触发IIoT革命解密MQTT协议与传感器的原理与作用

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。这种协议因其轻量级、高效且易于实现而广受欢迎。

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解决方案技术之一，它已经证明了自己在工业领域广泛应用中的价值。在对代码精简、开销减少以及对网络流量受限环境有所优势的情况下，其使用范围极其广泛。此外，由于其基本工作原理，如图所示，它还能够优雅地处理大量客户端连接，这使得它非常适合需要高吞吐量、大规模分布式系统的情境。

MQTT主要特点

1：主题

每条消息都包含一个主题、一段有效载荷以及头部信息。主题是代理用来过滤消息并确定哪些客户端应该接收到这些消息。这意味着，无论你是否感兴趣，可以选择只关注你想要监听的话题层次或更具体细节。

2：服务质量

通过服务质量等级保证了信息传输过程中的可靠度，有三种服务质量等级供用户选择：QoS 0（至多一次）、QoS 1（至少一次）及QoS 2（仅一次）。

3：会话感知

为了保持稳定的连接状态， MQTT 提供了一系列机制，比如发送“遗嘱”信息给其他成员，以确保即使当某一参与者离线时也能通知群体。

4：持久会话

这个功能允许代理存储发往订阅者的所有未确认消息，从而对于可能会突然断开联系的情况提供了保障。

关于实时性能：

尽管设计上以简单快捷著称，但 MQTT 实际上可以实现几乎实时响应，因为发布者与代理间无延迟，而订阅者与代理保持活跃连接。当数据处理速度要求极高时，这样的低延迟能力变得尤为重要。

安全性的提升：

为了保护敏感数据不被未授权访问，在身份验证阶段就引入了用户名密码认证机制。此外从版本5开始，更进一步地引入了令牌传输和质询响应认证等额外安全措施，使得整个通信过程更加牢固防护。

应用场景：

由于其简洁且紧凑特点，使得 MQTT 在多个行业中显示出卓越表现，不论是在收集来自众多传感器的大量数据还是向相同类型的大批数量发送指令，或是在资源有限但需求巨大的环境中，都能充分发挥作用。而车联网军事控制系统无人机管理及工业设备网络则特别值得一提，因它们都是典型例子展示着MQTT强大适应力的地方。

关于倍加福：

倍加福作为德国曼海姆的一个创新驱动企业，它致力于提供丰富产品满足全球自动化市场，为既有产业基础又要面向未来挑战的人员提供最完善解决方案。一路走来，他们不断研发新技术，以促进行业发展并准备好迎接即将到来的工业4.0时代挑战。