触发IIoT革命MQTT通信协议解析与传感器应用实践

  • 科研动态
  • 2025年02月11日
  • 在工业4.0、物联网(IIoT)、智能工厂和智能设备等前沿概念的推动下,我们正迈向一个全新的自动化未来。设备之间将互联互通,每个节点相互连接,交换数据。为构建智能网络,设备必具备IIoT的关键特性:标准化、可扩展性、与IT和OT系统的兼容性,以及互操作性。同时,确保通信的安全性也是至关重要的。 倍加福支持包括MQTT、OPC UA、AMQP和REST API的四种基于TCP的通信协议。本期内容中

触发IIoT革命MQTT通信协议解析与传感器应用实践

在工业4.0、物联网(IIoT)、智能工厂和智能设备等前沿概念的推动下,我们正迈向一个全新的自动化未来。设备之间将互联互通,每个节点相互连接,交换数据。为构建智能网络,设备必具备IIoT的关键特性:标准化、可扩展性、与IT和OT系统的兼容性,以及互操作性。同时,确保通信的安全性也是至关重要的。

倍加福支持包括MQTT、OPC UA、AMQP和REST API的四种基于TCP的通信协议。本期内容中,我们将首先探索MQTT通信协议,了解它是如何为智能网络提供强大支持,适用于哪些不同应用场景。

什么是MQTT?

它如何工作?

MQTT(消息队列遥测传输)是一种基于发布/订阅范式的消息协议,它轻量级、高效且易于实现,这些特点使其适用范围非常广泛。

自1999年诞生以来,MQTT作为石油管道带宽和电池能效监控问题的技术解决方案。2013年,由IBM提交给OASIS规范委员会,并在2014年成为正式OASIS标准。

MQTT在工业领域得到了广泛应用,无论是在对代码精简、高效利用资源或在网络流量受限的情况下,都能够发挥出色的性能。

MQTT 的基本工作原理如下图所示:客户端(包括发布者和订阅者)通过代理进行连接。一旦建立连接,一些客户端可以通过订阅特定主题来接收数据,而其他客户端则可以发送数据到代理。这一拓扑结构允许发布者与订阅者的解耦,使得代理只需要负责信息从一方传递到另一方,不需要建立大量直接连接。

MQTT 主要特性:

主题

主题是 MQTT 协议中的一个基础元素,每条消息都包含一个主题及其有效载荷以及头部信息。在这个层级结构中,可以使用斜杠“/”分隔各个层级,并且有占位符功能,如“+”表示单个层级,“#”表示多层级。

服务质量

为了保证消息传输的一致性,QoS 等级被定义为0(至多一次)、1(至少一次)和2(仅一次),其中QoS 2 提供了更高水平服务质量,但也要求更多确认机制来确保正确传送。

会话感知

为了保持稳定的连线,与代理及其他用户间存在会话感知机制,当初次链接时提供遗嘱信息,以便通知其他用户当前用户已离线。

当保持持久会话时,即使网络环境不稳定,也能确保消息被存储并及时发送给相关用户。

实时性的考量

尽管以其轻量质而闻名,但 MQTT 在实时响应方面表现出色,在没有延迟情况下理论上可以实现近乎实时响应,为快速处理数据需求提供了足够条件。

安全性的增强

从初始阶段起就提供用户名密码认证机制,同时自版本5开始引入令牌传输等额外安全措施,使得整个通信过程更加牢固可靠。此外,还有质询响应认证等进一步提升安全性的措施,被集成进去以防御潜在威胁.

适用场景概述

由于其简单紧凑设计,让它变得特别合适于那些必须管理资源有限或低功耗环境下的解决方案。不论是来自众多传感器收集数据还是向同类型许多设备发送指令,或是在车联网军事工业控制无人飞行器控制等领域 MQQQ 都能展现其独到的优势,是一种极富适应力的解决方案

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