MQTT là gì?

Categories IoT

 


MQTT là gì

Đây là một giao thức truyền thông điệp (message) theo mô hình publish/subscribe (xuất bản – theo dõi), sử dụng băng thông thấp, độ tin cậy cao và có khả năng hoạt động trong điều kiện đường truyền không ổn định.

MQTT là một giao thức nhắn tin gọn nhẹ được thiết kế để liên lạc nhẹ giữa các thiết bị và hệ thống máy tính. MQTT được thiết kế ban đầu cho các mạng SCADA trong các nhà máy sản xuất và ứng dụng băng thông thấp, MQTT đã trở nên phổ biến gần đây do sự phát triển của Internet-of-Things (IoT).

Kiến trúc mức cao (high-level) của MQTT gồm 2 phần chính là Broker và Clients.

Trong đó, broker được coi như trung tâm, nó là điểm giao của tất cả các kết nối đến từ client. Nhiệm vụ chính của broker là nhận mesage từ publisher, xếp các message theo hàng đợi rồi chuyển chúng tới một địa chỉ cụ thể. Nhiệm vụ phụ của broker là nó có thể đảm nhận thêm một vài tính năng liên quan tới quá trình truyền thông như: bảo mật message, lưu trữ message.

Client thì được chia thành 2 nhóm là publisher và subscriber. Client là các software components hoạt động tại edge device cho nên chúng được thiết kế để có thể hoạt động một cách linh hoạt. Client chỉ làm ít nhất một trong 2 việc là publish các message lên một topic cụ thể hoặc subscribe một topic nào đó để nhận message từ topic này.

MQTT Clients tương thích với hầu hết các nền tảng hệ điều hành hiện có: MAC OS, Windows, Linux, Androids, iOS

Các bạn có thể tưởng tượng broker giống như một sạp báo. Publisher là các tòa soạn báo. Tòa soạn in báo và chuyển cho sạp báo. Người đọc báo đến sạp báo, chọn tờ báo mình cần đọc còn gọi là subscriber.

Bởi vì giao thức này sử dụng băng thông thấp trong môi trường có độ trễ cao nên nó là một giao thức lý tưởng cho các ứng dụng M2M tức là machine to machine.

Ưu điểm của MQTT là gì?

Giao thức MQTT cho phép hệ thống SCADA của bạn truy cập dữ liệu IoT. MQTT và mang lại nhiều lợi ích mạnh mẽ cho quy trình sản xuất của bạn:

  • Chuyển thông tin hiệu quả hơn
  • Tăng khả năng mở rộng
  • Giảm đáng kể tiêu thụ băng thông mạng
  • Giảm tốc độ cập nhật xuống giây
  • Rất phù hợp cho điều khiển và do thám
  • Tối đa hóa băng thông có sẵn
  • Chi phí cực nhẹ
  • Rất an toàn với bảo mật dựa trên sự cho phép
  • Được sử dụng bởi ngành công nghiệp dầu khí, Amazon, Facebook và các doanh nghiệp lớn khác
  • Tiết kiệm thời gian phát triển
  • Giao thức publish/subscribe thu thập nhiều dữ liệu hơn với ít băng thông hơn so với giao thức cũ

Publish, subscribe

Trong một hệ thống sử dụng giao thức MQTT, nhiều node trạm ( gọi là mqtt client – gọi tắt là client ) kết nối tới một MQTT server ( gọi là broker ). Mỗi client sẽ đăng ký một vài kênh ( goi là topic ), ví dụ như “/client1/channel1“, “/client1/channel2“. Quá trình đăng ký này gọi là “subscribe“, giống như chúng ta đăng ký nhận tin trên một kênh Youtube vậy. Mỗi client sẽ nhận được dữ liệu khi bất kỳ trạm nào khác gửi dữ liệu và kênh đã đăng ký. Khi một client gởi dữ liệu tới kênh đó, gọi là “publish“.

QoS

Ở đây có 3 tuỳ chọn QoS ( Qualities of service ) khi “publish” và “subscribe”:

  • QoS0 Broker/client sẽ gởi dữ liệu đúng 1 lần, quá trình gởi được xác nhận bởi chỉ giao thức TCP/IP, giống kiểu đem con bỏ chợ.
  • QoS1 Broker/client sẽ gởi dữ liệu với ít nhất 1 lần xác nhận từ đầu kia, nghĩa là có thể có nhiều hơn 1 lần xác nhận đã nhận được dữ liệu.
  • QoS2 Broker/client đảm bảm khi gởi dữ liệu thì phía nhận chỉ nhận được đúng 1 lần, quá trình này phải trải qua 4 bước bắt tay.

Một gói tin có thể được gởi ở bất kỳ QoS nào, và các client cũng có thể subscribe với bất kỳ yêu cầu QoS nào. Có nghĩa là client sẽ lựa chọn QoS tối đa mà nó có để nhận tin. Ví dụ, nếu 1 gói dữ liệu được publish với QoS2, và client subscribe với QoS0, thì gói dữ liệu được nhận về client này sẽ được broker gởi với QoS0, và 1 client khác đăng ký cùng kênh này với QoS 2, thì nó sẽ được Broker gởi dữ liệu với QoS2.

Một ví dụ khác, nếu 1 client subscribe với QoS2 và gói dữ liệu gởi vào kênh đó publish với QoS0 thì client đó sẽ được Broker gởi dữ liệu với QoS0. QoS càng cao thì càng đáng tin cậy, đồng thời độ trễ và băng thông đòi hỏi cũng cao hơn.

Retain

Retain là một cờ ( gọi là flag ) được gắn cho một message của giao thức MQTT. Retain chỉ nhận giá trị 0 hoặc 1 ( tương ứng 2 giá trị logic false hoặc true ). Nếu retain = 1, broker sẽ lưu lại message cuối cùng của 1 topic kèm theo mức QoS tương ứng. Khi client bắt đầu subscribe topic có message được lưu lại đó, client ngay lập tức nhận được message.

MQTT Bridge

MQTT Bridge là một tính năng của MQTT Broker cho phép các MQTT Broker có thể kết nối và trao đổi dữ liệu với nhau. Để sử dụng tính năng này, ta cần tối thiểu 2 Broker, trong đó, một Broker bất kỳ sẽ được cấu hình thành Bridge. Khi cấu hình MQTT bridge, ta cần lưu ý tới các thông số sau:

  • address: địa chỉ của broker cần kết nối
  • bridge_protocol_version: phiên bản của giao thức MQTT đang sử dụng chung cho 2 broker
  • topic: phần này định nghĩa 3 thong số: tên topic được trao đổi giữa 2 broker, chiều trao đổi (1 chiều hay 2 chiều) và topic mapping giữa 2 broker

Bảo mật

MQTT được thiết kế một cách nhẹ và linh hoạt nhất có thể. Do đó nó chỉ có 1 lớp bảo mật ở tầng ứng dụng: bảo mật bằng xác thực (xác thực các client được quyền truy cập tới broker).

Tuy vậy, MQTT vẫn có thể được cài đặt kết hợp với các giải pháp bảo mật đa tầng khác như kết hợp với VPN ở tầng mạng hoặc SSL/TLS ở tầng transport.

MQTT được thiết kế nhằm phục vụ truyền thông machine-to-machine nhưng thực tế chứng minh nó lại linh hoạt hơn mong đợi. Nó hoàn toàn có thể áp dụng cho các kịch bản truyền thông khác như: machine-to-cloud, cloud-to-machine, app-to-app. Chỉ cần có một broker phù hợp và MQTT client được cài đặt đúng cách, các thiết bị xây dựng trên nhiều nền tảng khác nhau có thể giao tiếp với nhau một cách dễ dàng.

Giao thức MQTT ra đời năm 1999 và tính đến thời điểm hiện tại, MQTT phiên bản 3.1.1 được công nhận chuẩn OASIS.

Ứng dụng của MQTT

Có một số dự án thực hiện MQTT ví dụ là:

  • Facebook Messenger  – Facebook đã sử dụng các khía cạnh của MQTT trong Facebook Messenger để trò chuyện trực tuyến . Tuy nhiên, không rõ MQTT được sử dụng bao nhiêu hoặc để làm gì.
  • IECC Scalable –  DeltaRail phiên bản mới nhất của hệ thống kiểm soát hiệu IECC của họ sử dụng MQTT cho thông tin liên lạc trong các phần khác nhau của hệ thống và các thành phần khác của hệ thống báo hiệu. Nó cung cấp khung truyền thông cơ bản cho một hệ thống tuân thủ các tiêu chuẩn CENELEC cho các thông tin liên lạc quan trọng về an toàn.
  • Amazon Web Services đã công bố Amazon IoT dựa trên MQTT vào năm 2015.
  • Các tổ chức không gian địa lý SensorThings API đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn có một phần mở rộng MQTT trong tiêu chuẩn như một giao thức thông báo bổ sung ràng buộc. Nó đã được chứng minh trong một thí điểm IoT của Bộ An ninh Nội địa Hoa Kỳ.
  • Các dịch vụ của Cơ sở hạ tầng thượng nguồn OpenStack được kết nối bằng một bus tin nhắn hợp nhất MQTT với Mosquitto là broker MQTT.
  • Adafruit đưa ra một MQTT miễn phí dịch vụ đám mây cho thí nghiệm IOT và người học gọi Adafruit IO trong năm 2015.
  • Microsoft Azure IoT Hub sử dụng MQTT làm giao thức chính cho các tin nhắn từ xa .
  • XIM, Inc. đã ra mắt ứng dụng khách MQTT có tên MQTT Buddy vào năm 2017. Đây là ứng dụng MQTT dành cho Android và iOS , nhưng không phải là F-Droid , người dùng có sẵn bằng tiếng Anh, tiếng Nga và tiếng Trung Quốc.
  • Node-RED hỗ trợ các nút MQTT kể từ phiên bản 0.14, để định cấu hình đúng các kết nối TLS .
  • Nền tảng tự động hóa phần mềm nguồn mở Home Assistant được bật MQTT và cung cấp bốn tùy chọn cho các broker MQTT.

Tham khảo bài viết Vì sao pin được xạc với nguồn DC mà không phải nguồn AC – Điện tử cơ bản

1 bình luận cho “MQTT là gì?

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *