MQTT Broker 通訊服務器: BRK 系列

系統架構:

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) 是 IBM 為了物聯網 (IoT, Internet of Things) 所開發的一通訊架構，此架構建構於 TCP/IP 之上，並特別針對物聯網的特性，提供輕量、且針對不穩定網路的通訊架構。MQTT 是基於發佈/訂閱的架構，在其網絡中，有一個伺服器(Broker)負責作為資訊的中介層，而其他裝置可以藉由發佈(Publish)一個主題(Topic)，傳送資訊至Broker，或是藉由訂閱(Subscribe)一個主題，從 Broker 中取得資訊。

BRK 系列是 MQTT 的伺服器，可以大量連接泓格科技支援 MQTT 協議的模組搭配使用，如 DL-300 系列數據紀錄儀，可用於紀錄 CO、CO2、溫度、濕度和露點訊息，同時支援 MQTT 的通訊機制將採集的現場環境參數對 BRK 系列進行發佈，使用支援 MQTT Client 的行動裝置或是圖控軟體向 BRK 系列訂閱即可簡單的從遠距離監控現場環境。MQ-7200M 系列的 Ethernet I/O 模組可以自動將採集到的數位 I/O 狀態值透過 MQTT 向 BRK 系列發佈，MQTT Client 只須向 BRK 系列進行訂閱及發佈即可遠程監看或改變 Ethernet I/O 模組的 DO 狀態。

特色:

► 內建資料庫
支援 MongoDB BRK-2841M 可直接將收集到的資料記錄至內建 MongoDB，無須額外架設資料庫。
資料備援機制兩台以上 BRK-2841M 組成備援群組，該群組內所有資料庫之間資料會保持同步，以達到資料備援。
資料庫故障轉移相同備援群組內的 BRK-2841M 會互相監聽各自是否正常運行，故障時其餘設備會接替工作，確保資料庫記錄服務不中斷。

► 通訊備援架構 – 快速架設

系統備援

► 資安防護 – 多重機制

HTTPS

內建的網頁伺服器支援 HTTPS，確保內建網頁伺服器與瀏覽器之間資料傳遞不會被第三方攔截和讀取。

Broker 權限管理

允許/禁止從特定的 IP address、Client ID 或 Broker user 對 Broker 進行連線請求，從連線進行第一階段篩選，提升 Broker 的穩定及安全性。

Topic 發佈/訂閱管理

允許/禁止對 Topic 進行發佈/訂閱，歸範已通過第一階段篩選的 Client 對 Topic 發佈/訂閱的權限，避免重要的 Topic 被人竄改。

► MQTT Broker – Bridge 與 Cluster

支援 MQTT Bridge

在 Bridge 模式下，可在多台 Broker 之間互相傳遞資料，Bridge 模式有以下特點
- 根據預定的規則，將資料轉發至指定 Broker。
- 對 Bridge 節點上的特定 Topic 進行訂閱，並在接收到資料後在本地或異地 Broker 進行傳遞或轉發。

支援 MQTT Cluster

在 Cluster 模式下，透過兩台以上 BRK-2841M 共同保證 MQTT 服務的連續性及可用性，對於那些不能承受
停機的企業非常重要。

即將推出

即將停產

停產

IIoT MQTT 通訊服務器

型號

CPU

SDRAM

Flash

非揮發性記憶體

microSD 卡

乙太網路埠

USB
埠

BRK-2841M

Linux Kernel 4.1.15

Quad-core ARM CPU,
1.6 GHz/Core

DDR3
2 GB

8 GB

FRAM 64 KB
MRAM 128 KB

4 GB
(Max. 32 GB
microSDHC
or 2 TB microSDXC)

MQTT Broker 通訊服務器: BRK 系列應用案例

橋接(Bridge)架構應用

許多製造業或企業因工廠範圍大，有些如無塵室或是有機密資料的區域會對人員進行管制造成進出不方便，導致問題排除的時間也跟著拉長，因此企業會透過導入遠端控制系統解決問題。但欲進行遠端監控勢必會讓所有設備暴露於外網的環境，系統設備中只要任何一個裝置出現資安漏洞，整個系統運作就可能遭到攻擊甚至癱瘓。

透過泓格科技提出的 BRK-2000 系列 MQTT 橋接架構，可限定允許傳輸的主題及權限透過 MQTT 橋接機制發送到遠端 Broker，MQTT 內建的連線身分驗證方式如帳號密碼、Client ID、憑證等可增加連線的安全性，避免資料被監聽甚至竄改。當欲進行遠端監控時則是向遠端 Broker 進行操作，如此一來即可將工廠內設備網路環境與外網完全分開，當外網網路通訊發生異常時，工廠內部系統仍可繼續運行不受外部影響。

備援架構應用

隨著物聯網的發展與普及，越來越多企業以及製造業廣泛的運用機器對機器的通訊，以便即時追蹤現場生產流程、機台運作狀況、回報錯誤、以及發出服務警報。然而，面對須全年無休的企業需求，如何保護其關鍵資料免於受到天災人禍造成系統或資料損壞，導致企業無法正常運行，一直是大家所關心的議題。

泓格科技推出的備援架構，採用兩台 BRK-2000 系列，平時由其中一台 BRK-2000 ( 可稱為主節點 ) 提供主要的 MQTT 服務，另一台則當作備援 ( 可稱為備用節點 ) 隨時監測主節點。一旦主節點服務發生異常 ( 例如無預警關機 )，備用節點就會及時接管服務，約 5 秒切換、無時間戳記，讓 MQTT 相關服務不至於中斷，也提供系統管理人員有更多處理問題的時間，不會因為只有一台設備故障造成整個系統運作停擺。

叢集(Cluster)架構應用

製造業為了提升生產效率、品質可控、減少設備無預警故障造成整條產線停擺，會佈署感測器收集生產流程上機台的狀態、生產參數等等，將這些數據送到中控端進行運算以及可視化，讓現場管理人員可即時掌握生產製程內的運作狀況。但數據採集過程可能因管理網路流量的控制設備故障導致中控無法掌握現場設備，客戶希望在軟硬體可能產生的錯誤發生時，仍能維持正常運作。

泓格科技提供 BRK-2000 系列解決此問題，使用兩台以上 BRK-2000 組成一個高可用性(High Availability) 叢集，在叢集中任何 MQTT 服務由多個節點共同負擔，由於叢集內有多個節點可完成同一個任務，當某一節點發生故障時，其他節點仍可繼續工作，從而保證了 MQTT 服務的連續性。BRK-2000 內建平衡負載功能，可使連線服務在叢集中盡可能平均分攤處理，充分利用叢集內各節點單機的處理能力，提高對任務的處理效率。

塑膠射出成型機設備監控與產品製程管理之應用案例

隨著時代演進，勞力成本不斷地提高、人力短缺，這對注重產能與產品品質的製造業而言無疑是個沉重的負擔，因此如何將[ 資訊數位化] 是一個重要的課題。企業在產業升級的道路上，常發生不知從何處下手，IT 與OT 人員之間認知不同等問題造成整合困難，最終不得不放棄計畫，此案例客戶即是遇到類似問題。
分析案例客戶遇到的困難可分為以下項目:

1. 感測器數值紀錄不易
2. 機台訊息散落
3. 無資料圖形化

泓格科技提出解決方案，使用U-7526M 將類比訊號轉換成為RESTful API / MQTT 數據資料來達成[ 資訊數位化] 目標，再使用BRK-2841M 來將所有訊息進行統整，使得在資料庫、圖控軟體應用上更加靈活，讓廠區狀況更易於掌控與紀錄。

泓格應用架構之優點:

1. 製程狀態數位化便於紀錄
2. 訊息集中管理不散亂
3. 數據圖形化，狀態一目了然