社会应用解锁IIoT潜力详细介绍MQTT通信协议与传感器技术

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，设备必需具备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)是一个ISO标准下的基于发布/订阅范式的消息协议。它轻量级、简单、高效且易于实现，这些特点使其适用范围非常广泛。

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技术解决方案而存在。在2013年，由IBM提交给OASIS规范委员会，在2014年成为正式OASIS标准。这得益于其在工业领域广泛应用，特别是在对代码精简、开销减少并在网络流量受限环境中使用时。

MQTT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。一旦建立了这种拓扑结构，即发布者与订阅者的解耦就显著提高了效率，因为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主要特性：

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。每个层级用斜杠“/”分隔，其中可以有占位符，如“+”表示单个层级或“#”表示多层级。

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）及2（仅一次），其中 QoS 2 提供高服务质量，但需要更多确认措施。

3：会话感知

提供多种机制来保持代理与发布者/订阅者间稳定的连接，如定期发送保持连接消息或遗嘱消息。

4：持久会话

当代理与订阅者间建立持久会话时，它们会存储直到准备好接收，此特性对于不稳定网络尤其有用，以保证消息可靠传递。

关于实时性能：

虽然理论上近乎实时，但实际情况可能因延迟因素而影响响应速度。此外，对于频繁变化的小批量数据处理，不太适合使用MQTT，而更倾向于其他更快捷且低延迟的一般目的设计如HTTP或CoAP等进行处理。

关于安全性能：

自初始化阶段起提供用户名密码身份验证机制，同时引入令牌传输及质询响应认证增强安全性能，从而保护通信免受未授权访问威胁。

最后，我们探讨了 MQTT 在车联网军事以及无人机控制等领域广泛应用的情况，并指出尽管有一些局限，比如不能像HTTP那样快速地执行请求，但是因为其简单、高效以及资源消耗低，所以仍然被许多行业采用作为了 解决方案之一。