Panoramica di MQTT

Nel panorama in continua evoluzione dell'Internet of Things (IoT) e dei protocolli di comunicazione in tempo reale, MQTT è emerso come una soluzione potente e versatile.

MQTT, acronimo di Message Queue Telemetry Transport (di cui si dirà più avanti), è un protocollo di messaggistica leggero ed efficiente progettato per dispositivi con risorse limitate e reti inaffidabili.

In questo post, quindi, voglio approfondire la storia, le applicazioni e i vantaggi e gli svantaggi di MQTT.

La storia di MQTT

Le origini di MQTT risalgono alla fine degli anni '90, quando Andy Stanford-Clark e Arlen Nipper progettarono il protocollo per monitorare gli oleodotti. Il monitoraggio di lunghi oleodotti in aree remote può ovviamente rappresentare una sfida.

L'idea era quindi quella di creare qualcosa di estremamente leggero, in modo da poter ottenere le informazioni necessarie (stato, temperatura, ecc.) da dispositivi situati nel bel mezzo del nulla.

L'obiettivo iniziale era quello di sviluppare un protocollo che riducesse al minimo l'utilizzo della larghezza di banda, garantendo al contempo una trasmissione affidabile dei dati. In altre parole, l'idea era di facilitare la comunicazione telemetrica tra i sensori dell'oleodotto e di ridurre al minimo l'utilizzo della larghezza di banda.

Il suo modello publish-subscribe permetteva a sensori e dispositivi di trasmettere dati a un hub centrale, dove gli abbonati (spesso sistemi di monitoraggio) potevano ricevere ed elaborare queste informazioni.

Con la comparsa dei prodotti IoT e la diffusione dei Raspberry Pis, MQTT è diventato un metodo pionieristico per far comunicare i dispositivi.

Così, MQTT si è rapidamente esteso al di là della sua applicazione originale nella telemetria.

Questa evoluzione ha portato a un notevole cambiamento del nome.

Inizialmente, MQTT era l'acronimo di MQ Telemetry Transport, dove MQ era l'acronimo di Message Queue (nonostante non si usassero code di messaggi, come vedremo più avanti).

Tuttavia, con la crescita della sua adozione e la diversificazione delle applicazioni, il protocollo si è evoluto al di là dell'uso telemetrico. Ora è possibile controllare le cose con MQTT, ad esempio.

In effetti, se avete letto la nostra newsletter questa settimana, lo sapete già come risultato, MQTT non è più sinonimo di un insieme specifico di parole.

Esatto: MQTT significa semplicemente MQTT.

Oggi il panorama delle applicazioni è molto più vasto e diversificato rispetto agli anni '90.

Al di là del suo uso tradizionale nella telemetria, MQTT è ora una pietra miliare degli ecosistemi IoT (incluso PiCockpit), consentendo una comunicazione senza soluzione di continuità tra dispositivi, sensori e applicazioni.

La sua efficienza e la sua leggerezza ne fanno una scelta ideale per ambienti con risorse limitate, come i sistemi embedded e i microcontrollori.

Come funziona

MQTT utilizza il modello publisher-subscriber. Ciò significa che al centro dell'architettura di MQTT ci sono due componenti chiave: i publisher e i subscriber.

Questi componenti comunicano attraverso un broker centrale, che funge da intermediario responsabile dell'instradamento dei messaggi verso le destinazioni appropriate.

Quindi avete tre dispositivi, sensori o applicazioni che devono comunicare tra loro, come il vostro computer portatile, il vostro Raspberry Pi e il vostro router. Se si collegano il Raspberry Pi e il portatile al WiFi attraverso il router, si potrà usare il router come intermediario per collegare il Pi e il portatile.

In dettaglio, i dispositivi inviano messaggi basati su argomenti.

È una parola chiave nel mondo di MQTT.

Gli argomenti sono informazioni leggerissime. Vi diranno se un dispositivo è acceso o spento, la sua temperatura, il suo indirizzo IP, ecc. Gli argomenti non forniscono una quantità infinita di informazioni.

È questo che rende MQTT così iper-efficiente e stabile.

È anche ciò che lo rende perfetto per monitorare i Raspberry Pis con PiCockpit, ad esempio. Perché offre una connessione costante e affidabile tra i dispositivi.

Il bello è che gli argomenti funzionano in modo piuttosto ovvio. Un argomento ruota attorno a stringhe di testi separati da barre in avanti, come ad esempio:

myRaspberryPis / livingRoomPi / temperatura

E questo argomento serve come canale di messaggio per inviare la temperatura del Raspberry Pi nel soggiorno.

Il broker riceve il messaggio e lo memorizza temporaneamente.

E poi i dispositivi si iscrivono a specifici argomenti del broker per ottenere quelle informazioni.

Questo è anche ciò che ha reso il nome MQTT un termine improprio fin dall'inizio. Questo modello publish-subscribe è molto diverso dall'accodamento dei messaggi, in cui i dati vengono memorizzati finché i client non ne hanno bisogno.

Applicazioni di MQTT

Come si può vedere, MQTT è ottimo per l'ecosistema IoT. Consente una comunicazione efficiente tra vari dispositivi, sensori e applicazioni, anche quando la rete è pessima.

Questo lo rende ideale per gli scenari con larghezza di banda limitata e connessioni instabili.

Si può utilizzare per far comunicare senza problemi dispositivi come termostati intelligenti, luci e telecamere di sicurezza. Ad esempio, un sensore di temperatura può pubblicare dati su un broker MQTT e un termostato abbonato all'argomento può ricevere e agire su tali informazioni in tempo reale.

A proposito, queste sono tutte cose che PiCockpit potrebbe aiutarvi.

In ambito industriale, le fabbriche e le linee di produzione utilizzano MQTT per monitorare i macchinari, raccogliere dati sull'efficienza operativa e controllare i processi in remoto. Si è davvero integrato in tutti i tipi di settori remoti.

Prendiamo ad esempio le stazioni di monitoraggio meteorologico in aree remote o le piattaforme petrolifere offshore. Per ottenere informazioni da e verso questi luoghi, MQTT funziona alla perfezione.

Vantaggi

MQTT è super efficiente. Il suo design leggero riduce al minimo l'overhead della trasmissione dei dati. Il suo formato binario e l'intestazione compatta lo rendono un'ottima scelta per i dispositivi con potenza di elaborazione e larghezza di banda limitate.

È anche super affidabile. Il modello publish-subscribe garantisce una consegna affidabile dei messaggi. Gli abbonati possono ricevere i messaggi persi una volta che sono online, evitando così la perdita di dati.

E per le aziende che vogliono utilizzarlo, è super scalabile. L'architettura consente di scalare facilmente quando più dispositivi o abbonati si uniscono alla rete. I broker possono gestire in modo efficiente numerosi editori e abbonati senza che le prestazioni ne risentano in modo significativo.

Tuttavia, come tutti i protocolli, presenta alcuni svantaggi.

Svantaggi

Sebbene MQTT offra meccanismi di sicurezza di base come l'autenticazione con nome utente e password, potrebbe non essere sufficiente per applicazioni altamente sensibili. Per questo motivo, a volte è importante ricorrere a misure di sicurezza come la crittografia SSL/TLS e l'autenticazione avanzata.

Un altro svantaggio è la perdita di dati. Per impostazione predefinita, i broker MQTT non memorizzano i messaggi, il che può comportare una perdita di dati se un abbonato è offline quando un dispositivo pubblica un messaggio.

Naturalmente, questo potrebbe essere visto come un vantaggio in termini di sicurezza, perché non ci sono molti dati a cui accedere.

Ma è vero che la messaggistica persistente richiede una configurazione aggiuntiva.

Mentre MQTT in sé è relativamente semplice (soprattutto per la domotica), l'implementazione di un ecosistema MQTT completo con broker, publisher e subscriber può diventare complessa.

Quindi, sebbene MQTT sia abbastanza scalabile, le aziende e le organizzazioni possono avere problemi di manutenzione.

Come PiCockpit utilizza MQTT

PiCockpit, il nostro modo preferito per monitorare e controllare Raspberry Pis, sfrutta la potenza di MQTT per offrire un controllo continuo ed efficiente su una rete di dispositivi.

Utilizzando MQTT come protocollo di comunicazione, PiCockpit fornisce agli utenti un set di strumenti completo per gestire la propria flotta di Raspberry Pi in remoto, rendendolo uno strumento indispensabile per appassionati, sviluppatori e professionisti.

Nel suo nucleo, PiCockpit consente agli utenti di monitorare vari aspetti dei loro dispositivi Raspberry Pi, come l'utilizzo della CPU e della memoria, le statistiche di rete e i componenti hardware collegati.

I singoli dispositivi raccolgono informazioni e le condividono in rete utilizzando l'architettura publish-subscribe di MQTT. Ogni Raspberry Pi agisce come un client MQTT, in grado di pubblicare e sottoscrivere argomenti specifici, consentendo lo scambio di dati in tempo reale.

Uno dei vantaggi principali dell'impiego di PiCockpit è la sua leggerezza, che si adatta perfettamente all'ambiente a risorse limitate dei dispositivi Raspberry Pi.

L'efficiente impacchettamento dei messaggi e il basso overhead assicurano che anche i dispositivi con una potenza di elaborazione limitata possano partecipare allo scambio di dati senza un significativo impatto sulle prestazioni.

L'approccio di PiCockpit va oltre il semplice monitoraggio dei dati. Facilita le azioni di gestione remota, consentendo di eseguire comandi sui dispositivi Raspberry Pi da un cruscotto centralizzato.

Iscrivendosi agli argomenti appropriati, gli utenti possono attivare azioni come aggiornamenti software, riavvii del sistema o script personalizzati sui dispositivi.

Questa comunicazione bidirezionale fa sì che PiCockpit non sia solo uno strumento di monitoraggio passivo, ma una piattaforma attiva per la gestione dei dispositivi.

Inoltre, l'utilizzo di MQTT da parte di PiCockpit favorisce una facile scalabilità dei progetti.

Al crescere del numero di dispositivi monitorati, il broker MQTT gestisce senza problemi il crescente flusso di dati e messaggi. Questa scalabilità è una prova della sua capacità intrinseca di gestire numerosi client senza compromettere le prestazioni.

In conclusione, l'integrazione di MQTT in PiCockpit dimostra la versatilità e l'efficienza del protocollo nel campo della gestione remota dei dispositivi.

In questo modo, PiCockpit vi permette non solo di monitorare, ma anche di gestire la vostra flotta di Raspberry Pi con facilità. Tutto ciò che dovete fare è installare il client PiCockpit sul vostro Raspberry Pi e il gioco è fatto!

Conclusione

MQTT è un modo meraviglioso per far parlare tra loro i dispositivi.

È leggero. È affidabile. Ed è super versatile.

Soprattutto, non è più solo un protocollo di comunicazione per raccogliere passivamente i dati. Ora è possibile utilizzarlo per controllare attivamente dispositivi e sensori da remoto.

MQTT è uno strumento prezioso nell'arsenale dei protocolli per consentire una comunicazione continua ed efficiente.

Soprattutto, con tutti i progetti IoT e di automazione domestica in circolazione in questi giorni, MQTT può migliorare la vostra vita.

Potete installare PiCockpit sul vostro Raspberry Pi e verificare voi stessi tutti i vantaggi!

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Cosa fareste con MQTT per cambiare la vostra vita quotidiana?