探索IIoT世界MQTT通信协议与自然环境中的传感器分类与应用详解
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,并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ISO标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。MQTT协议轻量、简单、开放和易于实现,这些特点使它适用范围非常广泛。
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,IBM将其提交给OASIS规范委员会,随后在2014年成为正式的OASIS标准。
MQTT普及得益于其在工业领域广泛应用,特别是在对代码精简、高效并且网络流量受限环境中。其基本工作原理如下图所示: MQTT 客户端(包括发布者和订阅者)连接到 MQTT 代理。在这种拓扑结构中,即使发布者与订阅者的数量极大,它们也能够保持独立,不需要建立大量直接连接。这一机制减少了资源消耗,同时提高了系统性能。
主要特征
主题
每条消息都包含一个主题及其有效载荷以及头部信息。
主题可以有多个层级,如“home/sensor1/data/temperature”。
可以使用占位符来过滤或匹配复杂模式。
服务质量
QoS等级包括0(至多一次)、1(至少一次)和2(仅一次)。
QoS 2 提供高级别服务质量,但需要更多确认机制。
会话感知
保持连接消息以确认有效性的连续发送。
提供“遗嘱消息”,即客户端离线时通知其他客户端的情况。
持久会话
当代理与订阅者建立持久会话时,将存储未接收到的消息,以确保数据不丢失,在网络不稳定的情况下尤其有用。
实时性能
在无延迟的情况下,可以实现近乎实时响应,有助于快速处理大量数据。
适合那些需要即时反馈的情境,比如车辆控制系统或紧急医疗救援情况下的远程监控系统
安全性能
自初始化阶段起提供用户名密码身份验证。
从版本5开始引入额外安全机制,如质询响应认证,使得通信更加安全可靠
应用场景
车联网: 记录车辆运行状态;军事: 实施战术协调;工业设备网络: 监控生产线;无人机控制: 实现飞行任务管理
关于倍加福:
倍加福–未来自动化驱动力
成立于德国曼海姆,以持续创新技术研发为核心,为全球工厂自动化及过程行业客户提供丰富产品,并致力于传统应用领域及面向未来的创新发展方向。此外,该公司不断推进前瞻科技开发,为迎接即将到来的工业4.0时代挑战而铺平道路,是自动化行业的一名创新者与驱动者。