探索MQTT通信协议：智慧工业的桥梁与 MQTT在IIoT中的应用

随着工业4.0、物联网（IIoT）和智能工厂等前沿概念的兴起，我们正步入一个全新的自动化时代。在这个新世界里，设备之间将实现无缝连接，每个节点都将成为数据交换的关键枢纽。为了构建这一智能网络，设备必须具备IIoT的核心特性：标准化、可扩展性以及IT和OT系统的兼容性，以及互操作性。确保通信安全同样是至关重要。

倍加福支持包括MQTT、OPC UA、AMQP和REST API这四种基于TCP协议。本文我们将深入探讨MQTT通信协议及其在智能网络中的强大作用，以及它适用于哪些不同场景。

什么是MQTT？

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，它以ISO标准(ISO/IEC PRF 20922)之名诞生于1999年。自此后，它因其轻量级、高效以及对代码精简、开销减少并适应于网络流量受限环境的一系列优点而得到了广泛应用。

从石油管道带宽监控到电池能效管理，MQTT作为技术解决方案得到了不断发展。在2013年IBM提交给OASIS规范委员会，并在2014年成为了正式的OASIS标准，这一推动使得其在全球范围内得到更广泛地接受。

通过图示展示了基本工作原理：客户端（包括发布者和订阅者）连接到代理服务器。一旦某个客户端选择订阅一个主题，比如温度值，那么当该主题上的任何数据更新时，该代理会向所有订阅该主题的客户端发送更新信息。这一结构的一个显著优势就在于它解除了发布者与订阅者的耦合关系，只要代理保持连接，就可以无需大量重复建立单独链接来进行数据传输。

主要特点

主题

每条消息都包含一个或多个层级别且使用斜杠“/”分隔，如“home/sensor1/data/temperature”。这些层级不区分大小写，而且可以包含占位符，如“+”表示单个层级或者使用“#”表示多层级占位符。

服务质量(QoS)

通过QoS等级提供可靠性的保证，即0(至多一次)、1(至少一次)及2(仅一次)，其中QoS 2提供高服务质量，但需要更多确认机制。

会话感知

保持活跃状态以确保稳定连结。此外，当客户端离线时，可配置遗嘱消息(Last Will and Testament, LWT)通知其他客户端。

持久会话

存储未被接收到的信息直到相关方准备好处理，以便于不可预知的情况下确保信息完整传递。

实时性能：

尽管以轻量为主，但理论上能够实现近乎实时响应，在满足快速数据处理需求方面表现出色尤其是在持续活跃连接情况下。

安全措施：

自初始化阶段起就提供用户名密码身份验证，并引入令牌传输及质询响应认证等额外机制增强安全性，从而保护敏感信息不受威胁。

应用场景：

由于简单紧凑且适用于资源有限环境，MQTT广泛应用于车联网军事工业设备网络无人机控制等领域展现出其卓越适用性和实用价值，无论是收集来自众多传感器或向数量众多相同类型传感器发送指令，还是面对低功耗内存需求严苛条件下的任务，都能发挥极大的效果。

关于倍加福：

作为德国曼海姆总部所在地的一家创新公司，不断研发新技术，为全球工厂自动化及过程行业提供丰富产品，将致力于既有也未来的自动化挑战中铺平道路，与大家共同迎接即将到来的工业4.0时代。