如何利用传感器的多样性解锁IIoT潜力探索MQTT通信协议的奥秘

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  • 2025年02月05日
  • 在工业4.0、物联网(IIoT)和智能工厂的驱动下,我们正迈向一个全新的自动化时代。设备将通过标准化、可扩展性和IT/OT系统兼容性构建智能网络,确保通信安全是至关重要的。 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。本文将探讨MQTT通信协议,它如何为智能网络提供强大支持,以及适用于哪些不同应用场景。 什么是MQTT? 它如何工作?

如何利用传感器的多样性解锁IIoT潜力探索MQTT通信协议的奥秘

在工业4.0、物联网(IIoT)和智能工厂的驱动下,我们正迈向一个全新的自动化时代。设备将通过标准化、可扩展性和IT/OT系统兼容性构建智能网络,确保通信安全是至关重要的。

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。本文将探讨MQTT通信协议,它如何为智能网络提供强大支持,以及适用于哪些不同应用场景。

什么是MQTT?

它如何工作?

消息队列遥测传输(MQTT),作为ISO标准(ISO/IEC PRF 20922),是一个基于发布/订阅范式的消息协议。由于其轻量级、高效且易于实现,MQTT广泛应用于对代码精简和网络流量受限环境中。

自1999年诞生以来,MQTT最初解决石油管道带宽和电池能效监控问题。在2013年被IBM提交给OASIS规范委员会,并在2014年成为正式OASIS标准。它以其在工业领域广泛应用而流行起来,尤其是在对资源有限的情况下。

MQTT客户端通过订阅特定主题并向代理发送数据,然后代理将此消息发送到所有订阅者。这一拓扑结构使得发布者与订阅者的解耦更加明显,同时减少了大量连接建立。

主体

主题是 MQTT 协议中的基础元素,每条消息都包含一个主题、一段有效载荷以及头部信息。主题可以有多个层级,如“home/sensor1/data/temperature”,每个层级用斜杠分隔,并区分大小写。此外,还可以使用占位符来表示单或多个层级,如“home/sensor1/#”。

服务质量

为了保证消息传输的可靠性, MQTT 使用服务质量等级:QoS 0(至多一次)、QoS 1(至少一次)和 QoS 2(仅一次)。其中 QoS 2 提供更高水平的服务质量,但需要更多确认机制进行实施。

会话感知

为了保持连接稳定, MQTT 提供了保持连接消息机制,以及遗嘱消息功能,以便当客户端离线时通知其他客户端。此外,当建立持久会话时,代理会存储未送达的消息直到接收方准备好接收,这对于不稳定的网络环境尤为重要。

实时性能

理论上,在没有延迟的情况下,即使发布者与代理之间无延迟,而订阅者与代理保持活跃连接状态下的 MQQQT 可以实现近乎实时响应,从而满足快速数据处理需求。

安全性

从连入初始化阶段起,MQTT 就提供用户名密码身份验证机制。而从 MQTT5 开始,可以使用密码字段进行令牌传输,并引入额外安全机制,如质询响应认证,以增强通信安全性。

适用场景

由于其简单、高效特点,MQTT 适用于需要紧凑解决方案的地方,无论是在收集来自多个传感器数据还是向大量同类型传感器发送信息,或是在低功耗内存需求极低的情形中,都能发挥作用。例如,在车联网、军事领域以及工业设备网络及无人机控制等多个领域都有着广泛应用展示了其强大的适应力及实用性。

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