V3与一个或多个计算模块3 (https://www.raspberrypi.org/products/compute-module-io-board-v3/)。覆盆子π3是广泛应用于工业场景由于其鲁棒性。在任何两个选项,一个祝福受体是必需的(通过USB接口或GPIO) BLE网络之间的网关和IoTDM和JSON解析器从BLE数据必须在包装工作,反之亦然。这个解析器可以找到的开源解决方案(28]。

工业机械网络,与设备操作技术和像Modbus通信协议,CAN总线,Ethercat不能直接与运作IoTDM由于他们的数据格式和通信协议不兼容。正如我们在前一节中所述,该机器使用的中间步骤通信OPC UA的客户机-服务器体系结构。每种技术需要一个OPC UA服务器将数据转换为JSON格式和与一个OPC UA的客户交流。OPC UA客户机,最后,实体必须与光延迟线和IoTDM交流。注意,OPC-UA服务客户并不是典型的开源软件。然后,两个开源的选择提出了为使互操作性工作在工业机械和光延迟线IoTDM:(我)每种技术的OPC UA的客户机-服务器解决方案,安装在一个中间的机器。这台机器可以包装器。这必须解析、调整和重组收到OPC数据UA客户为了塑造一个有效的JSON或XML被IoTDM理解。这个选项是绘制在图的沟通过程4蓝线。在[26]可以找到开源解决方案的列表。(2)每个技术的解析器地址分别的数据转换为XML或JSON。他们可以被安装在一个中间机(包装)。这个选项是绘制在图的沟通过程4红线。有一些开源的解决方案,可以使用:modbus TCP (29日网络通讯协议);ecatmod EtherCAT [30.]和libcanardbc [31日对CAN总线)。

在任何两个选择一个中间的机器是必要的。在图4包装策划作为一个单独的机器,但一组机器可能需要的网络网关或处理的数据量是很高的。

注意,软件解决方案提出了工业机械在不久的将来将会改变,因为OPC基金会致力于一个新的扩展OPC UA与物联网应用程序兼容,OPC UA PubSub [32]。

简而言之,这些设备不能直接沟通与IoTDM利用包装来塑造他们的数据被IoTDM理解。的演员之间的通信场景如图6。包装器连接上述解析器的功能作为一个桥梁,接收来自不同技术和解析的数据,并将转换后的数据发送给IoTDM光延迟线。

5.2。控制器层

光延迟线和IoTDM在控制器层工作。它可以运行在一个专用的企业服务器或在云中。后者可以简化实现,降低了硬件成本。SDN平台必须的决定取决于计算资源分配网络工厂,它物联网的规模和工业机械网络和交通管理的数据量,企业的安全策略,等。光延迟线和IoTDM可以执行在Linux和Windows,但前者是更好的性能和兼容性。当ODLwith IoTDM执行,它使等待传入设备请愿和/或数据。接收到的数据通过与特定IoTDM必须解析JSON结构通用的JSON结构,需要理解任何应用程序在北向的层。由于开放光延迟线的功能,这个解析器在这工作了。这就是供应商锁定的问题是完全坏了。

建立解析器是一个抽象类,HubPlugin被定义在控制器。它包括一些方法实现对每个新技术适应。这让我们隔离的通信机制和每个供应商的数据格式。插件不仅提供了所需的JSON格式的数据,还设置了与物理通信协议中心(HTTP、CoAP或MQTT)。在这个软件架构中心据悉在物理层技术(RFID、祝福、现场总线、网络通讯协议,等等)。每一个HubPlugin实现必须包括一组方法,总结在表3。

数据与IoTDM光延迟线在内部处理和存储在模型驱动的萨尔(MD-SAL) [33]。这是一组光延迟线中定义的基础设施服务,目的是提供一个共同的和通用的支持应用程序、数据存储插件为开发人员和基础设施服务,RPC、服务路由和通知的发布/订阅服务。图7显示了模块的层次结构的解析器实现控制器层。服务描述如下:(我)控制器经理负责向北方的接口实现。它还包括控制器核心,添加以下任务:(i)与光延迟线的沟通数据库(MDS-SAL)和(2)动态插件实例化(具体格式通用格式翻译)启用集线器(技术)。(2)控制器供应商负责提供基本元素执行的光延迟线在启动时,启动控制器的经理。(3)数据收集民意调查每个配置时间激活插件,允许数据存储。(iv)光延迟线数据基地的具体MD-SAL光延迟线的数据存储。(v)中心插件是抽象类定义了每个插件的行为和中心参与的场景。

5.3。北行的层

北行的层最高的层SDN架构。它是由用户的应用程序。这些所谓的北行的api集成。这一层的主要功能是给最终用户应用程序和不同的目的,例如,网络中的数据和设备管理,设备可视化图形界面,主机追踪,流程序员或静态路由。

北行的应用程序与物理网络进行通信的南行SDN控制器,以决定如何继续。北行的API节中给出的一个例子6,在开发一个web应用程序,目的是管理IIoT网络,由来自不同供应商的设备。北行的api的其他例子如图所示8。有各种各样,不同的目的:基于OpenStack云编排工具(https://www.openstack.org/),VMware (https://www.vmware.com/),‎或CloudStack (https://cloudstack.apache.org/)‎实例化虚拟机的网络元素;服务来增加网络安全如防火墙过滤流量根据某些标准基于端口,IP地址,或服务;网络规划工具,如Net2Plan (http://net2plan.com/),生成拓扑,收集统计数据或执行网络优化算法;应用会计和负载平衡;应用程序集中在网络操作和管理,其中的一些基于CRUD服务(创建、读取、更新和删除),或指示板显示拓扑和网络中每个设备的当前状态。

6。IIoT飞行员场景使用ODLwith IoTDM和插件

在对比了部分工作2这项工作表明,试点测试提出了开源SDN架构解决方案。这个飞行员提供光使用SDN工业场景的编制,测试管理一组灯和传感器安装在一个工业仓库,与它一起网络操作在同一工厂。这个场景可能是真正的工厂中,并有可能延长管理任何工业技术,只是后一节中描述的软件和硬件条件5。

后三个分层的架构图1,扩展图4,由一组南行聪明的灯(飞利浦色调(https://www.philips.co.uk/c-p/8718291775027/ hue-personal-wireless-lighting /规范)和一组智能传感器在工业场景中使用监测温度、湿度等等。(B + B SmartWorx (http://advantech-bb.com))。他们作为IIoT网络工作。在控制器层光延迟线IoTDM,版本执行碳0.6.3在本地机器上运行Ubuntu Linux。在北向的一个简单的web应用程序开发测试体系结构中的所有参与者之间的沟通。做在一个背景的用户设备交互web接口和控制器之间的通信层。web应用程序的快照如图9。它显示了视觉管理这些设备连接到IIoT网络,允许用户创建、修改和/或删除实体相关的部署场景。网络工具提供了四个主要功能:(我)仪表板:主应用程序屏幕,显示通用信息平台的设备(中心)来管理。(2)网络:显示拓扑部署。(3)中心:屏幕管理中心通过CRUD。(iv)设备:屏幕可视化和配置设备。

飞行员已经测试了编排单一IIoT网络,一起这网络和一个控制器。

7所示。结论

一方面,这项工作已经确定的主要问题可能出现在I4.0采用中工厂:成千上万的物联网设备的管理技术和供应商的不同,通信协议和数据格式的异构性,需要管理的传统工业机械网络和它一起网络新物联网基础设施,和大量的数据流量的风险I4.0基础设施,从而得出在不受欢迎的数据包延迟和网络拥塞。之后,一个开源软件解决方案体系结构提出了基于光延迟线IoTDM一起编排整个I4.0基础设施,支持互操作性和IIoT设备来自不同供应商的管理,包括传统的工业机械和网络。软件架构解决方案包括使用不同的系统的插件在南行和控制器层。在后者中,插件是基于oneM2M标准解析JSON / XML格式从IoTDM通用JSON / XML格式被任何应用程序在北向的理解。插件开发系统的模块化和可扩展性,提供一个开放的软件解决方案,允许任何人能够开发一个新的插件每个工业场景中所涉及的技术。这项工作中提供的软件架构提供了可伸缩性和出口其他工业场景,打破了厂商锁定壁垒和生成一个与厂商无关的解决方案。

这项工作给光的实际困难出现在在工业环境中引入SDN I4.0收养。它审查和提供解决方案关键方面从控制器体系结构的选择,具体的物联网接口,和覆盖不同通信协议的困难在工业环境中流行。

数据可用性

提出了一个开源软件架构解决方案“编排”和工业物联网的场景。所有软件组件是免费的(可用)引用作者包括整个论文。只有两个软件组件不开源(可用),因为他们仍然工作。但作者给他们所有的细节结构:部分5控制器层:中间件解析器和部分6:北行的应用程序。作者打算上传源代码的github库研究小组:https://github.com/girtel/。

信息披露

这个出版物反映了作者的观点只有,和该委员会不能负责任何使用这可能是由其中所包含的信息。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作已经部分得到了西班牙国家项目ONOFRE-2(引用。tec2017 - 84423 c3 - 1 - p), H2020欧盟项目(引用没有。h2020 - ict - 2016 - 2 761727年(ID)主题:ict - 7 - 2016)和欧盟伊拉斯谟+程序(引用。575853 - epp - 1 - 2016 - 1 - es - eppka2 - ssa)。

引用

1. p .尔贝特·m·洛伦茨m . Rußmann et al。行业4.0:制造业的生产率和增长的未来,2015年波士顿咨询集团。
2. l . Atzori a Iera经纪人莫拉比托g .,“物联网:一项调查,”计算机网络,54卷,不。15日,第2805 - 2787页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. s . Jeschke c•布雷彻,t·迈森d·奥兹德米尔和t . Eschert“工业物联网和网络制造系统”工业物联网,施普林格系列无线技术,页3-19,施普林格国际出版,可汗,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. p·p·雷,“物联网云平台的调查。”未来的计算和信息学杂志,1卷,不。1 - 2,35-46,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. “5 h2020 - UNIFY-IoT项目报告在物联网平台活动,“http://www.unify-iot.eu/wp-content/uploads/2016/10/D03_01_WP02_H2020_UNIFY-IoT_Final.pdf。视图:谷歌学术搜索
6. r·杨z温、j .徐和m . Rovatsos“雾对物联网服务的编排:问题、挑战和方向,”IEEE网络计算,21卷,不。2 - 24,2016页。视图:谷歌学术搜索
7. d . Wilusz和j . Rykowski”编排的分布式hetero-geneous传感器网络和物联网,”Informatyka Ekonomiczna,3卷,不。33岁的2014人。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. 高木涉,n .松田k . s . Horiuchi h .青木和a . Akutagawa“物联网网络使用NFV实现,”NEC技术杂志,10卷,不。3、35 - 40,2016页。视图:谷歌学术搜索
9. n .诸圣m .的清汤,g . Fromentoux o . Le Grand,“一个可编程和虚拟网络和IT基础设施的物联网:NFV & SDN帮助如何面对即将到来的挑战,”情报学报2015年18国际会议在下一代网络中,ICIN 20152015年2月,页64 - 69。视图:谷歌学术搜索
10. n Bizanis和f·a·Kuipers,“SDN物联网和虚拟化解决方案:一项调查,“IEEE访问4卷,第5606 - 5591页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. a . Agarwal g . Misra k·阿加瓦尔,”第五代移动无线网络——关键概念、网络体系结构和挑战,”美国电气和电子工程》杂志上,3卷,不。2、22 - 2015页。视图:谷歌学术搜索
12. 苏x, y . Li j . Riekki t·坎特和r,压力“SDN-based水平物联网架构服务,”ICC学报》2016 - 2016年IEEE国际会议交流,页1 - 7、吉隆坡、马来西亚,2016年5月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. r . Vilalta市长,d . Pubill et al .,“端到端SDN编排的物联网服务使用一个SDN / NFV-enabled边缘节点,”学报2016光纤通信会展,离岸金融中心2016美国2016年3月。视图:谷歌学术搜索
14. r . Vilalta市长,r·卡塞拉r·马丁内斯和r·穆尼奥斯SDN / NFV编排的多元技术和多域网络云/雾架构5 g服务,Proc.光电子与通信大会上(OECC”学报(OECC)光电子与通信大会上2016年,日本新泻。视图:谷歌学术搜索
15. 陈y, y, j·陈,“SDN-enabled网络虚拟化行业4.0基于神往和云计算,”学报》2017年19先进通信技术国际会议(ICACT)平昌,页199 - 202年,Kwangwoon,韩国,2017年2月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. k . Sood s . Yu, y,“物联网软件定义无线网络机遇和挑战:一个评论,”IEEE物联网,3卷,不。4、453 - 463年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. 贝拉,s . Misra, A . v . Vasilakos”物联网软件定义网络:一项调查,“IEEE物联网,4卷,不。6,1994 - 2008年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. j . d . x Li Li Wan, c . Liu和m·伊姆兰,“自适应传输优化计算SDN-Based工业物联网的优势,”IEEE物联网,5卷,不。3、1351 - 1360年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. w·Cerroni c·布拉s Cerboni et al .,“Intent-based管理和编制异构openflow /物联网SDN域,”学报2017年IEEE会议网络Softwarization (NetSoft),页1 - 9,博洛尼亚,意大利,2017年7月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. j . wan s . Tang z蜀et al .,“软件定义工业物联网产业的背景下,4.0,”IEEE传感器学报》杂志上,16卷,不。20日,2016年。视图:谷歌学术搜索
21. A . l . Stancu s Halunga A . Vulpe g . Suciu, o . Fratu和e·c·Popovici”比较几个软件定义网络控制器,”学报》第12届国际会议在现代卫星通信,有线电视和广播服务,TELSIKS 2015塞尔维亚,页223 - 226年,2015年10月。视图:谷歌学术搜索
22. r . Khondoker a . Zaalouk r .马克思,k . Bayarou”特点的比较和选择的软件定义网络(SDN)控制器”世界大会的程序计算机应用和信息系统(WCCAIS 14),2014年1月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. s . Rowshanrad诉Abdi, m . Keshtgari”sdn控制器的性能评估:泛光灯和OpenDaylight,”IIUM工程杂志,17卷,不。2,47-57,2016页。视图:谷歌学术搜索
24. “全球EPC, EPC射频识别协议1级第二代超高频RFID协议通信在860 MHz - 960 MHz,”https://www.gs1.org/sites/default/files/docs/epc/uhfc1g2_1_2_0 -标准- 20080511. - pdf。视图:谷歌学术搜索
25. 控制区域网络标准(公路车辆),2018,https://www.iso.org/standard/63648.html。
26. “开源OPC UA服务器和客户端。”https://github.com/open62541/open62541/wiki/List-of-Open-Source-OPC-UA-Implementations。视图:谷歌学术搜索
27. a . Tavakoli m . Casado t Koponen,美国Shenker“氮氧化物应用到数据中心,”第八届ACM学报》研讨会在网络热门话题(HotNets-VIII)卷。2009年,纽约,纽约,美国。视图:谷歌学术搜索
28. “开源BLE JSON解析器”,https://github.com/mfgCode/ble-packet-parser。视图:谷歌学术搜索
29. “开源modbus-tcp解析器”,https://www.npmjs.com/package/modbus-tcp。视图:谷歌学术搜索
30. “开源ecatmod解析器”,https://www.npmjs.com/package/ecatmod。视图:谷歌学术搜索
31. “开源libcanardbc解析器”,https://github.com/Polyconseil/libcanardbc。视图:谷歌学术搜索
32. “OPC基金会发布-订阅发布”,https://opcfoundation.org/news/press-releases/opc-foundation-announces-opc-ua-pubsub-release-important-extension-opc-ua-communication-platform/。视图:谷歌学术搜索
33. “光延迟线控制器:模型驱动SAL,”https://wiki.opendaylight.org/view/OpenDaylight_Controller。视图:谷歌学术搜索

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