MQTT verstehen:Wie das Lightweight IoT Messaging Protocol funktioniert

In der IoT-Welt wird die Fähigkeit eines Sensors, Daten an ein Remote-Gerät zu senden, oft durch MQTT unterstützt – ein leichtes Publish/Subscribe-Protokoll mit geringer Bandbreite. Wenn Sie mit der Terminologie von Herausgebern, Abonnenten oder Brokern nicht vertraut sind, erfahren Sie in diesem Leitfaden, wie Nachrichten übertragen werden, warum MQTT effizient ist und wie Sie in Echtzeit damit experimentieren können.

Was ist MQTT?

MQTT oder Message Queuing Telemetry Transport ist ein Regelwerk, das es Geräten ermöglicht, Informationen über das Internet oder ein lokales Netzwerk auszutauschen. MQTT wurde für Umgebungen mit geringem Stromverbrauch und begrenzter Bandbreite entwickelt und verwendet winzige Nachrichten und einen ereignisgesteuerten Ansatz, bei dem Daten nur dann übertragen werden, wenn ein Gerät neue Informationen teilen oder empfangen muss.

Jedes Gerät kann als Herausgeber fungieren (sendet Daten) und einen Abonnenten (Daten empfangen). Im Gegensatz zu vielen Protokollen leitet MQTT Nachrichten nicht direkt zwischen Geräten weiter; Stattdessen läuft die gesamte Kommunikation über eine zentrale Instanz, die als Broker bekannt ist .

MQTT-Broker und -Kunden

Kunden – unabhängig davon, ob sie veröffentlichen, abonnieren oder beides – kommunizieren ausschließlich mit dem Broker. Stellen Sie sich den Makler wie einen Zollbeamten an einer Grenze vor:Er nimmt jedes eingehende Paket entgegen und leitet es zum richtigen Bestimmungsort. Diese Entkopplung hält das Netzwerk skalierbar und vereinfacht das Gerätedesign.

Zu den beliebten Brokern gehören:

• Mücke – ein kostenloser Open-Source-Broker, der lokal unter Windows, Linux oder macOS ausgeführt wird.
• EMQX – ein Open-Source-Broker mit erweiterten Clustering-Funktionen.
• Gehostete Optionen wie HiveMQ Cloud und CloudMQTT Bereitstellung verwalteter, cloudbasierter Broker.

Wie MQTT funktioniert

Der Broker ist das Herzstück jeder MQTT-Operation. Herausgeber senden Nachrichten zu einem bestimmten Thema an den Broker . Themen sind hierarchische Zeichenfolgen, die durch Schrägstriche getrennt sind (z. B. factory/line1/temperature). ). Nur Clients, die dieses Thema abonnieren, erhalten die Nachricht.

Dieses themenbasierte Routing bedeutet:

• Ein Herausgeber kann eine einzelne Nachricht ohne Duplizierung an mehrere Abonnenten senden.
• Abonnenten können mehrere Themen von verschiedenen Verlagen gleichzeitig anhören.
• Abgemeldete Clients erhalten niemals irrelevante Daten, wodurch Bandbreite gespart wird.

Anschauliches Beispiel

Stellen Sie sich eine Fabrikhalle mit einem Temperatur- und einem Drucksensor vor. Beide Sensoren veröffentlichen zu unterschiedlichen Themen:

• Temperaturthema:factory/line1/temperature – Nutzlast:25.3 °C
• Druckthema:factory/line1/pressure – Nutzlast:18.7 psi

Abonnent1, der nur an der Temperatur interessiert ist, erhält die erste Nutzlast. Teilnehmer2, der sich auf Druck konzentriert, erhält den zweiten. Der Broker übernimmt das Routing automatisch.

Typischer Veröffentlichungsbefehl

Auf einem lokalen Mosquitto-Broker können Sie eine Nachricht über die Befehlszeile veröffentlichen:

mosquitto_pub -h localhost -t retain/topic -m "Take a hike"

Hier:

• -h localhost – die Adresse des Maklers.
• -t retain/topic – der Themenname.
• -m "Take a hike" – die Nutzlast, die jeder abonnierte Client erhält.

Grafische Clients wie MQTT Explorer und MQTTX Bieten Sie benutzerfreundliche Schnittstellen zum Veröffentlichen und Abonnieren, sodass das Experimentieren auch für Anfänger unkompliziert ist.

Zusammenfassung

Das Publish/Subscribe-Modell von MQTT, das von Brokern und Themen unterstützt wird, bietet eine einfache, effiziente und skalierbare Möglichkeit für die Kommunikation von IoT-Geräten. Die Beherrschung dieser Kernkonzepte eröffnet leistungsstarke Anwendungen in der Fertigung, im Smart Home und darüber hinaus.