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Pourquoi le protocole MQTT est si populaire

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Le Message Protocole de la file d'attente de télémétrie (MQTT) Un concurrent clé pour la méthode de conférence de données la plus privilégiée.La principale raison pour laquelle la dose ouverte et la stature légère de MQTT sont bien adaptées aux appareils ConnectDisparate aux systèmes de contrôle de la supervision et d'acquisition de données (SCADA) ainsi que d'autres réseaux industriels.

Comme l'explique Omer Qadri, directeur du marketing de produit pour les produits Edge AndHMI à AVEVA, MQTT utilise une publication / abonction d'abonnement qui réduit l'utilisation de la bande passante par 95% par rapport aux communications interrogées traditionnelles et aux communications client / serveur à l'aide du protocole de transfert Hypertext (HTTP).«Un en-tête HTTP est généralement d'environ 8 000 octets», dit-il, «mais le protocole MQTT utilise seulement deux octets et des lignes de code AFEW."Ceci est la clé à une époque où des millions d'appareils IIoT (Internet Internet des objets) ont été déployés, beaucoup avec une faible mémoire interne et une puissance de traitement.

En plus d'avoir une empreinte beaucoup plus petite sur le réseau, l'architecture Publish / Subscribe de MQTT est également plus plate que la recherche utilisée par les protocoles d'automatisation industrielle traditionnels, tels que Modbus, Ethernet / IP et Profit.«Cette architecture [MQTT] remplace la pyramide d'automatisation traditionnelle», observe Garrett Schmidt, chef de produit senior pour CommunicationInterfaces chez Phoenix Contact USA.

Alors que les clients d'une architecture client / serveur ont communiqué en communication avec un point de terminaison ou un serveur, les éditeurs et les abonnés - expéditeurs et destinataires de sessages, respectivement directement les uns contre les autres dans une architecture publiée / abonnée.Ils communiquent plutôt avec un intermédiaire appelé Abroker;L'éditeur fournit au courtier des données et ces sous-estivateurs consomment les données.

«Le courtier peut résider n'importe où - sur le cloud, sur un PrivateServer, ou simplement courir sur un PC quelque part», explique Schmidt.«Itfilters les messages entrants et les distribue aux abonnés appropriés."

Il ajoute que ce découplage des éditeurs et des abonnés a la flexibilité dans les applications IIOT de au moins trois manières: «Premièrement, les éditeurs et les abonnés n'ont qu'à savoir comment sur le courtier, et non.Deuxièmement, un courtier peut stocker des messages pour les clients qui ne sont pas en ligne et les livrer lorsque la ressource est disponible.Et troisièmement, les opérations ne doivent pas être interrompues lorsque vous attendez de recevoir ou de publier un message pour coïncider avec la nature asynchrone de la plupart des bibliothèques clients."

MQTT a également l'avantage d'être unprotocol open-source construit sur TCP / IP (protocole de contrôle de transmission et protocole Internet).Essentiellement, MQTT permet aux utilisateurs de SendTCP / IP dans les deux sens, selon Arlen Nipper, co-créateur de MQTT et président et chef TechnologyOfficer chez Cirrus Link Solutions.

Comme HTTP, MQTT définit uniquement un protocole de transport.Cela ne prévoit pas de sécurité;il s'appuie sur TCP / IP pour cela.Comme HTTP, MQTT ne définit pas non plus de spécification de charge utile.Bien qu'être la charge utile agnostic offre la flexibilité de transférer la charge utile, y compris celles des systèmes hérités, il peut compliquer la connexion de certains appareils.Dans ces cas, aprogrammer serait tenu de traduire les données.

Pour éliminer ce travail de traduction et rationaliser la mise en œuvre, la spécification utile de la charge utile de Spark-Plug a été publiée en 2016. “Itmarked the first attempt to standardize on aninteroperable format for MQTT in industrialapplications," says Josh Eastburn, director oftechnical marketing at Opto 22.

En 2018, la Fondation Eclipse a parrainé le projet Tahu, qui a collecté des impléments de référence de Sparkplug.Le résultat a sur l'émergence des iiotdevices de plug-and-play à l'aide de MQTT.

Nipper dit que Sparkplug fait pour iiot ce que le langage de balisage hypertexte (HTML) a fait pour l'Internet des gens.Par conséquent, les HEI s'attendant à ce que les applications IIoT explosent, comme l'Internet des gens l'ont fait une fois que HTTPAND HTML a été défini.

Explosive growth expected
MQTT is already making significant inroadsin industrial automation, as well as enjoyingwidespread use in other applications.Facebook, par exemple, l'a adopté comme le transportlayer pour son application Messenger en 2011.

“Literally overnight, 800 million people wereusing MQTT," notes Andy Stanford-Clark,MQTT’s other co-creator and distinguishedengineer and master inventor at IBM UK.

Depuis lors, d'autres grandes entreprises technologiques ont emboîté le pas.AWS AMATON, Microsoft's Azure, IBM's Watson et Google IoT, par exemple, tous utilisent MQTT.Avec une large adoption, MQTT a dépassé HTTP en 2018 en tant que protocole de transport de choix pour l'Internet des objets, rapporte Stanford-Clark.

Why the MQTT Protocol is So Popular

De nombreux fournisseurs d'automatisation s'attendent à ce que MQTTTO domine finalement l'espace de réseautage industriel. “We believe MQTT willbecome the de facto industrial standard inthe next 10 years," predicts Qadri.«Il a largement adopté Willenjoy en tant qu'industrie rejette le modbus, OPC et des protocoles de délémétrie hérités qui sont encore des applications SCADA prédominantine."

Key milestonesAndy Stanford-Clark, MQTT co-creator, master inventor at IBM UK
The success of MQTT in the consumer spacehas obscured some fundamental facts aboutits origins.À savoir que le protocole est en cours depuis 23 ans maintenant et a été initialement développé pour l'automatisation industrielle, en particulier pour Phillips 66.

The development of MQTT occurred afterAT&T had been broken up and a number ofvendors began offering their own SCADAsystems to deliver data in real time by satellite.“Every one of those companies had aproprietary transport layer," recalls Nipper,who, at the time, was with Arcom ControlSystems Inc., une entreprise qu'il avait cofondée et qui fait maintenant partie d'Eurotech.

The one exception was AT&T, whichdesigned its new SCADA offering to runnatively on TCP/IP.Phillips 66 avait installé de ces systèmes et a demandé à Nipper Forhelp d'augmenter l'efficacité des flux réeltimedata entre les appareils de terrain et les consommateurs de données. “Polling over aVSAT [very small aperture terminal] is slow,"explains Nipper.«Et c'était très cher si vous aviez des centaines de sites, comme nous l'avons fait chez Phillips 66." Other constraints included the use of devices reliant on 8-bit embedded microprocessorsand 300-baud communications.

Parce que le directeur de la SCADA chez Phillips66 voulait reproduire le succès que l'ITDeartment avait eu avec MessageOrientEdMiddleware (maman) d'IBM, Heintroduit Nipper à Stanford-Clark d'IBM.En 1999, la paire a développé MQTT pour MombledScada.

En dépit d'être unprotocol open-source efficace, MQTT ne gagnerait pas beaucoup plus de temps pendant près d'une décennie. “It wasn’tuntil the protocol became available in a royalty-free license that it began to catch onoutside of IBM," explains Eastburn.«En 2010, Mosquitto, le premier MQTT Brokerwas open source, prouvant que MQTT avait Alife en dehors d'IBM et marquant un tournant dans son adoption."

Deux autres étapes dans l'adoption de l'industrie du protocole ont eu lieu en 2011.Tout d'abord, la Fondation Eclipse a lancé le projet de Paho, qui a collecté des clients MQTT, l'implémenté dans diverses langues. “In2011, IBM and Eurotech donated MQTT clientimplementations in C and Java to thefoundation, allowing for a complete MQTTsystem to be built from open-source components,"says Eastburn.

La même année, IBM a également commencé le processus de standardisation de MQTT avec l'organisation pour l'avancement des normes structurées (OASIS) finalement adapter la version 3.1.1 comme norme en 2014.Ensuite, en 2016, l'organisation internationale pour la normalisation (ISO) et l'international électrotechnicalcommission (IEC) basée à Thegeneva (IEC) ont également approuvé l'informatique ASISO / IEC 20922: 2016.

Pour suivre les progrès des technologies connexes, Oasis a publié la version 5 de MQTTIN mars 2019.Cette version permet aux utilisateurs de faire de nouvelles choses avec MQTT via le cloud, de grandes infrastructures distribuées et des grappes de plusieurs courtiers. “We were carefulnot to let too many things creep into it, aswe have to stick to the founding principles ofkeeping the protocol easy to understand andnot very chatty on the wire," says Stanford-Clark.L'ISO envisage actuellement l'adoption de la version 5 également.

Arlen Nipper, MQTT co-creator, president and CTO at Cirrus Link SolutionsPotential application concerns
Despite the success MQTT and its publish/subscribe architecture have had, it’s not optimalfor every application, according to KennethTran, founder and CEO of Koidra Inc., asupplier des iotechnologies axées sur l'intelligence artificielle. “We find the pub/sub model isoften not the best solution for higher-levelapplications, in part because they must beconfigured to consider asynchronous dataavailability," he says.«Dans une usine, il est typique de faire connecter de nombreux capteurs à acontroller, serveur ou hub de capteur sur le terrain."

Dans les systèmes IoT que Koidra propose, Anon-Premises IoT Hub agrége les données sur les capteurs d'une usine via des hubs plus petits et localiers. “These IoT hubs perform lightweightdata cleansing, processing, and compression—and then push the resulting informationto the cloud," explains Tran.Dans ce cas, «Parce qu'il n'y a qu'un seul consommateur, le nuage central, le framework pub / sous serait exagéré."

Un autre écueil potentiel consiste à se verrouiller.Cela peut se produire avec les données envoyées aux services cloud de TheVendor, qui peuvent se marier les origines open-source de MQTT.Dans ces instances, les utilisateurs achètent leur périphérique Edge et le connectent et le connectent à l'aide de MQTT.

“But you have no access to the data if itall remains within the vendor’s cloud environment,"explains Travis Cox, co-director ofsales engineering at Inductive Automation.

Par conséquent, Cox exhorte les utilisateurs à rendre la configuration de ces systèmes basés sur le cloud leur permet d'accéder à leurs données.“You can send the data to their cloud," hesays, “but ultimately you should be able tosend that data to your systems too."

Une deuxième façon de se verrouiller dans la technologie de propriété, malgré l'utilisation de MQTT, Isthrough le format de charge utile.Cela peut survenir MQTT peut transférer des charges utiles dans n'importe quel format, y compris le format propriétaire d'un fournisseur.

“If you don’t understand what’s being sent,then it’s going to be very hard for you to takeadvantage of it," Cox points out.Pour éviter cette opération, insistez pour avoir une définition qui vous dit à quoi ressemblent les données ou utilisent la spécification de la charge utile de l'Open-source Spark-Plug.

Cox recommande également de construire une résilientarchitecture. “If you were to lose a connectionor access to your central broker, thenyour applications would be blind," he says.Une façon dont il suggère pour construire la résilience avec une telle connexion interrompue devrait être de stocker des données dans un SOIT de cache local peut être transmis lorsque la connexion est rétablie.Une autre façon d'améliorer la résilience est d'avoir deux courtiers, afin que l'un puisse continuer à fonctionner si l'autre devrait échouer.