揭秘MQTT通信协议解锁IIoT潜力探索传感器的多样魅力

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一直存在。在2013年，由IBM提交给OASIS规范委员会，在2014年成为正式OASIS标准，这一认可使得该技术更加普及。

MQTT在工业领域广泛应用尤其是在对代码精简、开销减少以及网络流量受限环境中取得了显著成就，其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，其中一些客户端通过订阅特定主题发送数据，而代理则负责将这些信息从一端传输到另一端，无需建立大量连接。这一拓扑结构最大的优势在于解耦了发布者与订阅者的关系，使得它们可以独立运行而无需直接相互联系。

MQTT主要特点

主题

每条消息都包含一个主题，它定义了代理过滤消息并由订阅者依据此进行选择的一组规则。此外，还有层级结构，如“home/sensor1/data/temperature”，每个层级用斜杠分隔，而且区分大小写，同时还允许使用占位符以表示单或多层次，如“home/+/data/temperature”。

服务质量

为了保证数据传输过程中的可靠性，MQTT采用服务质量等级，即QoS等级包括0（至多一次）、1（至少一次）和2（仅一次），其中QoS 2提供最高水平，但需要更多确认机制来确保实现这一目标。

会话感知

为了保持稳定的连接状态，不同机制被用来维持代理与客户端之间连续性的沟通，一方面是通过定期发送保持连接消息来确认有效性的持续交流；另一方面，当客户端初始化时，可指定遗嘱信息，以便在离线时通知其他客户端。

持久会话

当创建持久会话时，对方存储已发出的信息直到接收方准备好接收，这对于不稳定的网络环境特别有益，从而确保了信息流畅传递。

关于实时性能：

尽管理论上近乎实时响应能力，但实际应用中可能受到延迟因素影响，比如服务器处理时间或网络延迟造成影响。此外，该性能还取决于是否保持活跃链接以及是否优化配置。

安全考虑：

自从初始阶段开始就提供身份验证功能，并且自版本5起引入了一系列新安全措施，如令牌密码字段，以及质询响应认证，以增强通信安全度。

适用场景：

由于其简单、高效且资源占用的低要求，使得 MQTT非常适合那些需要快速集成与高效运作的地方，无论是从多个传感器获取数据还是向大量同类设备发送指令，或是在极致节能需求的情况下，都能够发挥出色。在车联网、军事行业、小型飞行器控制等众多领域都有着广泛应用展示其强大的适应力与实用价值。

关于倍加福：

倍加福以德国曼海姆为总部，是全球工厂自动化和过程行业产品供应商之一，他们致力于推进创新技术，为未来的工业挑战铺平道路。

完善解决方案就是我们的目标！