Como já visto aqui no Blog I&A, a interconectividade entre sistemas e máquinas tem atingido praticamente todos os setores da economia mundial, melhorando a coleta de dados e facilitando a integração entre os diferentes sistemas. A popularização dos conceitos envolvendo a Indústria 4.0 permitiu uma transformação dos negócios e dos processos em empresas dos mais variados segmentos.
Em mais um texto da série de artigos sobre os protocolos de comunicação, apresentamos a história e as características de dois dos modelos mais utilizados em aplicações da Indústria 4.0: OPC UA e MQTT.
Vem com a gente conhecer mais sobre esses sistemas!
A história do OPC UA
Com o objetivo de desenvolver um protocolo de comunicação padrão que substituísse os modelos anteriores e se comunicasse com todos eles, empresas do segmento tecnológico se reuniram e desenvolveram o padrão OPC, em 1995. Sigla para Open Platform Communications, o modelo permite o acesso de dados em tempo real através do sistema operacional Windows. A primeira versão deste protocolo era chamada de OPC Classic e possuía três padrões:
- OPC DA (Data Access): Definia a troca de dados, incluindo valores, tempo e informações de qualidade.
- OPC A&E (Alarm and Events): Responsável pela troca de informações de mensagem do tipo alarme e eventos, assim como estado de variáveis e gerenciamento de estado.
- OPC HDA (Historical Data Access): Apresentava métodos de consulta e análises que poderiam ser aplicadas em dados históricos.
No entanto, mesmo com a criação do protocolo OPC, os problemas não estavam resolvidos. Apesar do modelo oferecer a interconectividade entre dispositivos e ter sido aceito pelo mercado, ele se mantinha restrito ao Windows. Dessa forma, não podia ser utilizado em outros sistemas operacionais, como Linux e Mac (Apple), ou até mesmo em sistemas operacionais que rodem em controladores industriais, além de possuir uma segurança muito simples. Pensando nisso, foi desenvolvido o OPC UA.
Lançado em 2008, o OPC Unified Architecture garantiu a conexão entre os diversos dispositivos de chão de fábrica. O protocolo, que vem sendo implementado de forma cada vez maior nas indústrias, oferece comunicação independente de plataforma, segurança de dados, padronização e inteligência descentralizada.
Por ser independente de plataforma o OPC UA implementa sua própria camada de segurança, baseada em uma infraestrutura de chave pública (PKI) que utiliza um padrão industrial de certificados digitais x.509 e autenticação de endereços, autorização, criptografia e integridade de dados. Ele também possui certos recursos adicionais, como redundância e monitoramento de conexão, fácil e rápida instalação e implementação multiplataforma.
Conhecendo o MQTT
O MQTT, sigla para Message Queue Telemetry Transport, é um dos protocolos de comunicação mais utilizados em aplicações IoT atualmente. Desenvolvido no final dos anos 1990 pela IBM, o modelo, que tem como base o padrão TCP/IP, possui suporte para a comunicação assíncrona entre as partes, ou seja, separa o emissor (“publicador” – publisher) e o receptor da mensagem (“assinante” – subscriber), tanto no espaço quanto no tempo. Dessa forma, é escalável em ambientes de rede que não são confiáveis.
O protocolo surgiu como uma alternativa para vincular sensores em pipelines de petróleo à satélites e tornou-se, oficialmente, um padrão aberto OASIS em 2014, quando passou a contar com suporte às linguagens de programação mais populares.
Com estrutura leve e flexível, o MQTT se tornou um dos protocolos mais reconhecidos quando o assunto é desenvolvimento de aplicações com alto grau de conexão. Ele pode ser utilizado em hardwares de dispositivos altamente restringidos ou em redes com largura de banda limitada e alta latência. Ele também oferece suporte a diferentes cenários de aplicativos para dispositivos e serviços IoT.
Quanto à sua comunicação, o MQTT define dois contatos na rede: um message broker, que nada mais é do que um servidor que recebe as mensagens dos clientes e roteia elas para o destino relevante, e inúmeros clientes, que podem ser qualquer coisa que interaja com o broker e assine essas mensagens. Ou seja, o cliente se conecta ao broker e publica o “assunto” e a mensagem para ele. O broker, então, envia as mensagens a outros clientes que assinaram esse assunto. O MQTT também utiliza a tecnologia de cibersegurança TLS para comunicações seguras através de chaves criptografadas.
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