Eigenschaften von MQTT

• Leichtgewichtig
• Batterieschonend
• Bandbreitenschonend
• Gleichzeitige Nachrichtenübermittlung an viele Geräte
• Kleine Client-Bibliotheken
• Minimaler Protokolloverhead
• Daten-agnostisch (keine Präferenz zu bestimmten Datenformaten)

Publish / Subscribe

• Sender sind Publisher, Empfänger sind Subscriber
• Sender und Empfänger kennen sich nicht
• Zum Senden und Empfangen von Nachrichten wird ein Vermittler benötigt

Broker

• Als Vermittler (Broker) wird ein zentraler Server/Rechner benötigt
• Broker weiß an welchen Subscriber eine Nachricht gesendet werden muss
• Es können über MQTT Bridges auch mehrere Broker eingesetzt werden
• Beliebter MQTT Broker: Mosquitto

Reservierte Ports (IANA)

• 1883
• 8883

MQTT im Detail

Technisch

• Baut auf dem TCP/IP Stack auf
• Jeder Client ist mit dem Broker verbunden

Topics

• Ein Topic stellt dar an welche Empfänger eine Nachricht geschickt wird
• Empfänger teilen dem Broker mit, dass sie Nachrichten zu einem Topic erhalten wollen
• Ein Sender sendet eine Nachricht unter einem Topic an den Broker
• Broker leitet die Nachricht an die entsprechenden Empfänger weiter

Topic-Level

• Ein Topic besteht aus 1 oder mehreren Topic-Leveln
• Jedes Level ist durch ein Slash (/) separiert
• Beispiel: HackerspaceBremen/Hauptraum/Temperatur

Topic-Eigenschaften

• Besteht aus einer UTF-8 Zeichenkette
• Mindestens 1 Zeichen
• Leerzeichen sind erlaubt
• Topic-Name ist Case-Sensitive
• Einzelner / ist erlaubt

Topic-Wildcards

• Empfänger kann mehrere Topics auf einmal abonnieren
• Sender kann Wildcards nicht nutzen
• +
  • Wildcard für ein Level
• #
  • Wildcard für mehrere Level

Homie

• Nicht Teil von MQTT
• git.io/homieiot
• Versuch Topic-Namen für Gerätschaften zu standardisieren

Quality of Service (QoS)

• Regelt Garantie der Zustellung
• Erleichtert Kommunikation in unzuverlässigen Netzwerken
• QoS-0: Bestenfalls einmal
• QoS-1: Mindestens einmal
• QoS-2: Genau einmal

QoS-0

• Zustellung nicht garantiert
• Broker bestätigt nicht den Empfang einer Nachricht gegenüber Sender

QoS-1

• Zustellung wird garantiert
• Broker bestätigt Empfang einer Nachricht gegenüber Sender
• Empfänger bestätigt nicht den Erhalt der Nachricht
• Duplikate sind möglich

QoS-2

• Zustellung wird garantiert
• Broker bestätigt Empfang einer Nachricht gegenüber Sender
• Empfänger bestätigt nicht den Erhalt der Nachricht
• Duplikate sind möglich

Retained Message

• Normale Nachricht mit retained Flag
• Broker speichert letzte Retained Message und QoS Level für Topic
• Jeder Empfänger erhält die Nachricht direkt nachdem ein Topic abonniert wurde

Last Will and Testament

• Benachrichtigung anderer Clients bei Verbingsabbruch
• LWT wird an ein Topic gesendet
• LWT wird bei Verbindung mit Broker gesetzt
• Broker sendet LWT an Empfänger wenn Client-Verbindung unterbrochen wird

Weiteres

• Keep alive
• Persistente Sitzungen
• Verschlüsselung über TLS
• Authentifizierung

Codebeispiele

Client-Bibliotheken

• Es gibt für nahezug jede Programmiersprache Client-Bibliotheken, u.a.
  • pubsubclient für Arduino
  • Eclipse Paho für Java, C, C++, Go, Lua und Python
  • esp_mqtt für ESP8266

Java

Verbindung zum Broker

MqttClient mqttClient = 
            new MqttClient("tcp://iot.eclipse.org","generated_clientId");

mqttClient.connect();

Java

Nachricht senden

mqttClient.publish("HackerspaceBremen/Hauptraum/Temperatur", 
            new MqttMessage("36.2".getBytes()));

Java

Nachricht empfangen

mqttClient.subscribe("HackerspaceBremen/Hauptraum/Temperatur", 
            new IMqttMessageListener() {
			
    @Override
    public void messageArrived(String topic, MqttMessage message) throws Exception {
        // message arrived
    }
});

Arduino

siehe Beispiel auf Github

ESP8266

siehe Beispiel auf Github

MQTT-SN

MQTT for Sensor Networks

• Einbindung von Geräten ohne TCP/IP
• Diese können über verschiedene Protokolle (z.B. Zigbee, Bluetooth Low Energy) angebunden werden
• Gateway bindet Geräte in MQTT-Netzwerk ein
• MQTT-SN ermöglicht kleineren Footprint (z.B. Topic-Id statt Name)