En översikt över MQTT

I den ständiga utvecklingen av sakernas internet (IoT) och kommunikationsprotokoll i realtid har MQTT vuxit fram som en kraftfull och mångsidig lösning.

MQTT, som tidigare var en akronym för Message Queue Telemetry Transport (mer om det nedan), är ett lättviktigt och effektivt meddelandeprotokoll som är utformat för enheter med begränsade resurser och opålitliga nätverk.

Så i det här inlägget vill jag dyka in i historien, applikationerna och fördelarna och nackdelarna med MQTT.

MQTT:s historia

Ursprunget till MQTT går tillbaka till slutet av 1990-talet då Andy Stanford-Clark och Arlen Nipper utformade protokollet för att övervaka oljeledningar. Att övervaka långa pipelines i avlägsna områden kan uppenbarligen vara lite av en utmaning.

Så idén var att ta fram något som var extremt lätt, så att man kunde få nödvändig information (status, temperatur etc.) från enheter mitt ute i ingenstans.

Det ursprungliga målet var att utveckla ett protokoll som skulle minimera bandbreddsanvändningen och samtidigt säkerställa tillförlitlig dataöverföring. Med andra ord var tanken att underlätta telemetri-kommunikation mellan oljeledningssensorer och minimera användningen av bandbredd.

Publish-subscribe-modellen gjorde det möjligt för sensorer och enheter att överföra data till en central hubb, där abonnenter (ofta övervakningssystem) kunde ta emot och bearbeta denna information.

När IoT-produkter dök upp och Raspberry Pis blev en grej, gjorde detta MQTT till ett banbrytande sätt att få enheter att kommunicera.

MQTT utvecklades därför snabbt bortom sin ursprungliga tillämpning inom telemetri.

Denna utveckling ledde till en betydande namnändring.

Ursprungligen stod MQTT för MQ Telemetry Transport, där MQ stod för Message Queue (trots att vi inte använder meddelandeköer - mer om det nedan).

Men i takt med att protokollet blev allt vanligare och tillämpningarna blev fler, utvecklades det till att inte bara användas för telemetri. Nu kan du till exempel styra saker med MQTT.

Om du har läst vårt nyhetsbrev den här veckan vet du faktiskt redan att det är resultatet, MQTT står inte längre för en specifik uppsättning ord.

Det stämmer - MQTT är bara MQTT.

Idag är applikationslandskapet mycket mer omfattande och varierat än det var på 90-talet.

Utöver sin traditionella användning inom telemetri är MQTT nu en hörnsten i IoT-ekosystem (inklusive PiCockpit), vilket möjliggör sömlös kommunikation mellan enheter, sensorer och applikationer.

Dess effektivitet och låga vikt gör den till ett perfekt val för miljöer med begränsade resurser, t.ex. inbyggda system och mikrokontroller.

Hur det fungerar

MQTT använder modellen utgivare-prenumerant. Detta innebär att kärnan i MQTT:s arkitektur utgörs av två viktiga komponenter: utgivare och prenumeranter.

Dessa komponenter kommunicerar via en central mäklare, som fungerar som en mellanhand med ansvar för att dirigera meddelanden till lämpliga destinationer.

Du har alltså tre enheter, sensorer eller applikationer som behöver kommunicera med varandra, t.ex. din bärbara dator, din Raspberry Pi och din router. Om du ansluter Raspberry Pi och din bärbara dator till WiFi via routern kan du använda routern som en mäklare för att ansluta Pi och den bärbara datorn.

I detalj skickar enheterna ut meddelanden baserat på ämnen.

Det är ett nyckelord i MQTT-världen.

Topics är superlätta bitar av information. De talar om för dig om en enhet är på eller av, dess temperatur, IP-adress osv. Ämnen ger dig inte oändliga mängder information.

Det är det som gör MQTT så hypereffektivt och stabilt.

Det är också det som gör den perfekt för övervakning av dina Raspberry Pis med PiCockpit, till exempel. Eftersom det ger dig en konsekvent och tillförlitlig anslutning mellan enheterna.

Det som är bra är att ämnen fungerar ganska självklart. Ett ämne består av textsträngar som separeras med framåtriktade snedstreck, t.ex:

myRaspberryPis / livingRoomPi / temperatur

Och det ämnet fungerar som en meddelandekanal som skickar ut temperaturen på Raspberry Pi i vardagsrummet.

Mäklaren tar emot meddelandet och lagrar det temporärt.

Och sedan prenumererar enheter på specifika ämnen på mäklaren för att få den informationen.

Det var också detta som gjorde namnet MQTT till en felaktig benämning från början. Denna publish-subscribe-modell skiljer sig mycket från meddelandeköer, där data lagras tills kunderna behöver dem.

Tillämpningar av MQTT

Som du kan se är MQTT perfekt för IoT-ekosystemet. Det möjliggör effektiv kommunikation mellan olika enheter, sensorer och applikationer, även när nätverket är uruselt.

Detta gör den idealisk för scenarier med begränsad bandbredd och instabila anslutningar.

Du kan använda det för att få enheter som smarta termostater, lampor och säkerhetskameror att kommunicera sömlöst. En temperatursensor kan t.ex. publicera data till en MQTT-mäklare, och en termostat som prenumererar på ämnet kan ta emot och agera på informationen i realtid.

Jag bör förresten nämna att allt detta är saker som PiCockpit kan hjälpa dig med.

I industriella miljöer, fabriker och produktionslinjer används MQTT för att övervaka maskiner, samla in data om driftseffektivitet och fjärrstyra processer. MQTT har verkligen tagit sig in i alla typer av fjärrstyrda branscher.

Ta till exempel väderstationer i avlägsna områden eller oljeriggar till havs. För att få information till och från dessa platser fungerar MQTT verkligen perfekt.

Fördelar

MQTT är supereffektivt. Dess lättviktsdesign minimerar omkostnaderna för dataöverföring. Dess binära format och kompakta header gör det till ett utmärkt val för enheter med begränsad processorkraft och bandbredd.

Det är också supertillförlitligt. Publish-subscribe-modellen säkerställer tillförlitlig leverans av meddelanden. Prenumeranter kan ta emot missade meddelanden när de kommer online, vilket förhindrar dataförlust.

Och för företag som vill använda det är det superskalbart. Arkitekturen gör det enkelt att skala upp när fler enheter eller abonnenter ansluter till nätverket. Mäklare kan effektivt hantera många publicister och abonnenter utan att prestandan påverkas nämnvärt.

Liksom alla protokoll har det dock vissa nackdelar.

Nackdelar

Även om MQTT erbjuder grundläggande säkerhetsmekanismer som autentisering med användarnamn och lösenord, kanske det inte är tillräckligt för mycket känsliga applikationer. Ibland är det därför viktigt att använda säkerhetsåtgärder som SSL/TLS-kryptering och avancerad autentisering.

En annan nackdel är förlust av data. Som standard lagrar inte MQTT-mäklare meddelanden, vilket kan leda till dataförlust om en abonnent är offline när en enhet publicerar ett meddelande.

Naturligtvis kan man se detta som positivt när det gäller säkerhet, eftersom det inte finns så mycket data att komma åt.

Men det är sant att ihållande meddelanden kräver ytterligare konfiguration.

MQTT i sig är relativt enkelt (särskilt för hemautomation), men att implementera ett fullständigt MQTT-ekosystem med mäklare, publicister och abonnenter kan bli komplicerat.

Så även om MQTT är ganska skalbart, kan företag och organisationer definitivt kämpa med underhåll.

Hur PiCockpit använder MQTT

PiCockpit, vårt favoritsätt att övervaka och styra Raspberry Pis, utnyttjar kraften i MQTT för att erbjuda sömlös och effektiv kontroll över ett nätverk av enheter.

Genom att använda MQTT som kommunikationsprotokoll ger PiCockpit användarna en omfattande verktygslåda för att hantera sin Raspberry Pi-flotta på distans, vilket gör det till ett oumbärligt verktyg för entusiaster, utvecklare och yrkesverksamma.

I grunden ger PiCockpit användarna möjlighet att övervaka olika aspekter av sina Raspberry Pi-enheter, t.ex. CPU- och minnesanvändning, nätverksstatistik och anslutna hårdvarukomponenter.

Enskilda enheter samlar in information och delar den över nätverket med hjälp av MQTT:s publish-subscribe-arkitektur. Varje Raspberry Pi fungerar som en MQTT-klient som både kan publicera och prenumerera på specifika ämnen, vilket möjliggör datautbyte i realtid.

En av de viktigaste fördelarna med att använda den i PiCockpit är dess låga vikt, som passar perfekt i den resursbegränsade miljön för Raspberry Pi-enheter.

Den effektiva paketeringen av meddelanden och den låga overheadkostnaden gör att även enheter med begränsad processorkraft kan delta i datautbytet utan att prestandan påverkas nämnvärt.

PiCockpits tillvägagångssätt sträcker sig längre än till ren dataövervakning. Den underlättar fjärrhantering, så att du kan utföra kommandon på dina Raspberry Pi-enheter från en centraliserad instrumentpanel.

Genom att prenumerera på lämpliga ämnen kan användarna utlösa åtgärder som programuppdateringar, systemomstart eller anpassade skript på enheterna.

Denna dubbelriktade kommunikation säkerställer att PiCockpit inte bara är ett passivt övervakningsverktyg utan en aktiv plattform för enhetshantering.

PiCockpits användning av MQTT gör det dessutom enkelt att skala upp dina projekt.

När antalet övervakade enheter ökar hanterar MQTT-mäklaren sömlöst det ökande flödet av data och meddelanden. Denna skalbarhet är ett bevis på dess inneboende förmåga att hantera många klienter utan att kompromissa med prestandan.

Sammanfattningsvis visar PiCockpits integration av MQTT protokollets mångsidighet och effektivitet när det gäller fjärrstyrning av enheter.

PiCockpit ger dig alltså möjlighet att inte bara övervaka utan också hantera din Raspberry Pi-flotta på ett enkelt sätt. Allt du behöver göra är att installera PiCockpit-klienten på din Raspberry Pi och du är redo att köra!

Slutsats

MQTT är ett utmärkt sätt att få enheter att prata med varandra.

Den är lätt. Den är pålitlig. Och den är supermångsidig.

Viktigast av allt är att det inte längre bara är ett kommunikationsprotokoll för passiv datainsamling. Nu kan du använda det för att aktivt fjärrstyra enheter och sensorer.

MQTT är ett värdefullt verktyg i arsenalen av protokoll för att möjliggöra sömlös och effektiv kommunikation.

Det bästa av allt är att med alla IoT- och hemautomationsprojekt som finns idag kan MQTT göra ditt liv bättre.

Du kan installera PiCockpit på din Raspberry Pi och testa alla fördelar själv!

Klicka här för att se hur du skapar en fotoresistor med en Pico W med hjälp av MQTT - Det är ett bra litet projekt för att kontrollera MQTT:s kraft och effektivitet.

Vad skulle du göra med MQTT för att förändra ditt dagliga liv?