O que é Protocolo MQTT e como Funciona? Principais Aplicações

O que é Protocolo MQTT e como Funciona?

Olá a Todos!!!

No post de hoje, iremos entender o que é o protocolo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), de que forma ele funciona, e quais são suas principais aplicações no mundo
IoT.

O que é MQTT?

O MQTT é um protocolo de mensagens
publish/subscribe, projetado para o transporte de telemetria em
enfileiramento de mensagens simples e leve, com baixa largura de banda, e
protocolo de conectividade machine-to-machine (M2M) ou “máquina para máquina”, que funciona no topo do
protocolo TCP / IP.

Ele foi projetado para conexões remotos onde um “pequeno tamanho de código” é
necessário ou a largura de banda da rede é limitada.

Ao utilizar o protocolo MQTT, você pode enviar comandos para
controlar portas de saídas, ler e publicar dados de sensores,
controlar remotamente esses dispositivos e muito mais. Você pode
estabelecer comunicação entre vários dispositivos.

Quem projetou o MQTT?

O MQTT foi projetado pelo Dr. Andy Stanford-Clark, da
IBM, e Arlen Nipper, da Arcom (atual
Eurotech), em 1999, para fazer a conexão dos sistemas de
telemetria de oleoduto por satélite.

Embora tenha começado como um protocolo proprietário, foi liberado
Royalty livre em 2010 e tornou-se um padrão OASIS em
2014.

Quais os Padrões do MQTT?

Existem as versões V5.0 e V3.1.1 que agora são padrões
OASIS (V3.1.1 também foi ratificado pela ISO). Como o
MQTT está relacionado ao protocolo SCADA e ao MQIsdp?

O “protocolo SCADA” e o “MQ Integrator SCADA Device Protocol”
(MQIsdp) são nomes antigos do que agora é conhecido como
MQ Telemetry Transport (MQTT).

O protocolo também é conhecido como “WebSphere MQTT”
(WMQTT), embora esse nome também não seja mais utilizado.

O MQTT utiliza alguma portas padrão?

Certamente sim. A porta padrão utilizada pelo MQTT TCP /
IP 1883 que é uma porta reservada com o IANA para uso com o
MQTT. A porta TCP / IP 8883 também está registrada, para usar o
MQTT sobre SSL.

O MQTT tem suporte para segurança?

Podemos passar um nome de usuário e senha com um pacote MQTT na
V3.1 do protocolo. A criptografia através da rede pode ser tratada com
SSL, independentemente do protocolo MQTT em si (vale a pena
notar que o SSL não é o mais leve dos protocolos e adiciona uma
sobrecarga de rede significativa).

Segurança adicional pode ser adicionada por um aplicativo que criptografa
dados que envia e recebe, mas isso não é algo embutido no protocolo, a fim de
mantê-lo simples e leve.

Quais são as vantagens do MQTT?

O protocolo MQTT permite que seu
sistema SCADA acesse dados
da IoT. O MQTT traz muitos benefícios
poderosos para o seu processo:

Distribua informações com mais eficiência

Aumentar a escalabilidade

Reduza drasticamente o consumo de largura de banda da rede

Reduza as taxas de atualização para segundos

Muito adequado para sensoriamento remoto e controle

Maximizar a largura de banda disponível

Sobrecarga extremamente leve

Muito seguro com segurança baseada em permissão

Usado pela indústria de petróleo e gás, Amazon, Facebook e outras grandes
empresas

Economiza tempo de desenvolvimento

O protocolo de publicação / assinatura coleta mais dados com menos largura
de banda em comparação com os protocolos de pesquisa.

Como o MQTT Funciona?

MQTT é um protocolo de publicação / assinatura que permite que dispositivos de borda de rede publiquem em
um broker. Os clientes se conectam a esse broker, que medeia a comunicação entre os dois dispositivos. Cada dispositivo
pode se inscrever ou se registrar em tópicos específicos.

Quando outro cliente publica uma mensagem em um tópico inscrito,
o broker encaminha a mensagem para qualquer cliente que se inscreveu.

O MQTT é bidirecional e mantém o reconhecimento da sessão com estado. Se
um dispositivo de borda de rede perder a conectividade, todos os clientes
inscritos serão notificados com o recurso “Última Vontade e Testamento” do
servidor MQTT, para que qualquer cliente autorizado no sistema possa publicar um novo
valor de volta no limite de borda dispositivo de rede, mantendo a
conectividade bidirecional.

A leveza e eficiência do MQTT possibilitam aumentar significativamente a quantidade de dados que
estão sendo monitorados ou controlados.

Antes da invenção do MQTT, aproximadamente 80% dos dados eram deixados em locais remotos, embora várias linhas de
negócios pudessem ter usado esses dados para tomar decisões mais
inteligentes. Agora, o MQTT torna possível coletar, transmitir e analisar mais dados sendo
coletados.

Diferentemente do modelo usual de consulta / resposta de muitos protocolos, que tendem a saturar desnecessariamente as
conexões de dados com dados inalteráveis, o modelo de publicação / assinatura do MQTT maximiza a largura de banda disponível.

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Principais Aplicações

O protocolo MQTT, foi a princípio um protocolo utilizado para
realizar conexões dos sistemas de telemetria de oleoduto por satélite, como já mencionado nos tópicos acima, mas que atualmente se expandiu e
largos passos na história dos sistemas de automação, devido ao seu protocolo
de mensagens publish/subscribe.

Projetado para o transporte de telemetria em enfileiramento de mensagens
simples e leve, com baixa largura de banda, protocolo de
conectividade M2M que funciona no topo do protocolo TCP / IP, ele é
bastante utilizado em conexões remotos e com poucas linhas de código para
fazê-lo funcionar.

Com esse protocolo, podemos enviar comandos para controlar portas
GPIO de uma central de controle, como os
ESP8266, ESP32, Arduinos entre outros, já bastante difundidos aqui em
nosso Blog, podendo ler e publicar dados de sensores, controlar
remotamente esses dispositivos e muito mais.

Você pode estabelecer comunicação entre vários outros dispositivos, tais
como integração entre Assistentes virtuais, como o Echo Dot Alexa,
Google Home entre outros.

Documentação MQTT em Inglês

Especificações de Protocolo

O MQTT v3.1.1 é um padrão ISO e OASIS mais antigo. A
especificação está disponível no site da OASIS em Inglês na página
Web em HTML ou em PDF.

O MQTT v5.0 é um padrão OASIS. A especificação está
disponível no site da OASIS em Inglês na página Web em HTML ou em PDF.

Para referência com versão anterior do MQTT v3.1 está disponível
Aqui.

O MQTT-SN v1.2, conhecido como MQTT-S, está disponível
Aqui. O MQTT para redes de sensores é destinado a dispositivos
incorporados em redes não TCP / IP, como o Zigbee.

O MQTT-SN é um protocolo de mensagens de publicação / assinatura
para redes sem fio de sensores (WSN), com o objetivo de estender o
protocolo MQTT além do alcance da infraestrutura
TCP / IP para soluções de sensores e atuadores.