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UNS 数据集成 ​

引言 ​

在迈向工业 4.0 的征途中，我们都认同一个事实：数据是新石油。然而，对于大多数制造企业而言，这“石油”的开采和提炼过程却异常艰难。工厂里充满了来自不同年代、不同供应商的设备，它们说着各自不同的“方言”（PLC、SCADA、MES、ERP...），导致数据被困在一个个独立的系统中，形成了所谓的“数据孤岛”。

这种割裂的现状，使得 OT（运营技术）与 IT（信息技术）之间存在着一条难以逾越的鸿沟。我们无法获得一个关于工厂运营的统一、实时的全局视图，更不用说利用这些数据来驱动更高级的分析和人工智能（AI）应用了。

有没有一种架构，能够彻底打破这些壁垒，让数据自由、有序地流动起来？答案是肯定的，它就是——统一命名空间 (Unified Namespace, UNS)。

什么是统一命名空间 (UNS)？ ​

统一命名空间 (UNS)是一种革命性的数据架构思想。其核心在于，将企业内所有有价值的数据和事件，按照统一的、结构化的业务逻辑（例如：企业/厂区/车间/产线/设备/参数）进行组织，汇集到一个中央数据枢纽中，从而构建起整个企业的单一事实来源 (Single Source of Truth)。

在这个架构下，任何数据生产者（如一台 CNC 机床）和数据消费者（如一个 MES 系统或一个 AI 算法）不再需要进行复杂的点对点集成。它们只需连接到这个“中央枢纽”，按照既定的“地址”发布或订阅数据即可。这极大地简化了系统集成，实现了真正的“即插即用”。

UNS 不仅仅是一种命名规范，更是一种革命性的数据架构思想，它旨在：

  • 构建单一事实来源：将企业内所有实时的、有价值的数据和事件汇聚于一个统一的、结构化的命名空间下
  • 赋予数据语义与上下文：按照业务逻辑对数据进行分层组织，使每个数据点都携带其业务含义和上下文信息
  • 实现事件驱动与实时流动：基于 MQTT 等发布/订阅协议，确保数据按需、高效、实时地在生产者和消费者之间流动
  • 彻底解耦数据生产者与消费者：无论是底层的 PLC、传感器，还是上层的 MES、ERP、BI 或 AI 应用，都可以独立地接入 UNS
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基于 UNS 的一站式解决方案 ​

基于 UNS 架构的一站式解决方案，它包含 NeuronEX、EMQX Platform 和 ECP 管理平台以及丰富的应用接口，无缝协同，为您构建强大的工业 AI 数据中枢。

NeuronEX：工业边缘网关软件 ​

作为 UNS 的“数据采集触手”，边缘网关软件（如 NeuronEX）负责连接工厂车间里形形色色的工业设备。它支持采集 100+ 种工业协议（如 Modbus, OPC-UA, Siemens S7 等），将原始、晦涩的设备数据，转化为统一的、带有业务上下文的 MQTT 消息，并发布到 UNS 中。同时，它还能在边缘端进行实时的数据处理与计算，降低延迟和网络负载。

EMQX Platform：实时消息与数据中枢 ​

EMQX Platform是 UNS 架构的心脏。一个高性能的 MQTT 消息平台（如 EMQX Platform）承载着整个 UNS 的数据交换。它接收来自所有边缘节点的数据，并根据主题进行高效路由，确保任何授权的应用程序都能实时订阅到它们所需的数据。其高可用、高并发的特性，保证了整个工厂数据流的稳定与可靠。

核心能力：

  • UNS 核心消息中枢：作为高性能、高可用的分布式 MQTT 平台
  • 海量连接与高吞吐保障：支持数百万级的并发连接和每秒数百万条消息的高吞吐
  • 内置规则引擎：对 UNS 数据流进行实时处理、转换、丰富
  • AI/大模型能力集成：作为关键的数据管道，将结构化的 UNS 数据高效提供给 AI 分析平台

ECP 平台：统一管理与集成平台 ​

ECP 提供统一的设备、数据和应用管理界面，简化 UNS 部署与运维，实现 IT/OT 深度融合。

核心能力：

  • 统一设备管理：集中管理所有接入 UNS 的设备和系统
  • 数据建模与可视化：提供直观的数据模型管理和监控界面
  • 运维管理：简化 UNS 系统的部署、配置和日常运维
  • 安全控制：提供细粒度的访问权限控制和数据安全保障

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基于 SparkplugB 的自动化建模 ​

Sparkplug B 为 UNS 架构注入了“自动化”的基因。它在 MQTT 的基础上定义了一套标准，将工业数据交互的效率和可靠性提升到了新的高度，其核心优势体现在以下三点：

  1. 遵循数据语义 按照业务逻辑（如：企业/区域/工厂/产线/设备/设备/测点）对数据进行分层组织，使每个数据点都携带业务含义。

  2. 状态精准显示 内置“上线与离线证明”机制，能精准、实时地显示网络中每个边缘节点和设备的真实在线状态，告别状态延迟的烦恼，让监控与运维更加可靠。

  3. 自动化数据持久化 设备接入网络后，平台可根据其上报信息，自动为其创建数据存储策略。真正实现了数据持久化的“即插即用”，无需手动配置，为后续分析奠定基础。

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全场景数据洞察与分析 ​

将海量工业数据有效地存储和利用，是释放其价值的最后一公里。我们的平台提供了一套完整的工具链，让从数据工程师到一线业务专家的每个人，都能轻松地从数据中获得洞察。

  1. 时序数据库存储 平台内置了专为工业场景设计的时序数据库Datalayers。它支持使用标准SQL对海量、高频的时序数据进行高效查询与分析，为各类工业数据分析应用提供了强大的动力。

  2. 智能 SQL 编辑器 为了提升数据查询效率，我们提供了智能SQL编辑器。它支持语法高亮和关键字自动提示，能显著减少SQL编写错误，让数据工程师和分析师的工作更加高效、准确。

  3. AI 数据分析 我们相信，每个人都应该能轻松利用数据。通过AI数据分析功能，您只需用自然语言描述查询需求，AI便能自动生成SQL语句，极大降低了数据分析的门槛。

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拥抱 UNS 带来的核心优势 ​

从传统的点对点集成，转向先进的 UNS 架构，将为您的企业带来不可估量的价值：

  • 极致简化的集成 打破数据孤岛，实现 IT 与 OT 系统的无缝对接。增加一台新设备或一套新系统，不再需要数周的定制开发，成本和时间都得到极大节约。

  • 驱动实时决策 基于 MQTT 的发布/订阅模式，保证了从数据产生到消费的毫秒级延迟。管理者和运营者可以基于最即时的数据做出最精准的决策。

  • 为 AI 时代做好准备 AI 算法的成功，依赖于高质量、大规模、带有丰富上下文信息的实时数据。UNS 架构恰好是为 AI 模型量身打造的“数据饲料管道”，能够源源不断地提供高质量数据流，加速预测性维护、智能排产、数字孪生等应用的落地。

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SparkplugB 介绍 ​

SparkplugB 是工业物联网（IIoT）领域的一种开放式通信协议规范，基于 MQTT 3.1.1 协议扩展，专为工业设备互联设计。它定义了设备与系统之间标准化的数据格式、主题命名规则和状态管理机制，解决工业场景中设备数据异构性、状态一致性等核心问题。

在 ECP 数据集成功能中，我们使用 SparkplugB 规范，其中 NeuronEX 北向使用 SparkplugB 插件进行数据上报，NeuronEX 作为 SparkplugB 的边缘节点。ECP 通过通配符 spBv1.0/# 订阅所有符合规范的数据，ECP 作为 SparkplugB 的应用节点。

SparkplugB 名词定义 ​

Edge Node（边缘节点） ​

Edge Node 是 SparkplugB 架构中的核心组件，代表一个物理或逻辑的边缘计算单元，负责连接和管理一组设备。

  • Group ID：边缘节点所属的组标识符

    • 用于对边缘节点进行逻辑分组，通常对应工厂的物理区域或功能区域
    • 例如：Factory_A、Production_Line_1、Warehouse_B
    • 在同一组内的所有边缘节点共享相同的 Group ID

  • Node ID：边缘节点的唯一标识符

    • 在同一个 Group ID 内必须唯一
    • 通常对应具体的物理设备或逻辑单元
    • 例如：PLC_001、Gateway_Station_1、Edge_Computer_A

主题命名规则 ​

SparkplugB 使用标准化的 MQTT 主题格式：

spBv1.0/{Group ID}/{Edge Node ID}/{Message Type}

示例主题：

  • spBv1.0/Factory_A/PLC_001/NBIRTH - 节点上线消息
  • spBv1.0/Factory_A/PLC_001/DDATA - 设备数据消息
  • spBv1.0/Production_Line_1/Gateway_Station_1/NDEATH - 节点下线消息

SparkplugB 核心特性 ​

  • 标准化数据模型： 定义设备数据的统一格式（如 Metric 结构体），包含数据类型、单位、时间戳等元数据，消除不同设备协议差异。

  • 状态管理： 通过 Birth（设备/节点上线）和 Death（下线）消息明确设备生命周期，确保系统实时感知设备状态。

  • 数据压缩与高效传输： 使用 Protobuf 编码压缩数据，减少网络带宽占用，适合低功耗工业设备。

  • 拓扑结构支持： 支持层级化设备模型（如 Edge Node → Device → Metric），天然适配工厂的物理拓扑

SparkplugB 典型消息类型 ​

  • NBIRTH（节点上线）、DBIRTH（设备上线）
  • NDATA（节点数据）、DDATA（设备数据）
  • NDEATH（节点下线）、DDEATH（设备下线）

NeuronEX 北向插件 SparkplugB 介绍 ​

NeuronEX 北向插件 SparkplugB 是一个标准的 SparkplugB 边缘节点，通过该节点可以连接到任意支持 SparkplugB 协议规范的 MQTT Broker，SparkplugB Application 应用可以订阅该节点上报的数据。

SparkplugB 插件使用 ​

在数据采集 -> 北向应用页面，点击添加应用，添加 SparkPlugB 插件。

配置驱动参数 ​

SparkplugB 是运行在 MQTT 之上的应用型协议，所以在 NeuronEX 中的设置与 MQTT 插件相似。

  • 以下参数中只有 组 ID 和 节点 ID 来源于 Sparkplug B 规范。
  • 组 Path 选项用于表示，是否将南向设备的组名称加入到 ECP 数据集成的树形结构。
  • 其余均为 MQTT Broker 的连接参数。
参数说明
客户端 IDMQTT 客户端 ID，连接的唯一标识
组 IDSparkplug B 协议中的最顶层逻辑分组，可以代表工厂或车间等实体
节点 IDSparkplug B 协议中的边缘节点唯一标识
组 Path是否将南向设备的组名称加入到 ECP 数据集成的树形结构，值为 true 时启用, 默认开启
离线缓存离线缓存开关。连接断开时缓存 MQTT 消息，连接重建时同步缓存的 MQTT 消息到服务器, 值为 true 时开启，默认关闭
缓存内存大小当 MQTT 连接异常时，最大的内存缓存大小（单位：MB）。应该小于缓存磁盘大小。
缓存磁盘大小当 MQTT 连接异常时，最大的磁盘缓存大小（单位：MB）。应该大于缓存内存大小。如果不为 0，缓存内存大小也应该不为 0。
缓存消息重传间隔缓存消息重传间隔（MS）,单位毫秒
服务器地址MQTT Broker 主机
服务器端口MQTT Broker 端口号
用户名连接到 Broker 时使用的用户名
密码连接到 Broker 时使用的密码
SSL是否启用 mqtt ssl，默认 false
CA 证书ca 文件，只在 ssl 值为 true 时启用
客户端证书cert 文件，只在 ssl 值为 true 时启用
客户端私钥key 文件，只在 ssl 值为 true 时启用
私钥密码key 文件密码，只有在 ssl 值为 true 时启用

订阅南向驱动数据 ​

采集点位是以组为单位进行数据上传的，订阅选择要上传的点位组。

点击 SparkPlugB 节点卡片，进入组列表页，点击 添加订阅 选择要订阅的点位组，订阅南向设备的点位组。完成订阅后，我们的北向 SparkPlugB 插件将开始接受南向数据。 SparkplugB 插件会将订阅的数据发送到 MQTT Broker 对应的主题。