传感器技术及应用之解MQTT通信协议之秘IIoT潜力深度探究数据交换之双刃剑

在工业4.0、物联网（IIoT）和智能工厂的引领下，我们正在迈向一个全新的自动化时代。设备间将实现无缝连接，每个节点都会相互通信，交换数据。为了构建智能网络，设备必须具备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。此外，确保通信安全也是至关重要的。

倍加福支持包括MQTT、OPC UA、AMQP和REST API等四种基于TCP的通信协议。本文中，我们将首先探讨MQTT通信协议，并了解它如何为智能网络提供强大支持以及适用于哪些不同应用场景。

什么是MQTT？

它是如何工作？

MQTT（消息队列遥测传输）是一个基于发布/订阅范式的消息协议，它具有轻量级、高效且易于实现的特点，这使得它适用于广泛范围的情景。

自1999年诞生以来，MQTT最初被用作石油管道带宽监控技术解决方案。在2013年，由IBM提交给OASIS规范委员会，在2014年成为正式的OASIS标准。

MQTT在工业领域得到了广泛应用，尤其是在对代码精简、高效率和网络流量受限环境中。其基本工作原理涉及到客户端（包括发布者和订阅者）连接到代理。当某个客户端通过订阅特定主题时，如温度值，那么当代理接收到相关信息时，就会将这些信息发送给所有已订阅该主题的人或设备。这一拓扑结构的一大优势就是解耦了发布者与订阅者的关系，使得它们之间不需要建立大量直接连接，而只需通过代理进行数据传输。

MQTT主要特性

1：主题

每条消息都包含一个主题和有效载荷，以及头部信息。这个主题是代理用来过滤消息并决定是否转发给潜在消费者的依据。

2：服务质量

通过服务质量等级来确保消息传输过程中的可靠性，其中QoS 2提供了高级别服务质量，但需要更多确认机制。

3：会话感知

多种机制确保代理与客户端之间保持稳定的连接，比如保持活跃状态并定期发送心跳包以维持链接，同时还可以设置遗嘱消息，以便离线时通知其他客户端。

4：持久会话

当建立持久会话时，对方会存储来自发送方未能确认接收到的所有已发布但尚未被确认接受到的数据直至接受方准备好接收此类数据，这对于不可预测网络环境非常有帮助。

关于实时性能：

理论上，当没有延迟发生并且只有活跃连接的情况下，MQTT能够实现近乎即刻响应，从而满足快速处理需求。

安全方面：

从初始化阶段开始就使用用户名密码验证，并自版本5起引入令牌传递等额外安全措施增强了安全层次。

适用场景：

由于其简单紧凑设计，MQTT特别适合于那些需要快速解决方案的地方，无论是在从多个传感器获取数据还是向大量同类型设备发送信号，或是在低功耗内存限制严格情况下的使用，都能表现出色。而车联网军事控制系统工业自动化无人机控制等多领域都有着广泛应用展现出强大的灵活性及实用价值。

关于倍加福：

倍加福作为未来自动化驱动力的创新者，以德国曼海姆为总部基地，不断推进新技术研发，为全球工厂自动化以及过程行业提供丰富产品，为面临挑战迎接即将到来的工业4.0铺平道路。