Lean IoT протокол Как работи MQTT; Комуникация; Electronicsnet

08 декември 2017 г., 13:53 | От Доминик Обермайер

протокол

Лекият IoT протокол MQTT играе централна роля в мрежата на IoT устройства. Стотици хиляди устройства могат да бъдат свързани в мрежа с прости основни принципи.

Мрежата на стотици, хиляди или дори стотици хиляди устройства е централно предизвикателство на много проекти за Интернет на нещата. С това мащабиране конвенционалните софтуерни архитектури клиент-сървър и комуникационни протоколи от страна на сървъра често достигат своите граници. От страна на клиента, от друга страна, често се очаква лошо качество на връзката, особено когато данните се предават чрез клетъчна мрежа.

Стандартизираният и отворен IoT протокол MQTT се превърна в един от най-популярните стандарти за мрежови устройства в Интернет на нещата, тъй като протоколът дава отговори на теми като мащабиране, надеждно предаване на данни чрез ненадеждни комуникационни канали и стандартизирани мерки за сигурност. MQTT е така нареченият протокол за съобщения, така че предлага комуникация, насочена към съобщенията. Поради своята тънкост и простота, той се използва в много проекти, в които други протоколи като OPC UA са твърде тежки, предлагат твърде много ненужни функции или са твърде сложни за конкретното приложение.

След като е патентована

MQTT е разработен от IBM и Arcom през 1999 г. за свързване на нефтопроводи чрез сателитни връзки. Целта беше да се създаде протокол, който е възможно най-ефективен от честотната лента и спестяващ батерията. Самият протокол е патентован в продължение на години и се използва в много SCADA сценарии. През 2010 г. IBM пусна спецификацията MQTT 3.1 без лиценз, което доведе до много собствени и безплатни софтуерни продукти както за сървъра, така и за клиента. През 2013 г. започна официална стандартизация на MQTT - т.е. с компании като IBM, Cisco, Software AG и dc-square. MQTT вече е ISO стандарт (ISO/IEC 20922: 2016) и OASIS стандарт и следователно е открито и свободно достъпен.

Причините за популярността на MQTT като комуникационен протокол за днешните предизвикателства в Интернет на нещата се крият в редица свойства на протокола:

  • Простота на протокола
  • Ефективност на честотната лента
  • Мащабируемост до милиони мрежови устройства
  • Протоколът е стандартизиран и 100% отворен
  • Комуникацията се ръководи от събития
  • MQTT е агностичен за данни и двоичен

Благодарение на своите свойства, MQTT се използва в много индустрии по света в голямо разнообразие от приложения: от свързани автомобили до военни приложения, мрежи на индустриални устройства, за контрол
от дронове до простия обмен на данни от мобилни устройства и компютри. Повечето случаи на употреба имат общо, че се използва интернет връзка (най-вече чрез клетъчна мрежа) и ниските латентности са елементарни дори при ниска честотна лента.

MQTT не описва никакви данни семантично (като OPC UA) и е чист протокол за пренос на данни. Той следва UNIX принципа „направи едно нещо и го направи добре“ и следователно може да се използва изключително гъвкаво, тъй като „само“ дефинира транспортния слой на приложението. Ето защо се използва по-рядко в типичните приложения на Industry 4.0, тъй като тук често се изисква семантичен слой и често няма комуникация през Интернет.

Фигура 1. В модела на слоя OSI MQTT се намира на ниво приложение. В Layer 4 той абсолютно изисква TCP, защото работи ориентиран към връзката.