Title: OPC UA/DDS gateway
Language: English
Authors: Ramsauer, Daniel 
Qualification level: Diploma
Keywords: Industrie 4.0; Interoperabilität
Industrial Internet; Interoperability
Advisor: Kastner, Wolfgang 
Assisting Advisor: Denzler, Patrick Heinrich  
Issue Date: 2019
Number of Pages: 98
Qualification level: Diploma
Abstract: 
In den vergangenen Jahren ist das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) stetig gewachsen. Neue Herausforderungen entstanden und Verbesserungen in verschiedenen Sektoren, wie in der Automatisierungsindustrie, wurden erreicht. Darüber hinaus wurde aufgrund der zunehmenden Anzahl von Objekten ein neuer Begriff eingeführt: das industrielle Internet der Dinge (Industrial IoT, IIoT). Dieses neue Gebiet ermöglicht die Verbindung von Entitäten, intelligenten Objekten und intelligenten Fabriken, um den Produktionswert zu erhöhen. Dieses Gebiet ist allerdings im ständigen Wandel und neue Technologien werden stetig entwickelt, die darauf abzielen, die verschiedenenSchichten des IIoT zu verbinden. Da sich diese Schichten unterschiedlich entwickeln, sind spezialisierte Middleware-Technologien notwendig, um diese zu verbinden. Zwei bekannte Technologien, OPC UA und DDS, stellen verschiedene Mechanismen zur Verfügung, um die verschiedenen Aspekte des IIoT zu verbinden, bis dato sind diese jedoch noch nicht vereint worden. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Modell für den Datenaustausch zwischen OPC UA undDDS zu erstellen und Szenarien zu entwickeln, um Daten zwischen OPC UA Umgebungen auszutauschen, die über den globalen Datenraum von DDS gesendet werden können. Weiters sollen Einschränkungen dieses OPC UA/DDS Gateways und der vorgeschlagenenSzenarien diskutiert werden. Die notwendigen Schritte inkludieren die Erstellung der verschiedenen Szenarien, die für den Datenaustausch notwendig sind. Basierend auf diesen Szenarien wird ein Prototyp erstellt und einfache Testläufe werden durchgeführt, um zu zeigen, ob die entwickelten Szenarien ihren Zweck erfüllen. Die Resultate dieser Arbeit zeigen, dass die entwickelten Szenarien den Datenaustausch zwischen OPC UA und DDS prinzipiell ermöglichen. Allerdings sind bestimmte Einschränkungen zu beachten. Alle involvierten Anwendungen müssen über die Bezeichner jenerServer Bescheid wissen, mit denen sie interagieren wollen. Das impliziert, dass es einen globalen Dienst geben sollte, der alle verfügbaren Server auflistet und zugänglich macht. Außerdem sind nicht alle Szenarien in größeren Umgebungen einsetzbar, weil die Menge der generierten Nachrichten das OPC UA/DDS Gateway überlasten könnte. Da es zurzeit keine offene Java-basierte DDS Bibliothek gibt, die nativ RPC over DDS unterstützt,musste letztlich MQTT im Prototyp eingesetzt werden. Zukünftige Arbeiten könnten sich daher auch einer quelloffenen Java-basierenden DDS Implementierung widmen.

Over the years, the field of Internet of Things (IoT) was growing rapidly. New challenges raised and improvements to various sectors, such as the factory automation domain were accomplished. Furthermore, due to the increasing amount of Things, a new term got established: the Industrial Internet of Things (IIoT). Within this field, an interconnection of Things, smart objects and smart factories enables the optimization of production value. However, this field is in active change and new technologies emerge that aim to connect the different layers of the IIoT. As these layers evolve differently, middleware technologies are necessary to connect them. Two prominent technologies, namely OPC UA and DDS,provide different features for connecting various aspects of the IIoT and are yet to be connected. The aim of the work is to develop an architectural design for enabling data exchange between OPC UA and DDS, and further to derive scenarios which allow data exchange between OPC UA environments by using the global data space of DDS. Furthermore,the limitations of this OPC UA/DDS gateway and of the proposed scenarios will be discussed. The steps necessary to enable this involve the creation of different scenarios that will cover the data exchange. Based on these scenarios, a prototype implementation will be realized and simple test runs indicate if the scenarios fulfilled their purpose. The findings of this thesis reveal that the developed scenarios enable the data exchange between OPC UA and DDS. However, certain limitations have to be considered. Foremost, involved applications have to be aware of the IDs of servers they want to interact with, which indicates the need for an environmental-wide service that registers all available servers. Additionally, in large scale environments, not all scenarios are usable, as the amount of messages generated could potentially overload the OPC UA/DDS gateway. Furthermore, the scenario which enables data exchange between OPC UA environments via DDS global data space allows for increased scalability for OPC UA. However, all scenarios are only usable in a controlled environment. As it was necessary for this thesis to simulate DDS with MQTT another implication of this thesis is that there is need for an open source Java-based DDS library, that supports RPC over DDS for exchangingMQTT with DDS within the proof of concept.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-125125
http://hdl.handle.net/20.500.12708/13813
Library ID: AC15381107
Organisation: E191 - Institut für Computer Engineering 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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