MQTT

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MQTT (MQ Telemetry Transport oder Message Queue Telemetry Transport) ist ein offenes Nachrichtenprotokoll für Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M), das die Übertragung von Telemetriedaten in Form von Nachrichten zwischen Geräten ermöglicht, trotz hoher Verzögerungen oder beschränkten Netzwerken.[1] Entsprechende Geräte reichen von Sensoren und Aktoren, Mobiltelefonen, Eingebetteten Systemen in Fahrzeugen oder Laptops bis zu voll entwickelten Rechnern. Das Protokoll wurde von Andy Stanford-Clark von IBM und Arlen Nipper von Cirrus Link Solutions entwickelt.

Seit 2013 wird MQTT über die Organization for the Advancement of Structured Information Standards (OASIS) als Protokoll des Internet der Dinge standardisiert.[2][3][4]

Das MQTT-Protokoll ist auch bekannt unter älteren Namen wie „WebSphere MQTT“ (WMQTT), „SCADA-Protokoll“ oder „MQ Integrator SCADA Device Protocol“ (MQIsdp).[5]

Die Internet Assigned Numbers Authority (IANA) reserviert für MQTT die Ports 1883 und 8883. MQTT-Nachrichten können mit dem TLS-Protokoll verschlüsselt werden.

Interessant ist, dass ein MQTT-Broker die gesamte Datenlage seiner Kommunikationspartner hält, und so als Zustands-Datenbank benutzt werden kann. So ist es möglich, kleine unperformante MQTT-Geräte mit einem MQTT-Broker zu verbinden, wobei die Geräte Daten einsammeln und/oder Befehle entgegen nehmen, während ein komplexes Lagebild nur auf dem MQTT-Broker entsteht und hier oder durch einen leistungsfähigen Kommunikationspartner ausgewertet werden kann. Stelleingriffe können so von einer oder mehreren leistungsfähigen Instanzen an den MQTT-Broker übermittelt und auf die einzelnen Geräte verbreitet werden. Durch diese Eigenschaft eignet sich MQTT sehr gut für Automatisierungslösungen und findet im Bereich IoT große Verbreitung.

Spezifikation[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die MQTT-Spezifikation unterscheidet TCP/IP-basierte und Nicht-TCP/IP-Netzwerke.

Haupt-Spezifikation
Das Protokoll ermöglicht auf eine sehr einfache Art ein Beobachter-Verhaltensmuster. Es ist besonders geeignet für Verbindungen, die nur einen geringen Verwaltungsdatenanteil erlauben. Der OASIS-Standardisierungsprozess basiert auf Version 3.1 der MQTT-Spezifikation.[6]
Spezifikation von MQTT-SN (ehemals MQTT-S), Version 1.2 (MQTT für Sensorgeräte)
Ausgelegt für eingebettete Geräte in non-TCP/IP-Netzwerken, wie zum Beispiel ZigBee. MQTT-SN ist ein Nachrichtenprotokoll nach dem Beobachter-Muster für Sensornetze. Es erweitert MQTT für die Nutzung über TCP/IP-Infrastruktur hinaus und ist besonders optimiert für die Nutzung mit Sensor- und Aktor-Lösungen.: Der ursprüngliche Name war MQTT-S. Dieser erzeugte jedoch Missverständnisse (s für secure?), so dass 2013 eine Umbenennung in MQTT-SN angestoßen wurde (SN für Sensor Networks).

Protokoll[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

MQTT ist ein Client-Server-Protokoll. Clients senden dem Server (“Broker”) nach Verbindungsaufbau Nachrichten mit einer Topic, welche die Nachricht hierarchisch einstuft; zum Beispiel Küche/Kühlschrank/Temperatur oder Auto/Rad/3/Luftdruck. Clients können sich auf Topics abonnieren, wobei der Server dann die empfangenen Nachrichten an die entsprechenden Abonnenten weiterleitet.

Nachrichten bestehen immer aus einer Topic und dem Nachrichteninhalt. Nachrichten werden mit einem definierbaren Quality of Service versendet: at most once (die Nachricht wird einmal gesendet und kommt bei Verbindungsunterbruch möglicherweise nicht an), at least once (die Nachricht wird so lange gesendet, bis der Empfang bestätigt wird, und kann beim Empfänger mehrfach ankommen) und exactly once (hierbei wird sichergestellt, dass die Nachricht auch bei Verbindungsunterbruch genau einmal ankommt). Außerdem kann mit dem Retain-Flag der Server angewiesen werden, die Nachricht zu dieser Topic zwischenzuspeichern. Clients, die neu auf dieses Thema abonnieren, bekommen als erstes die zwischengespeicherte Nachricht zugestellt.

Beim Verbindungsaufbau können Clients einen “letzten Willen” in Form einer Nachricht definieren. Falls die Verbindung zum Client verloren geht, wird diese Nachricht publiziert und dabei an die entsprechenden Abonnenten gesendet.

MQTT wird üblicherweise über TCP benutzt und hat einen 2-Byte-Header. Das erste Byte enthält den Nachrichtentyp (4 Bit), den Quality of Service (2 Bit) und ein Retain-Flag.

Es gibt folgende Nachrichten-Typen:

  • CONNECT
  • CONNACK
  • PUBLISH
  • PUBACK
  • PUBREC
  • PUBREL
  • PUBCOMP
  • SUBSCRIBE
  • SUBACK
  • UNSUBSCRIBE
  • UNSUBACK
  • PINGREQ
  • PINGRESP
  • DISCONNECT

Das zweite Byte enthält die Länge des restlichen MQTT-Pakets.

Daran schließt sich ein variabler Teil an, der die MQTT-Topic, also das Thema enthält. Abschließend kommt die Payload, also der Dateninhalt, der unter dem Thema veröffentlicht wird.

Die Themen sind hierarchisch organisiert. Zum Beispiel:

   Neujahrsansprache/1984/audio/ogg
   Neujahrsansprache/1984/audio/mp3
   Neujahrsansprache/1984/video
   Neujahrsansprache/1984/text/ascii
   Neujahrsansprache/1984/text/odt

Mit dem Zeichen # kann ab einer Hierarchie-Ebene alles, und was darunter liegt, empfangen werden.

Mit einem + kann eine Hierarchie-Ebene als Wildcard gesetzt werden.

Implementierungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. http://blogs.vmware.com/vfabric/2013/02/choosing-your-messaging-protocol-amqp-mqtt-or-stomp.html
  2. M2M-Protokoll MQTT soll Internet-Standard werden - iX
  3. http://dennisseidel.de/mqtt-eine-einfuhrung/
  4. https://www.oasis-open.org/committees/tc_home.php?wg_abbrev=mqtt
  5. MQTT Frequently Asked Questions: „How does MQTT relate to SCADA protocol and MQIsdp?“ (abgerufen am 21. April 2015)
  6. http://public.dhe.ibm.com/software/dw/webservices/ws-mqtt/mqtt-v3r1.html