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MQTT (Message Queue Telemetry Transport)

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Quelle: Publish/Subscribe-Architektur von MQTT. © HiveMQ.com

Message Queue Telemetry Transport (MQTT) ist ein offenes Nachrichten-Protokoll für Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M), das die Übertragung von Messdaten-Daten in Form von Nachrichten zwischen Geräten ermöglicht, trotz hoher Verzögerungen oder beschränkten Netzwerken. Entsprechende Geräte reichen von Sensoren und Aktoren, Mobiltelefonen, Eingebetteten Systemen in Fahrzeugen oder Laptops bis zu voll entwickelten Rechnern. MQTT basiert auf TCP-Sockets.

MQTT implementiert das Publish/Subscribe-Pattern. Es ersetzt die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen durch einen zentralen Server (Broker), zu dem sich Datenproduzenten und -nutzer gleichermaßen verbinden können. Das Senden (publish) und Empfangen (subscribe) von Nachrichten funktioniert über sogenannte Topics. Ein Topic ist ein String, der eine Art Betreff der Nachricht darstellt, aber ähnlich einer Web Adresse aufgebaut ist.

Im obigen Beispiel funktioniert die komplette Kommunikation rein über Topics, und der Sensor (links) und die Endgeräte (rechts) wissen nichts über die Existenz des jeweils anderen.

Beispiel Topics

Zuhause/Wohnzimmer/Temperatur
Zuhause/Wohnzimmer/Luftfeuchtigkeit
Zuhause/Schlafzimmer/Temperatur
Zuhause/Schlafzimmer/Luftfeuchtigkeit

Topics haben noch ein weiteres wichtiges Konzept - Wildcards. In oben stehenden Codebeispiel sind vier Topics aufgelistet, und je ein Sensor sendet eine neue Nachricht auf den jeweiligen Topic, sobald sich ein Wert geändert hat. Man kann nun je nach Anwendungsfall Wildcards benutzen, um mehrere Topics zu abonnieren.

Beispiel Wildcards

Zuhause/+/Temperatur
Zuhause/Wohnzimmer/#
#

Oben sind alle möglichen Wildcard-Operatoren aufgelistet. Im ersten Fall bekommt die mobile Anwendung nur alle Nachrichten über neue Temperaturwerte, im zweiten Fall nur alle Werte aus dem Wohnzimmer und im dritten Fall alle Werte. Dabei lässt sich der +-Operator immer nur für eine Hierarchiestufe einsetzen und der #-Operator für beliebig viele Hierarchiestufen mit der Bedingung, dass dieser am Ende stehen muss.

Mechanismen zur Qualitätskontrolle

Ein weiteres wichtiges Konzept sind die drei Servicequalitäten bei der Datenübertragung 0, 1 und 2. Die Zusicherung variiert von keiner Garantie (Level 0) über die, dass die Nachricht mindestens einmal ankommt (Level 1), bis hin zur Garantie, dass die Nachricht genau einmal ankommt (Level 2).

MQTT Publish Beispiel 1

Mittels Publish (unten) kann eine Meldung zum MQTT Broker bzw. Topic gesendet werden.

Ein anderes Board oder der Mosquitto Client mosquitto_sub kann dieses Topic Abonnieren (subscribe).

Client

Mittels der Client Utilities von Mosquitto können Werte abgefragt oder gesendet werden.

Beispiel: Abfragen ob der Button A gedrückt wurde.

mosquitto_sub -h cloud.tbz.ch -t 'm5stack/#'
Button A was pressed
Button A was pressed
Button A was pressed

Beispiel: RGB Led

mosquitto_pub -h cloud.tbz.ch -t "m5stack/rgb" -m "12"
mosquitto_pub -h cloud.tbz.ch -t "m5stack/rgb" -m "255"

Eine Liste von Öffentlichen MQTT gibt es hier.

Beispiel

Sendet eine Meldung an den MQTT Broker wenn der Button A gedrückt wird.

Abonniert das Topic m5stack/rgb und setzt die Farbe des mittleren Leds.

from m5stack import *
from m5ui import *
from uiflow import *
from m5mqtt import M5mqtt

def fun_m5stack_rgb_(topic_data):
  # global params
  rgb.setColor(1,(0 << 16) | (int(topic_data) << 8) | 0)
  pass

def buttonA_wasPressed():
  # global params
  m5mqtt.publish(str('m5stack/button'),str('Button A was Pressed'))
  pass
btnA.wasPressed(buttonA_wasPressed)

m5mqtt = M5mqtt('ich', 'cloud.tbz.ch', 1883, 'test', 'test', 300)
m5mqtt.subscribe(str('m5stack/rgb'), fun_m5stack_rgb_)
m5mqtt.start()

MQTT Publish Beispiel 2

Im nachfolgenden Beispiel werden die MQTT Messages mit dem Tool MQTT Explorer visualisiert. Das Tool ist ein praktisches Entwickler- und Debugging Tool, dass die grundlegendsten Funktionen von MQTT abdeckt und weitere nützliche Zusatzfunktionen, wie Verbindungsverwaltung und Visualisierung von Werten in Diagrammen, beinhaltet.

Als Grundlage dient das Programm aus dem cloud Abschnitt.

01_MQTT

MQTT - Java

Ein Beispiel für einen MQTT Client mit Java und der Paho Library: https://github.com/alptbz/mqttdemo/

...

MemoryPersistence persistence = new MemoryPersistence();
        client = new MqttClient(broker, clientId, persistence);
        client.setCallback(this);
        MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();
        if(username != null) {
            connOpts.setUserName(username);
            connOpts.setPassword(password.toCharArray());
        }
        connOpts.setCleanSession(true);
        logger.info("Connecting to broker: "+broker);
        client.connect(connOpts);
        logger.info("Connected");
        isRunning = true;

...

Telegram + MQTT ChatBot Beispiele

chatbot

Ein Chatbot ist ein nützliches Tool, um mit wenig Code schnell ein UI zu bauen. Der Chat kann nicht nur für die Steuerung wie auch als Log verwendet werden.

MQTT + Telegram Beispiele:

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