揭秘传感器之力MQTT协议解析开启IIoT新篇章

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

1：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部分基础元素。此外，还有多层次结构，如“home/sensor1/identification”，每个层级用斜杠分隔，而且区分大小写；还可以使用占位符如“+”或“#”来表示单个或多个层级，以便更灵活地控制信息流动。

2：服务质量

为了保证消息传递过程中的可靠性，MQTT提供了服务质量等级，从最低QoS0（至多一次）到最高QoS2（仅一次），其中QoS 2需要更多确认措施以确保高水平服务质量。

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，比如定期发送保持连接信号，并允许客户端设置遗嘱消息，以便当离线时通知其他客户端。此外，当创建持久会话时，可以存储未被接收到的数据直到对方准备好接受，这对于不稳定的网络环境尤为重要，为数据传输提供了一致性的保障。

4：实时性能

由于其轻量级设计使得 MQTT 在物联网通信领域表现出色的实时性能。当没有延迟并保持活跃链接的情况下，该协议理论上能够实现几乎即时响应满足快速处理需求的情景。

5：安全性

从初始连接开始，即身份验证阶段使用用户名密码保护数据安全；自版本5起，更进一步引入令牌传输功能，以及质询响应认证等额外安全机制增强通信安全度。

6：适用场景：

收集来自众多传感器的大量数据;

向大量同类型传感器发送指令;

在资源有限但功耗要求极低的情况下的环境;

这六种应用场景均展示了 MQTT 的强大适应力和实用价值，它已经被成功应用于车联网、军事装备管理、大型工业设备集成以及无人驾驶飞行器控制等众多行业，为他们带来了巨大的价值提升。

关于倍加福：

倍加福作为德国曼海姆总部设立的一个公司，是全球工厂自动化与过程行业供应商，他们持续研发创新技术，不断推进面向未来的自动化解决方案，为迎接即将到来的工业4.0挑战做好了充分准备。

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