触发IIoT革命MQTT通信协议解密与传感器应用实例

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)是一种ISO标准（ISO/IEC PRF 20922）下基于发布/订阅范式的消息协议。由于其轻量级、高效率以及对代码精简和网络流量受限环境下的适应能力，使得MQTT成为一种广泛应用于工业领域尤其是在石油管道带宽监控及电池能效监控问题技术解决方案中的选择。

自1999年诞生以来，随着IBM在2013年提交给OASIS规范委员会并在2014年成为了正式OASIS标准后，其在行业中的普及程度不断提高。

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。一旦建立了这样的拓扑结构，就可以实现发布者与订阅者的解耦，这样代理只负责将数据从一端传输到另一端，无需在它们之间建立大量连接。

MQTT 主要特点

1：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和有效载荷，以及头部信息。在实际应用中，可以使用多层级或占位符来灵活管理信息流动，以便更好地控制数据传递过程。

2：服务质量

通过服务质量等级来确保消息可靠传输。QoS 等级包括0（至多一次）、1（至少一次）和2（仅一次），其中 QoS 2 提供高服务质量，但需要更多确认机制以保证信息不丢失或重复发送。

3：会话感知

为了保持稳定的连接，提供了一系列机制，如定期发送保持连接消息，并允许客户端设置“遗嘱”以确保即使客户端离线也能通知其他相关方。

4：持久会话

当代理与订阅者之间建立持久会话时，它们能够存储未被接收到的消息直到接收方准备好处理，从而保障了即使在网络条件不佳的情况下，也能够保持数据完整性的传递过程。

关于实时性能：

尽管具有轻量级设计，但 MQTT 在物联网领域展示出杰出的实时性能。当发布者与代理间无延迟且订阅者持续保持活跃连接状态时，即使理论上可以实现近乎实时响应，但实际情况可能受到具体环境因素影响而有所差异。此外，在快速数据处理需求较高的情况下，可以通过优化策略进一步提升实时性能表现。

关于安全措施：

从初始阶段开始,MQTT就提供用户名密码身份验证机制，同时引入了如质询响应认证等额外安全功能增强通信安全度。在版本5之后，更进一步引入令牌传输机制，以提高隐私保护水平。

MQTT 适用场景：

其适用范围极为广泛，不论是在从多个传感器收集大量数据还是向大量同类型设备发信，或是在低功耗内存需求严格限制的情况下，都能充分发挥其优势。这一点体现在车联网军事应用、工业设备网络以及无人机控制等众多领域，对于这些行业来说Mqtt是一个完美选择，因为它既简单又紧凑，为他们节省资源同时满足需求。

关于倍加福：

倍加福作为德国曼海姆总部设立的一家公司，是创新技术研发的大力推动者，他们致力于丰富产品范围并面向未来的自动化行业发展，同时也积极参与未来挑战准备，如工业4.0革命。

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