Επισκόπηση του MQTT

Στο διαρκώς εξελισσόμενο τοπίο του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) και των πρωτοκόλλων επικοινωνίας σε πραγματικό χρόνο, το MQTT έχει αναδειχθεί ως μια ισχυρή και ευέλικτη λύση.

Το MQTT, το οποίο ήταν ακρωνύμιο των Message Queue Telemetry Transport (περισσότερα σχετικά παρακάτω), είναι ένα ελαφρύ και αποδοτικό πρωτόκολλο ανταλλαγής μηνυμάτων που έχει σχεδιαστεί για συσκευές με περιορισμένους πόρους και αναξιόπιστα δίκτυα.

Έτσι, σε αυτή τη δημοσίευση, θέλω να ασχοληθώ με την ιστορία, τις εφαρμογές, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του MQTT.

Η ιστορία του MQTT

Η προέλευση του MQTT ανάγεται στα τέλη της δεκαετίας του 1990, όταν ο Andy Stanford-Clark και ο Arlen Nipper σχεδίασαν το πρωτόκολλο για την παρακολούθηση αγωγών πετρελαίου. Η παρακολούθηση αγωγών μεγάλου μήκους σε απομακρυσμένες περιοχές μπορεί προφανώς να είναι μια μικρή πρόκληση.

Έτσι, η ιδέα ήταν να δημιουργηθεί κάτι εξαιρετικά ελαφρύ, ώστε να μπορείτε να λαμβάνετε τις απαραίτητες πληροφορίες (κατάσταση, θερμοκρασία κ.λπ.) από συσκευές στη μέση του πουθενά.

Ο αρχικός στόχος ήταν να αναπτυχθεί ένα πρωτόκολλο που θα ελαχιστοποιούσε τη χρήση εύρους ζώνης και θα εξασφάλιζε ταυτόχρονα αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων. Με άλλα λόγια, η ιδέα ήταν να διευκολυνθεί η επικοινωνία τηλεμετρίας μεταξύ των αισθητήρων πετρελαιαγωγών και να ελαχιστοποιηθεί η χρήση του εύρους ζώνης.

Το μοντέλο δημοσίευσης-συνδρομής του επέτρεπε στους αισθητήρες και τις συσκευές να μεταδίδουν δεδομένα σε έναν κεντρικό κόμβο, όπου οι συνδρομητές (συχνά συστήματα παρακολούθησης) μπορούσαν να λαμβάνουν και να επεξεργάζονται αυτές τις πληροφορίες.

Μόλις εμφανίστηκαν τα προϊόντα IoT και τα Raspberry Pis έγιναν ένα πράγμα, αυτό έκανε το MQTT έναν πρωτοποριακό τρόπο για να επικοινωνούν οι συσκευές.

Έτσι, το MQTT επεκτάθηκε γρήγορα πέρα από την αρχική του εφαρμογή στην τηλεμετρία.

Η εξέλιξη αυτή προκάλεσε μια αξιοσημείωτη αλλαγή στο όνομά της.

Αρχικά, το MQTT σήμαινε MQ Telemetry Transport, όπου το MQ σήμαινε Message Queue (παρά το γεγονός ότι δεν χρησιμοποιούσε ουρές μηνυμάτων - περισσότερα γι' αυτό παρακάτω).

Ωστόσο, καθώς η υιοθέτησή του αυξήθηκε και οι εφαρμογές του διαφοροποιήθηκαν, το πρωτόκολλο εξελίχθηκε πέρα από την τηλεμετρική χρήση. Τώρα μπορείτε να ελέγχετε πράγματα με το MQTT, για παράδειγμα.

Στην πραγματικότητα, αν διαβάσατε το ενημερωτικό μας δελτίο αυτή την εβδομάδα, τότε το γνωρίζετε ήδη ως αποτέλεσμα, Το MQTT δεν αντιπροσωπεύει πλέον ένα συγκεκριμένο σύνολο λέξεων.

Σωστά - το MQTT σημαίνει απλώς MQTT.

Σήμερα, το τοπίο των εφαρμογών είναι πολύ πιο ευρύ και ποικιλόμορφο από ό,τι ήταν τη δεκαετία του '90.

Πέρα από την παραδοσιακή του χρήση στην τηλεμετρία, το MQTT αποτελεί πλέον ακρογωνιαίο λίθο των οικοσυστημάτων IoT (συμπεριλαμβανομένου του PiCockpit), επιτρέποντας την απρόσκοπτη επικοινωνία μεταξύ συσκευών, αισθητήρων και εφαρμογών.

Η αποδοτικότητά του και ο ελαφρύς του χαρακτήρας το καθιστούν ιδανική επιλογή για περιβάλλοντα με περιορισμένους πόρους, όπως τα ενσωματωμένα συστήματα και οι μικροελεγκτές.

Πώς λειτουργεί

Το MQTT χρησιμοποιεί το μοντέλο εκδότη-συνδρομητή. Αυτό σημαίνει ότι στον πυρήνα της αρχιτεκτονικής του MQTT υπάρχουν δύο βασικά στοιχεία: οι εκδότες και οι συνδρομητές.

Αυτά τα στοιχεία επικοινωνούν μέσω ενός κεντρικού διαμεσολαβητή, ο οποίος ενεργεί ως ενδιάμεσος υπεύθυνος για τη δρομολόγηση των μηνυμάτων στους κατάλληλους προορισμούς.

Έχετε λοιπόν τρεις συσκευές, αισθητήρες ή εφαρμογές που πρέπει να επικοινωνήσουν μεταξύ τους, όπως ο φορητός σας υπολογιστής, το Raspberry Pi και ο δρομολογητής σας. Αν συνδέσετε το Raspberry Pi και το φορητό σας υπολογιστή στο WiFi μέσω του δρομολογητή, τότε θα μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το δρομολογητή ως διαμεσολαβητή για να συνδέσετε το Pi και το φορητό υπολογιστή.

Αναλυτικότερα, οι συσκευές αποστέλλουν μηνύματα με βάση θέματα.

Αυτή είναι μια λέξη-κλειδί στον κόσμο του MQTT.

Τα θέματα είναι εξαιρετικά ελαφριά κομμάτια πληροφοριών. Θα σας πουν αν μια συσκευή είναι ενεργοποιημένη ή απενεργοποιημένη, τη θερμοκρασία της, τη διεύθυνση IP της κ.λπ. Τα θέματα δεν θα σας δώσουν ατελείωτες ποσότητες πληροφοριών.

Αυτό είναι που κάνει το MQTT τόσο υπερ-αποδοτικό και σταθερό.

Αυτό είναι επίσης που το καθιστά ιδανικό για την παρακολούθηση των Raspberry Pis σας με το PiCockpit, για παράδειγμα. Επειδή σας παρέχει μια συνεπή και αξιόπιστη σύνδεση μεταξύ των συσκευών.

Το σπουδαίο είναι ότι τα θέματα λειτουργούν αρκετά προφανώς. Ένα θέμα περιστρέφεται γύρω από συμβολοσειρές κειμένων που χωρίζονται με κάθετους προς τα εμπρός, όπως:

myRaspberryPis / livingRoomPi / θερμοκρασία

Και αυτό το θέμα χρησιμεύει ως κανάλι μηνυμάτων που στέλνει τη θερμοκρασία του Raspberry Pi στο σαλόνι.

Ο μεσίτης λαμβάνει το μήνυμα και το αποθηκεύει προσωρινά.

Και στη συνέχεια, οι συσκευές εγγράφονται σε συγκεκριμένα θέματα στον μεσίτη για να λαμβάνουν αυτές τις πληροφορίες.

Αυτό είναι επίσης που έκανε το όνομα MQTT από την αρχή μια λανθασμένη ονομασία. Αυτό το μοντέλο δημοσίευσης-εγγραφής διαφέρει πολύ από την ουρά μηνυμάτων, στην οποία τα δεδομένα αποθηκεύονται μέχρι να τα χρειαστούν οι πελάτες.

Εφαρμογές του MQTT

Όπως μπορείτε να δείτε, το MQTT είναι εξαιρετικό για το οικοσύστημα IoT. Επιτρέπει την αποτελεσματική επικοινωνία μεταξύ διαφόρων συσκευών, αισθητήρων και εφαρμογών, ακόμη και όταν το δίκτυο είναι άθλιο.

Αυτό είναι που το καθιστά ιδανικό για σενάρια με περιορισμένο εύρος ζώνης και ασταθείς συνδέσεις.

Θα μπορούσατε να το χρησιμοποιήσετε για συσκευές όπως έξυπνοι θερμοστάτες, φώτα και κάμερες ασφαλείας για να επικοινωνούν απρόσκοπτα. Για παράδειγμα, ένας αισθητήρας θερμοκρασίας μπορεί να δημοσιεύει δεδομένα σε έναν μεσίτη MQTT και ένας θερμοστάτης που έχει εγγραφεί στο θέμα μπορεί να λαμβάνει και να ενεργεί βάσει αυτών των πληροφοριών σε πραγματικό χρόνο.

Θα πρέπει να αναφέρω ότι όλα αυτά είναι πράγματα με τα οποία το PiCockpit θα μπορούσε να σας βοηθήσει, παρεμπιπτόντως.

Στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις, τα εργοστάσια και οι γραμμές παραγωγής χρησιμοποιούν το MQTT για την παρακολούθηση των μηχανημάτων, τη συλλογή δεδομένων σχετικά με τη λειτουργική αποδοτικότητα και τον εξ αποστάσεως έλεγχο των διαδικασιών. Έχει πραγματικά εισχωρήσει σε όλα τα είδη των απομακρυσμένων βιομηχανιών.

Πάρτε, για παράδειγμα, σταθμούς παρακολούθησης του καιρού σε απομακρυσμένες περιοχές ή υπεράκτιες εξέδρες άντλησης πετρελαίου. Για τη μετάδοση πληροφοριών από και προς αυτές τις τοποθεσίες, το MQTT λειτουργεί πραγματικά τέλεια.

Πλεονεκτήματα

Το MQTT είναι εξαιρετικά αποτελεσματικό. Ο ελαφρύς σχεδιασμός του ελαχιστοποιεί την επιβάρυνση της μετάδοσης δεδομένων. Η δυαδική μορφή του και η συμπαγής επικεφαλίδα του το καθιστούν εξαιρετική επιλογή για συσκευές με περιορισμένη επεξεργαστική ισχύ και εύρος ζώνης.

Είναι επίσης εξαιρετικά αξιόπιστο. Το μοντέλο publish-subscribe εξασφαλίζει αξιόπιστη παράδοση μηνυμάτων. Οι συνδρομητές μπορούν να λαμβάνουν τα μηνύματα που τους έχουν διαφύγει μόλις συνδεθούν, αποτρέποντας την απώλεια δεδομένων.

Και, για τις εταιρείες που θέλουν να το χρησιμοποιήσουν, είναι εξαιρετικά επεκτάσιμο. Η αρχιτεκτονική του επιτρέπει την εύκολη κλιμάκωση καθώς περισσότερες συσκευές ή συνδρομητές εντάσσονται στο δίκτυο. Οι διαμεσολαβητές μπορούν να χειρίζονται αποτελεσματικά πολυάριθμους εκδότες και συνδρομητές χωρίς σημαντικό πλήγμα στις επιδόσεις.

Ωστόσο, όπως όλα τα πρωτόκολλα, έχει ορισμένα μειονεκτήματα.

Μειονεκτήματα

Παρόλο που το MQTT προσφέρει βασικούς μηχανισμούς ασφαλείας, όπως ο έλεγχος ταυτότητας με όνομα χρήστη και κωδικό πρόσβασης, μπορεί να μην είναι επαρκής για ιδιαίτερα ευαίσθητες εφαρμογές. Έτσι, μερικές φορές, είναι σημαντικό να κάνετε χρήση μέτρων ασφαλείας όπως η κρυπτογράφηση SSL/TLS και ο προηγμένος έλεγχος ταυτότητας.

Ένα άλλο μειονέκτημα είναι η απώλεια δεδομένων. Από προεπιλογή, οι μεσίτες MQTT δεν αποθηκεύουν τα μηνύματα, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια δεδομένων εάν ένας συνδρομητής είναι εκτός σύνδεσης όταν μια συσκευή δημοσιεύει ένα μήνυμα.

Βέβαια, θα μπορούσατε να το δείτε αυτό ως θετικό στοιχείο όσον αφορά την ασφάλεια, επειδή δεν υπάρχουν πολλά δεδομένα για πρόσβαση.

Αλλά είναι αλήθεια ότι η μόνιμη ανταλλαγή μηνυμάτων απαιτεί πρόσθετες ρυθμίσεις.

Ενώ το ίδιο το MQTT είναι σχετικά απλό (ειδικά για τον οικιακό αυτοματισμό), η υλοποίηση ενός πλήρους οικοσυστήματος MQTT με διαμεσολαβητές, εκδότες και συνδρομητές μπορεί να γίνει πολύπλοκη.

Έτσι, παρόλο που το MQTT είναι αρκετά επεκτάσιμο, οι εταιρείες και οι οργανισμοί μπορούν σίγουρα να δυσκολευτούν με τη συντήρηση.

Πώς το PiCockpit χρησιμοποιεί το MQTT

Το PiCockpit, ο αγαπημένος μας τρόπος παρακολούθησης και ελέγχου των Raspberry Pis, αξιοποιεί τη δύναμη του MQTT για να προσφέρει απρόσκοπτο και αποτελεσματικό έλεγχο σε ένα δίκτυο συσκευών.

Χρησιμοποιώντας το MQTT ως πρωτόκολλο επικοινωνίας, το PiCockpit παρέχει στους χρήστες ένα ολοκληρωμένο σύνολο εργαλείων για την απομακρυσμένη διαχείριση του στόλου των Raspberry Pi, καθιστώντας το απαραίτητο εργαλείο για τους λάτρεις, τους προγραμματιστές και τους επαγγελματίες.

Στον πυρήνα του, το PiCockpit δίνει τη δυνατότητα στους χρήστες να παρακολουθούν διάφορες πτυχές των συσκευών Raspberry Pi, όπως η χρήση της CPU και της μνήμης, τα στατιστικά στοιχεία δικτύου και τα συνδεδεμένα εξαρτήματα υλικού.

Οι μεμονωμένες συσκευές συλλέγουν πληροφορίες και τις μοιράζονται σε όλο το δίκτυο χρησιμοποιώντας την αρχιτεκτονική δημοσίευσης-παραλαβής του MQTT. Κάθε Raspberry Pi ενεργεί ως πελάτης MQTT, ικανός να δημοσιεύει και να εγγράφεται σε συγκεκριμένα θέματα, επιτρέποντας την ανταλλαγή δεδομένων σε πραγματικό χρόνο.

Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα της χρήσης του στο PiCockpit είναι ο ελαφρύς του χαρακτήρας, ο οποίος ταιριάζει απόλυτα με το περιορισμένο σε πόρους περιβάλλον των συσκευών Raspberry Pi.

Η αποδοτική συσκευασία μηνυμάτων και η χαμηλή επιβάρυνση εξασφαλίζουν ότι ακόμη και συσκευές με περιορισμένη επεξεργαστική ισχύ μπορούν να συμμετέχουν στην ανταλλαγή δεδομένων χωρίς σημαντικό πλήγμα στις επιδόσεις.

Η προσέγγιση του PiCockpit εκτείνεται πέρα από την απλή παρακολούθηση δεδομένων. Διευκολύνει τις ενέργειες απομακρυσμένης διαχείρισης, δίνοντάς σας τη δυνατότητα να εκτελείτε εντολές στις συσκευές Raspberry Pi σας από ένα κεντρικό ταμπλό.

Με την εγγραφή στα κατάλληλα θέματα, οι χρήστες μπορούν να ενεργοποιούν ενέργειες όπως ενημερώσεις λογισμικού, επανεκκινήσεις συστήματος ή προσαρμοσμένες δέσμες ενεργειών στις συσκευές.

Αυτή η αμφίδρομη επικοινωνία διασφαλίζει ότι το PiCockpit δεν είναι απλώς ένα παθητικό εργαλείο παρακολούθησης αλλά μια ενεργή πλατφόρμα για τη διαχείριση συσκευών.

Επιπλέον, η χρήση του MQTT από το PiCockpit ευνοεί την εύκολη επεκτασιμότητα των έργων σας.

Καθώς αυξάνεται ο αριθμός των παρακολουθούμενων συσκευών, ο μεσίτης MQTT διαχειρίζεται απρόσκοπτα την αυξανόμενη ροή δεδομένων και μηνυμάτων. Αυτή η επεκτασιμότητα αποτελεί απόδειξη της εγγενούς ικανότητάς του να διαχειρίζεται πολυάριθμους πελάτες χωρίς συμβιβασμούς στην απόδοση.

Εν κατακλείδι, η ενσωμάτωση του MQTT στο PiCockpit αναδεικνύει την ευελιξία και την αποτελεσματικότητα του πρωτοκόλλου στον τομέα της απομακρυσμένης διαχείρισης συσκευών.

Έτσι, το PiCockpit σας δίνει τη δυνατότητα όχι μόνο να παρακολουθείτε αλλά και να διαχειρίζεστε με ευκολία το στόλο Raspberry Pi. Το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να εγκαταστήσετε το πρόγραμμα-πελάτη PiCockpit στο Raspberry Pi σας και είστε έτοιμοι να ξεκινήσετε!

Συμπέρασμα

Το MQTT είναι ένας θαυμάσιος τρόπος για να κάνετε τις συσκευές να συνομιλούν μεταξύ τους.

Είναι ελαφρύ. Είναι αξιόπιστο. Και, είναι εξαιρετικά ευέλικτο.

Το πιο σημαντικό είναι ότι δεν είναι πλέον απλώς ένα πρωτόκολλο επικοινωνίας για την παθητική συλλογή δεδομένων. Τώρα μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για τον ενεργό έλεγχο συσκευών και αισθητήρων από απόσταση.

Το MQTT είναι ένα πολύτιμο εργαλείο στο οπλοστάσιο των πρωτοκόλλων για την απρόσκοπτη και αποτελεσματική επικοινωνία.

Το καλύτερο από όλα, με όλα τα έργα IoT και οικιακού αυτοματισμού που κυκλοφορούν αυτές τις μέρες, το MQTT μπορεί να κάνει τη ζωή σας καλύτερη.

Μπορείτε να εγκαταστήσετε το PiCockpit στο Raspberry Pi σας και να διαπιστώσετε όλα τα πλεονεκτήματα μόνοι σας!

Κάντε κλικ εδώ για να δείτε πώς να φτιάξετε ένα φωτοαντίσταση με ένα Pico W χρησιμοποιώντας το MQTT - είναι ένα εξαιρετικό μικρό έργο για να ελέγξετε τη δύναμη και την αποδοτικότητα του MQTT.

Τι θα κάνατε με το MQTT για να αλλάξετε την καθημερινότητά σας;