MQTT im IoT: Einstieg in die M2M-Kommunikation

Von Dominik Obermaier, Christian Götz, Klemens Edler und Florian Pirchner

Die Kommunikation zwischen Geräten über das Internet ist längst keine Zukunftsmusik mehr. Kapitel 1 dieses shortcuts zeigt, wie mithilfe des MQTT-Protokolls und der Eclipse-Paho-Bibliothek eine Kommunikation unter Geräten möglich wird; als Beispiel wird ein Temperatursensor betrachtet. Im zweiten Kapitel geht der shortcut auf die Aufbereitung und Visualisierung der Daten ein, die eine Modifizierung des Controlcenters erfordert. Das dritte Kapitel widmet sich einem Eclipse-M2M-Projekt, in dem es um die Steuerung fliegender Haifische geht. Im abschließenden Kapitel wird ein Ausblick auf die EclipseCon Europe 2014 geliefert und das Projekt Eclipse SCADA mit seinen wichtigen Komponenten und deren Funktionsweisen vorgestellt.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: entwickler.press
• Erscheinungsdatum: 4. Dez. 2014
• ISBN: 9783868025194

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GmbH

1 M2M-Kommunikation mit MQTT

Das Internet der Dinge ist in aller Munde. Dank günstigen Einplatinencomputern wie Rasp­berry Pi und Arduino ist es möglich, preiswerte Geräte z. B. für die Erhebung und Auswertung von Sensordaten über das Internet zu vernetzen. Grund genug, sich Paho, die Referenzimplementierung des MQTT-Protokolls zur Maschine-zu-Maschine-(M2M-)Kommunikation für Java, genauer anzusehen und in einem konkreten Anwendungsfall einzusetzen.

Der Begriff „Internet of Things" wurde bereits 2009 von Kevin Ashton geprägt [1] und bezeichnet die Vernetzung von Dingen der realen Welt über das Internet oder geschlossene Netzwerke. Die Grundidee ist simpel: Physische Geräte können miteinander kommunizieren und so Daten untereinander austauschen oder gar gesteuert werden. Populär ist dieser Ansatz heute bereits bei der Erhebung von Sensordaten, die man dann über das Internet an interessierte Clients sendet. Diese Daten werden in der Folge meist aggregiert und für Menschen lesbar in Form von Diagrammen oder Statistiken aufbereitet.

Die Anwendungsszenarien sind praktisch unbegrenzt. Stellen Sie sich vor, Ihr Wecker würde automatisch zehn Minuten später klingeln, da er benachrichtigt wird, dass Ihre Zugverbindung fünfzehn Minuten Verspätung hat. Gleichzeitig würde Ihre Kaffeemaschine sich automatisch auch zehn Minuten später einschalten, damit ihr Frühstückskaffee nicht kalt ist, bis Sie aufstehen. Klingt wie Zukunftsmusik? Das alles ist heute schon möglich. Die Firma Ericsson prognostiziert, dass bis 2020 mindestens 50 Milliarden Geräte über das Internet kommunizieren werden [2]. Möglich ist das dank der zunehmenden Verbreitung von IPv6 und offenen Maschine-zu-Maschine-(M2M-)Kommunikationsprotokollen, die leichtgewichtig genug sind, um mit möglichst wenig Protokoll-Overhead sogar über Mobilfunknetze eine günstige Kommunikation zu erlauben.

MQTT

Das Message-Queue-Telemetry-Transport-(MQTT-)Protokoll wurde 1999 von Andy Stanford-Clark (IBM) und Arlen Nipper (Eurotech) als ein M2M-Kommunikationsprotokoll mit minimalen Protokoll-Overhead entwickelt, um vernetzten Geräten eine Möglichkeit zu bieten, möglichst bandbreiten- und batterieschonend zu kommunizieren. Das Protokoll schlägt mit einem ereignisgesteuerten Ansatz einen anderen Weg ein als beispielsweise HTTP, welches auf Request/Response basiert. MQTT benutzt das Publish Subscribe Pattern (Abb. 1.1). Das bedeutet, dass die Clients sich untereinander nicht kennen und einen zentralen Verteiler, einen so genannten Broker, zur Kommunikation nutzen. Der Broker ist dafür zuständig, dass eine gesendete Nachricht alle interessierten Clients erreicht. Wenn ein Client sich mit einem Broker verbindet, teilt dieser dem Broker mit, für welche so genannten Topics er benachrichtigt werden möchte, also welche Topics er abonnieren will. Diesen Vorgang nennt man Subscribe. Wenn ein Client eine Nachricht sendet, muss er darin angeben, an welches Topic diese Nachricht gesendet werden soll. Diesen Vorgang nennt man Publish. Durch diese Architektur ist es möglich, hochskalierbare Lösungen mit Tausenden von Clients zu entwickeln, ohne dass Abhängigkeiten zwischen