Các công nghệ Mã nguồn mở (Open Source) có lợi cho các giải pháp IIoT như thế nào?

Các công nghệ mã nguồn mở được cung cấp bởi các cộng đồng công nghệ toàn cầu đang giải phóng sự sáng tạo kỹ thuật cho tự động hóa công nghiệp và các ứng dụng IIoT trên toàn thế giới.

0

Đối với nhiều người, phần mềm mã nguồn mở có một hình ảnh nhất định của “Wild West” được liên kết với nó. Trái ngược với phần mềm độc quyền, có thể được xem là mạnh mẽ, đắt tiền và hạn chế, phần mềm nguồn mở dường như cho phép bạn làm bất cứ điều gì bạn muốn với chi phí thấp hoặc miễn phí, mang lại sự tự do công nghệ cao nhất. Cả hai quan điểm này là quá đơn giản. Tuy nhiên, ý tưởng về nguồn mở như một giải pháp độc đáo vẫn tồn tại.

Mặt khác, thực tế là mã nguồn mở ở xung quanh chúng ta và hiện đang được sử dụng trong nhiều ứng dụng phần mềm phổ biến và nổi tiếng, là nguồn mở hoàn toàn hoặc được xây dựng trên các thành phần nguồn mở.

Các công nghệ nguồn mở cũng đang tiến vào các ứng dụng IIoT tự động hóa công nghiệp, không chỉ để thay thế các phương thức hiện có như muốn, mà còn cho phép các tùy chọn mới cho kỹ thuật sáng tạo. Các trường hợp sử dụng công nghiệp này là trong một lĩnh vực kỹ thuật bảo thủ, từ lâu đã dựa trên các sản phẩm phần cứng và phần mềm độc quyền. Trong nhiều năm, đó thực sự là lựa chọn duy nhất để cung cấp hiệu suất và độ tin cậy xác định thời gian thực cần thiết. Sự thay đổi này đối với nguồn mở có ý nghĩa gì đối với ngành công nghiệp, sau đó, và nó tạo ra những khả năng thiết kế nào?

Định nghĩa của Mã nguồn mở – Open Source

Nhiều ngành công nghiệp và người sáng tạo đã nỗ lực hết sức để bảo vệ các sản phẩm công việc mà họ tạo ra, dù là trí tuệ hay hữu hình. Bản quyền, bằng sáng chế, nhãn hiệu, bộ phận tùy chỉnh và công nghệ mã hóa đều có thể được sử dụng để cung cấp sự bảo vệ hợp pháp hoặc vật lý / điện tử khỏi việc tái sử dụng hoặc phân phối lại một tác phẩm nhất định mà không được phép.

Mặt khác, phần mềm nguồn mở có chủ ý cấp cho người dùng quyền sử dụng, kiểm tra, sửa đổi và phân phối phần mềm đó một cách tự do. Thông thường, các hạn chế chính duy nhất là sự quy kết được trao cho người khởi tạo và rằng bất kỳ tác phẩm phát sinh nào cũng có thể được phân phối tự do hoặc dưới dạng nguồn mở.

Phần mềm độc quyền được cho là được hưởng lợi từ mối quan hệ của nhà cung cấp với thị trường. Về lý thuyết, họ chỉ có thể đạt được và duy trì việc trả tiền cho khách hàng nếu sản phẩm hoạt động tốt. Tuy nhiên, mô hình độc quyền có thể tốn kém cho người dùng cuối vì chi phí cấp phép và thực tế là họ có thể hoàn toàn phụ thuộc vào nhà cung cấp để cung cấp các sản phẩm và dịch vụ liên quan, một khái niệm được gọi là khóa nhà cung cấp.

Phần mềm nguồn mở không có cùng một động cơ vì lợi nhuận, và thay vào đó được hướng dẫn bởi nhu cầu của cộng đồng người dùng và nhà phát triển theo cách hợp tác, thường được các tổ chức chuyên nghiệp giám sát. Các tính năng mới và sửa lỗi cũng có thể bao gồm các đóng góp từ các nhà cung cấp thương mại kết hợp các thư viện nguồn mở này vào các sản phẩm của họ. Các nhà cung cấp sau đó chịu trách nhiệm về hỗ trợ sau bán hàng liên quan đến các thành phần nguồn mở mà họ sử dụng.

Mã nguồn mở trong thế giới thực

Hầu hết mọi người đã biết và sử dụng các phần mềm mã nguồn mở, theo cách chủ động hay bị động. Đây chỉ là một vài ví dụ:

  • Hệ điều hành di động Android
  • Máy chủ web Apache
  • Trình duyệt web Mozilla Firefox
  • Hệ điều hành Linux
  • Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu MySQL và PostgreSQL
  • Môi trường phát triển tương tác Eclipse

Những công nghệ này cung cấp năng lượng cho internet, các thiết bị di động mà chúng ta quen thuộc như điện thoại thông minh và máy tính bảng và thậm chí nhiều hệ thống khác như Large Hadron Collider và Trạm vũ trụ quốc tế.

Ngoài ra, còn có các công nghệ nguồn mở khác đặc biệt phù hợp với các dự án công nghiệp và IoT:

  • Đối với truyền thông, giao thức truyền tải hàng đợi từ xa theo tiêu chuẩn ISO (MQTT), cùng với đặc tả tải trọng dữ liệu Sparkplug của nó, là các giải pháp nguồn mở để liên lạc hiệu quả, thường được sử dụng trong IoT.
  • Node-RED là một công cụ lập trình trực quan nguồn mở để xác định các luồng kết nối dữ liệu và thường được sử dụng với các thiết bị IoT như Raspberry Pi.
  • Secure Shell (SSH) là một phương thức nguồn mở để vận hành các dịch vụ mạng một cách an toàn, thậm chí trên các mạng không bảo mật.

Khi công nghiệp và IoT hợp nhất, các công nghệ này đang xuất hiện trong một loạt các sản phẩm công nghiệp lớn hơn, như cảm biến thông minh và cổng thông tin biên.

Lợi thế của mã nguồn mở dành riêng cho IIoT

Phần thú vị của mã nguồn mở là những con đường mới mà nó mở ra, có thể là do rào cản để gia nhập thấp hơn, dễ tương tác và nhóm tài năng lập trình viên rộng lớn tạo ra các công cụ này.

Ứng dụng công nghiệp quen thuộc, chẳng hạn như giao diện người-máy (HMI) và điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu hệ thống (SCADA), như Ignition bởi Inductive Automation, đã được xây dựng trên mã nguồn mở. Điều này cho phép họ cung cấp một loạt các chức năng đáng tin cậy mà không cần phải tự xây dựng và duy trì mã cơ sở.

Các công nghệ nguồn mở cũng cho phép tạo ra lớp bộ điều khiển công nghiệp mới nhất, được gọi là bộ điều khiển công nghiệp lập trình biên (EPIC) (Hình 1). EPIC có thể thực hiện các nhiệm vụ tương tự như bộ điều khiển logic lập trình truyền thống và độc quyền (PLC), trong khi cung cấp chức năng bổ sung để kết nối và thu hẹp khoảng cách giữa IT (công nghệ thông tin) và OT (công nghệ vận hành) (Hình 2). Chúng cũng cho phép người dùng tùy chỉnh và mở rộng thêm chức năng khi cần thiết.

Hình 1: Bộ điều khiển công nghiệp EPIC đầu tiên được xây dựng bởi Opto 22 sử dụng một tùy chỉnh hệ điều hành Linux tạo ra thông qua các dự án Yocto.
Hình 2: Vấn đề của các lớp phần mềm trung gian đòi hỏi quá mức về phần cứng và phần mềm độc quyền có thể được giải quyết bằng một thiết bị EPIC nguồn mở.

Loại tùy chỉnh này là một điểm thu hút lớn đối với nhiều nhà sản xuất thiết bị gốc công nghiệp (OEM). Các nhà OEM thường muốn hợp nhất nhiều dạng chức năng trong sản phẩm của họ, chẳng hạn như kết hợp kết nối mạng đám mây tiên tiến hoặc họ có thể muốn điều chỉnh nó theo nhu cầu cụ thể của người dùng. Thay vì lắp ráp nhiều thành phần phần cứng và phần mềm độc quyền, các nhà OEM có thể thử nghiệm, tùy chỉnh và nhúng các thư viện nguồn mở hiện có để cung cấp cho chúng các tính năng tương tự mà không phải chịu chi phí bảo trì dài hạn.

Đối với người dùng cuối và nhà tích hợp hệ thống, các hệ thống tự động hóa công nghiệp thường hoạt động như những hòn đảo biệt lập, nhưng việc kết hợp các yếu tố nguồn mở thân thiện với CNTT giúp kết nối các ứng dụng này với mạng tại chỗ, internet và tài nguyên đám mây cũng như tìm kiếm các kỹ sư có khả năng hỗ trợ các hệ thống này. Họ cũng được hưởng lợi từ chi phí sở hữu thấp hơn vì nhiều công cụ cần thiết cho khả năng tương tác với các hệ thống nguồn mở có thể phân phối tự do. Cũng giống như các nhà cung cấp công nghệ, người dùng cuối và SI có thể linh hoạt lựa chọn các công cụ tốt nhất cho các dự án của họ, tương tự như những gì ngành công nghiệp đã thấy với sự phổ biến của các sản phẩm dựa trên các giao thức truyền thông công nghiệp mở như Modbus / TCP.

Liệu mã nguồn mở đã sẵn sàng cho các ứng dụng quan trọng chưa?

Một số lo ngại được nêu ra một cách đúng đắn về việc sử dụng công nghệ nguồn mở, cho dù trong môi trường tiêu dùng hay ứng dụng công nghiệp quan trọng. Nguồn mở không bị ảnh hưởng từ quan điểm bảo mật, như đã được chứng minh bởi lỗi bảo mật Heartbleed ảnh hưởng đến OpenSSL trong những năm gần đây.

Tất nhiên, các hệ thống độc quyền cũng có thể dễ bị tổn thương. Vào mùa hè năm 2019, Armis Security đã đưa ra thông báo URGENT/11 xác định 11 lỗ hổng zero-day trong một hệ điều hành thời gian thực được sử dụng trong các thiết bị mạng, thiết bị y tế, hệ thống công nghiệp và các thiết bị khác yêu cầu hiệu suất thời gian thực.

Sự đánh đổi giữa nguồn mở và nguồn đóng trong khía cạnh này vẫn còn bỏ ngỏ để tranh luận. Những gì các dự án nguồn mở tốt nhất cung cấp là một cộng đồng lớn làm việc để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của phần mềm. Các nhà phát triển cẩn thận sẽ chỉ bao gồm các thành phần cần thiết cho hoạt động, vì bất kỳ mã bổ sung nào có khả năng tạo ra nhiều mục tiêu hơn cho những kẻ tấn công.

Các mã nguồn mở công nghiệp đang hoạt động

Nếu nguồn mở đơn giản là một cách khác để xử lý các ứng dụng công nghiệp, thì sẽ có ít lý do hơn để tránh xa các sản phẩm độc quyền truyền thống. Tuy nhiên, các khả năng bổ sung và các tính năng thân thiện với CNTT của các thành phần nguồn mở làm cho chúng trở thành một lựa chọn mạnh mẽ trong nhiều ứng dụng (Hình 3). Sau đây là các ví dụ thực tế về cách người dùng đã tạo các ứng dụng nâng cao cho chính họ bằng cách sử dụng các công cụ nguồn mở:

● Đám mây tích hợp:

Một người dùng với một đội xe nâng hàng tích hợp cảm biến giám sát pin của họ thông qua Node-RED và giao dữ liệu đó để một cơ sở dữ liệu Azure đám mây để phân tích thêm.

● Cảm biến nâng cao:

Một nhà phát triển thương mại đã nhúng mã của riêng họ vào bộ điều khiển có sẵn thông qua SSH để tích hợp cảm biến hình ảnh 3D với thiết bị tự động, cung cấp trực quan hóa và vận hành không cần thiết các hệ thống dự trữ và thu hồi vật liệu.

● Trực quan hóa tùy chỉnh:

Một người dùng khác có yêu cầu ghi nhật ký và biểu đồ dữ liệu cụ thể có thể cải thiện các chức năng này trong HMI của họ, sử dụng Python để đọc dữ liệu từ bộ điều khiển của họ và tạo xu hướng tùy chỉnh.

● Ghi nhật ký hiệu quả về chi phí:

Một người sử dụng sắp xếp hợp lý datalogging của họ bằng cách xử lý tín hiệu I / O vào SCADA của họ thông qua Node-RED và một máy chủ MySQL, tất cả mà không cần giấy phép bổ sung.

● Truyền thông:

Sử dụng các hệ thống mạng có sẵn, một nhà tích hợp hệ thống đã phát triển giải pháp giao tiếp ngang hàng của riêng họ trong lĩnh vực giữa các máy bơm từ xa thông qua việc sử dụng Node-RED và MQTT.

● Tích hợp GPS:

Tránh sử dụng PC bổ sung, người dùng tích hợp GPS và cảm biến tiệm cận trực tiếp vào EPIC chạy .NET Core để tạo vị trí di động và cảm biến vị trí cho một đội xe tải chở hàng.

Sử dụng các phương pháp truyền thống, các ứng dụng tự động hóa công nghiệp và IIoT này sẽ khó khăn, không thực tế hoặc thậm chí không thể đạt được. Nguồn mở là một phần quan trọng của sự thành công cho mỗi ứng dụng.

Tương lai của mã nguồn mở công nghiệp

Phần mềm nguồn mở đã đóng một vai trò lớn trong cuộc sống hàng ngày của bất kỳ ai sử dụng PC, thiết bị di động hoặc internet. Trong thế giới CNTT của doanh nghiệp, nguồn mở được coi là tương lai.

Ngay cả đối với các ứng dụng tự động hóa công nghiệp và IIoT chuyên dụng, nhiều sản phẩm sáng tạo không chỉ thay thế các tùy chọn hiện có cho PLC, HMI và SCADA, mà còn chủ động trao quyền cho người dùng cuối để tạo ra các giải pháp mới và trước đây không thể thực hiện được.

Với những xu hướng này và bằng chứng về những gì mọi người có thể làm với nguồn mở ngày nay, có một lý do mạnh mẽ để người dùng cuối mong đợi nguồn mở đóng vai trò ngày càng tăng, ngay cả trong các ứng dụng công nghiệp quan trọng nhất.

Tác giả: Josh Eastburn, Opto 22

BÌNH LUẬN

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây