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Rilheva IIoT Plattform MQTT
Was ist eigentlich MQTT und warum wählt man es
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein schlankes und leistungsstarkes Kommunikationsprotokoll zur effizienten Verwaltung der Kommunikation zwischen Maschinen. Es ist im industriellen Umfeld weit verbreitet und entwickelt sich zu einem De-facto-Standard für das Industrial IoT.
Die Hauptmerkmale des MQTT-Protokolls sind: bandbreitenschonende Push-Kommunikation, die Einfachheit in der Implementierung und Nutzung von Clients, sowie die Vielseitigkeit in der Verwendung.
Diese Besonderheiten machen es für alle Fälle mit geringen Ressourcen (Speicher- und Rechenleistung) und Bandbreiten geeignet. Außerdem kann es die Kommunikation in Netzen bewältigen, die in Bezug auf die Verbindungsstabilität nicht ganz zuverlässig sind und daher häufigen Unterbrechungen unterliegen.
Die MQTT-Kommunikation ist bidirektional: Sie ermöglicht sowohl das Lesen von Felddaten als auch das Senden von Befehlen an MQTT-fähige Geräte
Das MQTT-Protokoll im Überblick
Wie funktioniert MQTT?
Das MQTT-Protokoll nimmt ein asynchrones Kommunikationsparadigma an, das auf Veröffentlichung und Abonnement (publish/subscribe) basiert. Wenn Knoten A mit Knoten B kommuniziert, ist dies nicht synchron wie ein Telefonat (d.h. ein sofortiger Austausch). Im Gegenteil: Im MQTT-Protokoll wird eine Nachricht von Knoten A veröffentlicht (publish) und wird – auch nach einiger Zeit – von Knoten B empfangen, der den Empfang abonniert hat (subscribe). Bei Verwendung des MQTT-Protokolls sind Nachrichtenerzeugung und -empfang entkoppelt, auch in zeitlicher Hinsicht. Es handelt sich also um eine ganz andere Betriebsart als andere Protokolle, wie z. B. das HTTP-Protokoll – das vom Web verwendet wird – das vom Typ Anfrage-Antwort ist. Der Nachrichtenaustausch des MQTT-Protokolls wird von einem Broker verwaltet, einem Server, der Nachrichten von Publishern empfängt und sie an Abonnenten zustellt. Der Broker liefert nur Nachrichten, die sich auf die ausgewählten Topics beziehen.
Topics sind Kategorien, in denen Nachrichten logisch gruppiert werden. Ein Topic könnte alle Daten einer bestimmten Umgebung oder Betriebsparameter einer bestimmten Anlage zusammenfassen. Ein Temperatursensor kann z.B. als Publisher betrachtet werden: Er stellt dem Broker Daten zur Verfügung, und zwar nur solche, die sich auf ein angefordertes Topic beziehen
Der Abonnent, z. B. ein Datensammler, verbindet sich mit dem Broker und filtert Themen von Interesse, darunter die Messwerte des Temperaturfühlers. Sobald der Broker eine Veröffentlichung zu einem Thema erhält, sendet er die entsprechende Nachricht an alle Abonnenten. In diesem Fall sendet der Broker nur die vom Temperaturfühler empfangenen Daten. Die Daten werden vom Publisher im Nachrichtentext (Payload) gesendet, indem ein zuvor zwischen Publisher und Subscriber festgelegtes Format verwendet wird, das normalerweise vom Anwendungstyp abhängt.
Häufig wird eine JSON-Struktur wie im folgenden Beispiel verwendet:
Eine weitere technisch relevante Eigenschaft betrifft die QoS: Für jede Client-Broker-Verbindung kann eine unterschiedliche Dienstqualität (QoS) eingestellt werden.
0 (höchstens einmal): Nachricht wird nur einmal gesendet, ohne Empfangsbestätigung.
1 (mindestens einmal): Nachricht wird mehrmals gesendet, bis eine Empfangsbestätigung erfolgt
2 (genau einmal): Nachricht wird nur einmal mit Empfangsbestätigung gesendet
PUBLISHER sendet (veröffentlich) eine Nachricht zu einem TOPIC
SUBSCRIBER ist ein Konsument, der auf Nachrichten wartet (abonniert), die für ein bestimmtes TOPIC veröffentlicht werden
BROKER (Nachrichtensortierserver) verwaltet den Abgleich zwischen SUBSCRIBER und PUBLISHER und den damit verbundenen Nachrichtenversand
Kurz gesagt: Um eine MQTT-basierte IoT-Lösung einzurichten, benötigen Sie Folgendes:
- Einen Broker, der zu Ihrer Verbindung passen kann (also ein internetfähiger Server)
- Ein IoT-Gateway mit integriertem MQTT-Client
- Ein IoT-Gateway, das sicher mit dem Broker verbunden ist und über die entsprechenden Authentifizierungsdaten und -verfahren verfügt
- Das IoT-Gateway veröffentlicht die Topic Daten, indem es eine Nutzlast sendet, die von dem Gerät, das für den Empfang zuständig ist, verarbeitet werden.
- Jeden möglichen Befehl, der durch das Abonnieren eines anderen spezifischen Topics empfangen wird
- Eine IoT-Plattform zum Speichern, Verarbeiten und Veröffentlichen der vom Gateway bereitgestellten Daten
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