MQTT Protokoll
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Grunsätzliches
- Entwicklung und Zweck
- MQTT wurde von IBM als "Message Queueing Telemetry Transport" entwickelt und ist besonders für das IoT geeignet.
- Protokollart
- MQTT ist ein Publish/Subscribe-Protokoll, bei dem sich Clients mit einem Broker verbinden, um Nachrichten zu senden oder zu empfangen.
- Ports und Kommunikation
- Nutzt TCP-Port 1883 und TLS-TCP-Port 8883, reduziert die Notwendigkeit von Polling, was Bandbreite spart und die Latenz minimiert.
- Client und Broker Beziehung
- Die Inhalt der Nachrichten ist dem Broker unbekannt; seine Aufgabe endet mit der Zustellung der Nachricht.
- Topics und Nachrichtenhandling
- Nachrichten sind mit Topics verbunden, die wie hierarchische Pfade strukturiert sind und Wildcards für flexible Abonnements unterstützen.
- Payloads und Daten
- Unterstützt bis zu 256 MByte große Payloads, häufig verwendet für einfache Datenstrings oder JSON-verpackte Daten.
- Letzter Wille und Retained-Flag
- Ermöglicht das Setzen von Nachrichten, die gespeichert und bei Bedarf an Subscriber gesendet werden.
- LWT (Last Will and Testament)
- Ermöglicht Clients, Nachrichten für den Fall eines unerwarteten Ausfalls zu hinterlegen, die dann vom Broker veröffentlicht werden.
- Retained-Flag
- Wird genutzt, um den Zustand eines Clients dauerhaft zu speichern und zu kommunizieren, ob ein Client online oder offline ist.
- Qualitätskontrolle
- MQTT bietet drei Servicequalitätsstufen (QoS), die von keiner Zusicherung bis zur garantierten einmaligen Zustellung reichen.
- Broker
- MQTT-Broker wie Mosquitto und Hivemq bieten erweiterte Funktionen wie Clustering und unterstützen Websockets für flexible Netzwerkanwendungen.
Praxis
- Praktische Anwendung
- Ein Beispiel ist ein Temperatursensor, der Temperaturen in Fahrenheit misst und nach Konvertierung in Celsius wieder publiziert.
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- MQTT-Kommandos in der Praxis
- Befehl im ersten Terminal: mosquitto_sub -v -t '#'
- Befehl im zweiten Terminal für eine einfache Nachricht: mosquitto_pub -t linux/magazin -m "Hello world"
- Befehl mit Retained Flag: mosquitto_pub -r -t linux/magazin -m "Hallo Welt"
- Retained Messages
- Wenn das Retained-Flag verwendet wird, begrüßt MQTT zukünftige Subscriber mit der zuvor gespeicherten Nachricht auf dem Topic "linux/magazin".
- Broker und Bridges
- Die Auswahl eines MQTT-Brokers sollte basierend auf den spezifischen Anforderungen wie Clustering-Support und Sprachunterstützung getroffen werden.
- MQTT-Bridges helfen, Geräte ohne TLS-Support sicher zu verbinden, indem Nachrichten zu einem nahegelegenen gesicherten Broker weitergeleitet werden.
- Anwendung und Monitoring mit MQTT
- MQTT kann verwendet werden, um den Status langer Prozesse zu überwachen, indem periodisch Statusmeldungen gesendet werden.
- Beispiel eines Skripts, das MQTT nutzt, um den Status eines laufenden Prozesses zu überwachen:
#!/bin/sh source mqttfuncs.sh mqtt Start # for ... # lange Schleife mqtt "verarbeite jetzt xyz `date`" # done mqtt "So, jetzt ist Schluss"
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- Für Programmierer
- Die »mosquitto_*« -Utilities sind für Tests oder zum Einbetten in Shellskripte unerlässlich.
- Unabhängig davon existieren MQTT-APIs für viele Sprachen, von Java und Javascript über C, C#, Objective-C und Lua bis Perl und Python.
- Der in Python geschriebene Subscriber aus Listing 3 vereinbart zunächst einen Callback, der aufgerufen wird, sobald eine Nachricht eintrifft.
- Jetzt verbindet sich der Client mit dem Broker und geht kontrolliert in eine Endlosschleife.
- Trifft vom Broker eine Nachricht mit dem richtigen Topic ein, wird der Callback ausgeführt, der die Nachricht ausgibt, in eine Datenbank speichert oder Ähnliches.
- Listing 3 - Subscriber in Python
#!/usr/bin/env python import paho.mqtt.client as paho # pip install paho-mqtt def on_message(mosq, userdata, msg): print "%s (qos=%s, r=%s) %s" % (msg.topic, str(msg.qos), msg.retain, str(msg.payload)) mqtt = paho.Client() mqtt.on_message = on_message mqtt.connect("localhost", 1883, 60) mqtt.subscribe("linux/+", 0) mqtt.loop_forever()
- Weitere Funktionen
- Um den Client-Status zu überwachen, fügt man einen letzten Willen in das Skript ein, wie in Listing 3 gezeigt.
- Das Projekt »mqttwarn« bietet ein Python-Werkzeug mit vielen Plugins für das Monitoring an.
- Listing 4 - Mqttwarn-Konfiguration
[defaults] launch = log, pushover [config:log] targets = { 'info' : [ 'info' ], } [config:pushover] targets = { 'linux' : ['ml1234567890..', 'buzQx...'], } [alerts/attention] targets = pushover:linux, log:info title: Linux Magazin format = {payload}
- Websockets
- Moderne Webbrowser können MQTT mit Hilfe von Websockets nutzen.
- Das Paho-Projekt stellt ein Javascript-Modul bereit, das dies implementiert.
- Alle Broker verfügen über Websocket-Unterstützung auf frei konfigurierbaren Ports.
- Im richtigen Leben
- MQTT wird außerhalb des IoT in verschiedenen Produkten eingesetzt, z. B. für den Statistik-Daemon Collectd und das Loggingsystem Graylog.
- Das Open-Source-Projekt Owntracks stellt I-OS- und Android-Clients bereit, die über MQTT Positionierungsdaten an den eigenen MQTT-Broker liefern.
- Bei der Heimautomatisierung und Open HAB kann MQTT ebenfalls nützlich sein.
- Facebook setzt beim Messenger aufgrund der geringen Latenz auf MQTT.