什么是Sparkplug？

1. 什么是Sparkplug？

Sparkplug是 Eclipse 基金会为业界制定的规范，将某些标准和结构集成到 MQTT 通信中。

Eclipse基金会

Eclipse Foundation 是一个支持全球开源项目的非营利性社区。它成立于 2004 年 1 月，围绕 Eclipse 项目提供了一个公开透明的社区。该基金会总部位于欧洲，拥有数百名成员，他们都将开源项目视为行业的重要因素。

Eclipse 基金会的资金来自其成员的年度捐款。它有全职员工致力于支持和维护社区。

Sparkplug

2020 年，许多 Eclipse 基金会成员创建了Sparkplug工作组。目标是制定一个标准，使供应商、制造商和用户更容易在物联网 (IoT) 中工作。许多专家紧密合作，开发了开源 Sparkplug 规范。这个工作组的成员也是inray的合作伙伴HiveMQ。

产业与分布

Sparkplug 规范已经在行业中确立了稳固的地位。在 IT 和 OT 行业中，经常会遇到 Sparkplug 的使用。有许多不同的行业使用 Sparkplug。例如，可以在地理信息系统或汽车行业中找到应用领域。

总之，只要 OT 与 IT 对话，就可以使用 Sparkplug。

2. Sparkplug的工作原理

与 Sparkplug 规范的通信基于MQTT 原理。多个通信参与者将他们的数据和信息发送到 MQTT 代理，然后由该代理进行分发。Sparkplug中的通信参与者分为节点和应用。

节点使不支持Sparkplug的机器和设备在 OT 中支持Sparkplug。他们负责连接的设备并负责发送和接收数据。如果一个设备或机器能够实现 Sparkplug 规范，则该设备作为自己的节点进行交易，可以直接与MQTT 代理通信。Sparkplug 通信中的示例节点是物联网网关，或使用 Sparkplug 的机器本身。

应用程序（Application Nodes）是驻留在IT中的通信节点，可以接收和处理来自MQTT代理的信息。例如，支持 MQTT 的 ERP 系统或数据库在网络中称为应用程序。

3. Sparkplug A vs B

Sparkplug 规范配备了MQTT 负载的两个定义。因此，Sparkplug A 和 Sparkplug B 也产生了两个用于工业用途的版本。Sparkplug A 基于 Kura 的 Google Protocol Buffer 的开源定义。Google Protocol Buffer是一种用于序列化的数据格式，带有用于接口的混合语言。Sparkplug B 由众多系统集成商、专家和最终用户共同开发，为 MQTT 通信提供了全面的数据模型。Sparkplug B 版在工业中使用更为广泛。当提到 Sparkplug 时，通常指的是 Sparkplug B。

4. 工业Sparkplug

Sparkplug 规范专为行业开发，易于在现场级 (OT) 部署。轻量级通信创造了许多不同的应用领域。通过使用 Sparkplug 节点，不支持 Sparkplug 的设备成为 Sparkplug 网络中的通信参与者。因此，Sparkplug 规范可用于任何行业。

以数字化为目标的公司，例如汽车行业、石油行业或系统集成商，都依赖于 Sparkplug 规范。轻量级和基于标准的通信协议自开发以来迅速确立了自己的地位。

5.Sparkplug优势

Eclipse 基金会创建了 Sparkplug 工作组，因为业界正在寻找 MQTT 通信的补充。允许机器和设备与 MQTT 通信会带来许多好处。但是，在字段级 (OT) 手动创建结构化MQTT 主题和 MQTT 负载非常繁琐。许多机器和设备不提供向 MQTT 消息添加结构的能力。

Sparkplug 已经带来了所需的结构，确保在实践中只需很少的编程工作和轻松快速的部署。

MQTT 主题和 MQTT 负载在 Sparkplug 规范中有一个固定的标准，在整个通信过程中保持一致。与 MQTT 技术一起，Sparkplug 加速并简化了内部通信。

6. Sparkplug有什么用？

Sparkplug 规范的定义结构促进并加速了内部通信。因此，机器和设备可以通过将它们的数据发送到 MQTT 代理来与 IT 通信。然后，数据库、云环境或其他支持 Sparkplug 的系统可以接收此数据并将其用于进一步处理。一种已经可以使用 Sparkplug 结构接收数据的云环境是 HiveMQ 云。Sparkplug 工作组的联合创始人正在通过 Sparkplug 在全球范围内提供 MQTT 数据。能够访问世界各地的数据只是数字化的众多好处之一。Sparkplug 使在您自己的公司中实施数字化变得更加容易。

轻量级高效的 MQTT 通信与 Sparkplug 规范相结合，提供了从 OT 到 IT 的快速安全数据传输。

七、安全

由于 Sparkplug 使用 MQTT 消息协议进行通信，它还受益于 MQTT 的高安全标准。MQTT 构建了一个 TCP/IP 传输层，通过该层不会在网络上发送未加密的信息。此外，SSL/TLS 确保所有通信参与者的连接都经过加密和保护。这种加密可以防止第三方冒充通信伙伴来干扰网络。加密会检测到此尝试并保护内部通信。授权框架将通信参与者分为白名单和黑名单，并通过 MQTT 进一步提高安全性。

8. 比较Sparkplug

通过 MQTT 从 OT 向 IT 发送数据不仅适用于 Sparkplug。数据也可以通过 MQTT 或 OPC UA Pub/Sub 共享。此处显示了与 Sparkplug 规范的相关差异。

Sparkplug与 MQTT

通过 MQTT 的通信提供了独立设计 MQTT 主题和 MQTT 负载的可能性，没有规范和结构。因此，无法绑定到结构的机器和设备仍然可以在 MQTT 网络中运行。公司自己的标准也可以通过这种方式整合。该标准适用于 IT 中的机器和设备以及系统。这样就可以用公司自己的标准进行内部沟通。

Sparkplug 与 OPC UA 发布/订阅

使用OPC UA Pub/Sub，通信也基于 MQTT 原则。通过这种类型的通信，数据符合 OPC UA 标准。机器和设备可以通过 MQTT 直接与网络共享它们的 OPC UA 数据。该标准确保很少的编程工作，并在实践中提供快速部署。通过 MQTT 代理，其他设备或系统（如 ERP 或 SQL）可以连接并集成到网络中。

9. Sparkplug示例

Sparkplug-话题

所有使用 Sparkplug B 原理进行通信的 MQTT 客户端都使用以下 MQTT Topic 结构：

[命名空间]/[group_id]/[message_type]/[edge_node_id]/{[device_id]}

Sparkplug有效载荷

Sparkplug 有效负载由以下五个组件组成。

• 时间戳：时间戳表示为表示毫秒的 64 位整数。
• 指标：此处传递的信息描述了例如消息中存在的数据类型。
• SEQ： SEQ 是序列号。Sparkplug 网络中的所有消息都分配了一个序列号并按升序计数。
• UUID：UUID 用于表示消息方案。例如，一种编码机制，是否应该对消息内容进行编码。
• Body : Body 是用户可以单独感受到并使用数据的消息内容。

Sparkplug 有效负载示例

Sparkplug 有效载荷以二进制形式发送，采用 protobuff 格式。虽然结构类似于 JSON 结构，但这不是 JSON 格式。

{
“时间戳”：1486144502122，
“指标”：[{
“名称”：“算法”，
“数据类型”：“字符串”，
“值”：“GZIP”
}]“seq”：0，
“uuid”：“SPBV1 .0_COMPRESSED”，
“身体”：
}