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MQTT (Message Queue Telemetry Transport)

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Quelle: Publish/Subscribe-Architektur von MQTT. © HiveMQ.com

Message Queue Telemetry Transport (MQTT) ist ein offenes Nachrichten-Protokoll für Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M), das die Übertragung von Messdaten-Daten in Form von Nachrichten zwischen Geräten ermöglicht, trotz hoher Verzögerungen oder beschränkten Netzwerken. Entsprechende Geräte reichen von Sensoren und Aktoren, Mobiltelefonen, Eingebetteten Systemen in Fahrzeugen oder Laptops bis zu voll entwickelten Rechnern. MQTT basiert auf TCP-Sockets.

MQTT implementiert das Publish/Subscribe-Pattern. Es ersetzt die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen durch einen zentralen Server (Broker), zu dem sich Datenproduzenten und -nutzer gleichermaßen verbinden können. Das Senden (publish) und Empfangen (subscribe) von Nachrichten funktioniert über sogenannte Topics. Ein Topic ist ein String, der eine Art Betreff der Nachricht darstellt, aber ähnlich einer Web Adresse aufgebaut ist.

Im obigen Beispiel funktioniert die komplette Kommunikation rein über Topics, und der Sensor (links) und die Endgeräte (rechts) wissen nichts über die Existenz des jeweils anderen.

Beispiel Topics

Zuhause/Wohnzimmer/Temperatur
Zuhause/Wohnzimmer/Luftfeuchtigkeit
Zuhause/Schlafzimmer/Temperatur
Zuhause/Schlafzimmer/Luftfeuchtigkeit

Topics haben noch ein weiteres wichtiges Konzept - Wildcards. In oben stehenden Codebeispiel sind vier Topics aufgelistet, und je ein Sensor sendet eine neue Nachricht auf den jeweiligen Topic, sobald sich ein Wert geändert hat. Man kann nun je nach Anwendungsfall Wildcards benutzen, um mehrere Topics zu abonnieren.

Beispiel Wildcards

Zuhause/+/Temperatur
Zuhause/Wohnzimmer/#
#

Oben sind alle möglichen Wildcard-Operatoren aufgelistet. Im ersten Fall bekommt die mobile Anwendung nur alle Nachrichten über neue Temperaturwerte, im zweiten Fall nur alle Werte aus dem Wohnzimmer und im dritten Fall alle Werte. Dabei lässt sich der +-Operator immer nur für eine Hierarchiestufe einsetzen und der #-Operator für beliebig viele Hierarchiestufen mit der Bedingung, dass dieser am Ende stehen muss.

Mechanismen zur Qualitätskontrolle

Ein weiteres wichtiges Konzept sind die drei Servicequalitäten bei der Datenübertragung 0, 1 und 2. Die Zusicherung variiert von keiner Garantie (Level 0) über die, dass die Nachricht mindestens einmal ankommt (Level 1), bis hin zur Garantie, dass die Nachricht genau einmal ankommt (Level 2).

MQTT Publish Beispiel

Mittels Publish (unten) kann eine Meldung zum MQTT Broker bzw. Topic gesendet werden.

Ein anderes Board oder der Mosquitto Client mosquitto_sub kann dieses Topic Abonnieren (subscribe).

Client

Mittels der Client Utilities von Mosquitto können Werte abgefragt oder gesendet werden.

Beispiel: Abfragen der Werte von Temperatur und Luftfeuchtigkeit (Ausgabe: I2C Id, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Motorlaufgeschwindigkeit)

mosquitto_sub -h broker.hivemq.com -t iotkit/sensor/#
0xBC,22.90,36.9,low
0xBC,28.00,36.7,middle
0xBC,32.90,36.7,high

Beispiel: Abfragen ob jemand einen Magneten an den Hall Sensor gehalten hat

mosquitto_sub -h broker.hivemq.com -t iotkit/alert/#

Sollte der Server nicht Antworten ist der MQTT Broker zu wechseln (Eintrag hostname in MQTTPublish/src/main.cpp).

Eine Liste von Öffentlichen MQTT gibt es hier.

Beispiel(e)

Das Beispiel MQTTPublish sendet Sensordaten an einen MQTT Broker.

Ein weiteres Beispiel ist MQTT on os.mbed.org.

Compilieren

Umgebung/Board Link/Befehl
Online Compiler MQTTPublish
CLI (IoTKit K64F) mbed compile -m K64F --source . --source ../IoTKitV3/mqtt/MQTTPublish;
cp BUILD/K64F/GCC_ARM/template.bin $DAPLINK
CLI (DISCO_L475VG_IOT01A) mbed compile -m DISCO_L475VG_IOT01A -f --source . --source ../IoTKitV3/mqtt/MQTTPublish
CLI (nucleo_f303re) mbed compile -m nucleo_f303re -f --source . --source ../IoTKitV3/mqtt/MQTTPublish

Links