IoT protokols · ISO/IEC 20922 · 9 min lasīšanai

MQTT – IoT ziņojumapmaiņas protokols

Mūsdienu IoT publicēšanas-abonēšanas ziņojumapmaiņas mugurkauls. Kā MQTT iekļaujas viedajā mājā un ēku automatizācijā kopā ar KNX, DALI un Home Assistant.

Kas ir MQTT?

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ir viegls publicēšanas-abonēšanas ziņojumapmaiņas protokols, kas sākotnēji tika izstrādāts satelītu savienojumiem 1990. gados (IBM/Eurotech). Šodien tas ir dominējošais protokols IoT ierīču un serveru saziņai – no ESP8266 sensoriem līdz rūpnieciskiem PLC.

Atšķirībā no KNX (kopnes bāzēts) vai Modbus (meistars/vergs), MQTT izmanto brokera modeli: ierīces publicē ziņojumus par tēmām centrālajā brokerī (piem., Mosquitto), un jebkurš abonents, kas klausās šo tēmu, saņem ziņojumu. Nav tiešas ierīces-ierīcei saziņas.

Pamatjēdzieni:

Brokeris: Centrālais serveris, kas maršrutē visus ziņojumus (Mosquitto, HiveMQ, EMQX). Viedajā mājā = darbojas uz HA servera vai atsevišķa Pi.
Tēma: Hierarhisks virknes ceļš, piem., home/livingroom/light/state
Publicēt: Ierīce nosūta ziņojumu uz tēmu
Abonēt: Klients klausās tēmu un saņem visus tai publicētos ziņojumus
Saglabāts ziņojums: Brokeris glabā pēdējo vērtību – jauni abonenti to saņem uzreiz
QoS 0/1/2: Ne vairāk kā vienreiz / Vismaz vienreiz / Tieši vienreiz piegādes garantija

MQTT specifikācija

Parametrs	Vērtība
Standarts	ISO/IEC 20922 (MQTT 3.1.1), MQTT 5.0
Transports	TCP/IP (ports 1883) vai TLS (ports 8883)
Topoloģija	Zvaigzne (brokera centrēta)
Virziens	Divvirzienu publicēt/abonēt
Datu saturs	Jebkurš binārs/teksts – parasti JSON vai vienkārša vērtība
Tēmas atdalītājs	/ (slīpsvītra), piem., home/floor1/room2/temp
Aizstājējzīme (viena līmeņa)	+ (plus), piem., home/+/light
Aizstājējzīme (vairāku līmeņu)	# (hash), piem., home/#
QoS 0	Aizdedzi un aizmirsti – nav piegādes garantijas
QoS 1	Vismaz vienreiz – saņēmējs apstiprina (var dublēties)
QoS 2	Tieši vienreiz – 4-pakāpju rokasspiediens
Saglabātie ziņojumi	Brokeris glabā pēdējo ziņojumu katrai tēmai
Gribas ziņojums	Brokeris nosūta, ja klients negaidīti atvienojas
Autentifikācija	Lietotājvārds/parole, TLS sertifikāti
Ports (nešifrēts)	1883
Ports (TLS)	8883

MQTT viedajā mājā – ekosistēma

MQTT ir kopējā valoda DIY un daļēji profesionālai viedajai mājai. Vairāki lieli projekti to izmanto kā transporta slāni:

Zigbee2MQTT

zigbee2mqtt.io

Pārtulko Zigbee radio telegrammas uz MQTT. Pievienojiet Zigbee koordinatoru (CC2530, SkyConnect) HA, palaidiet Zigbee2MQTT, un 2500+ Zigbee ierīces parādās kā MQTT tēmas. Nav nepieciešams Philips Hue centrmezgls.

Tasmota / ESPHome

tasmota.github.io

Atvērtā pirmkoda programmatūra ESP8266/ESP32 moduļiem. Ievietojiet lētu Sonoff releju ar Tasmota, un tas kļūst par MQTT publicējošu viedo slēdzi. ESPHome ir HA dzimtā.

Home Assistant MQTT integrācija

home-assistant.io

HA var publicēt un abonēt jebkuru MQTT tēmu. Konfigurējiet caur YAML vai UI. MQTT Discovery automātiski izveido HA entītijas, kad ierīce paziņo par sevi caur noteiktu tēmu.

Node-RED

nodered.org

Plūsmas bāzēta vizuālā programmēšana, kas abonē MQTT tēmas, pielieto loģiku un publicē uz citām tēmām vai KNX/HTTP galapunktiem. Bieži izmanto kopā ar HA sarežģītai maršrutēšanai.

WirenBoard

wirenboard.com

Krievu DIN-sliedes kontrolieris izmanto MQTT kā primāro protokolu. WirenBoard publicē visus sensoru rādījumus un pieņem vadību caur MQTT tēmām. Darbojas ar HA un Node-RED.

Tēmu struktūras piemēri

MQTT tēmu koka piemērs (viedā māja)

home/
├── livingroom/
│ ├── light/state "ON" / "OFF"
│ ├── light/brightness "75" (0-100%)
│ ├── light/color_temp_k "3000"
│ ├── temperature "21.5"
│ └── occupancy "true" / "false"
├── kitchen/
│ ├── light/state "ON"
│ └── humidity "45"
├── bedroom/
│ ├── blind/position "75" (0=open, 100=closed)
│ └── thermostat/setpoint "20.5"
└── panel/
 ├── meter/power_w "1247"
 └── meter/energy_kwh "1852.3"

MQTT vs KNX – kad lietot kuru

Aspekts	MQTT	KNX TP
Infrastruktūra	IP tīkls (Ethernet/WiFi)	Īpašs TP kopnes kabelis
Uzticamība	Atkarīga no tīkla + brokera darbības laika	Determinēta, kopne vienmēr ieslēgta
Aizkave	Milisekundes (IP) + brokera aprites laiks	<50ms (tieša kopnes telegramma)
Mērogojamība	Neierobežota (horizontāla mērogošana)	255 adreses uz līniju, max 15 līnijas
Iestatīšanas sarežģītība	Zema (brokeris + publicēt/abonēt)	Augsta (ETS programmēšana, adresēšana)
Aparatūras izmaksas	Zemas (ESP8266 = €2)	Augstas (KNX izpildmehānisms = €50–200+)
Sertifikācija	Nav nepieciešama	KNX sertificēts + ETS licence
Darbojas bez servera	Brokerim jābūt ieslēgtam	Vietējā kopne darbojas bez servera
Labākais lietojums	Sensoru dati, IoT integrācija, elastīgs DIY	Drošībai kritiska vadība, komerciāla ēka
Tipisks lietotājs	Izgatavotājs, HA integrētājs, IoT izstrādātājs	Elektroinženieris, DALI/KNX speciālists

Īstā atbilde: Labi izstrādātā premium instalācijā KNX apstrādā aparatūras vadību (pārslēgšana, aptumšošana, žalūzijas), bet MQTT/IP apstrādā sensoru datu apkopošanu un programmatūras integrācijas (enerģijas uzraudzība, klātbūtne, laikapstākļi). Tie ir papildinoši – nevis konkurējoši.

KNX + MQTT integrācijas iespējas

Home Assistant (KNX + MQTT integrācijas)

Gan KNX, gan MQTT integrācijas darbojas HA. Automatizācijas var nolasīt MQTT sensoru vērtības un aktivizēt KNX izpildmehānismus – vai otrādi. Nav nepieciešams papildu aparatūra.

knx-mqtt-bridge (atvērtais pirmkods)

Atsevišķs Node.js pakalpojums, kas divvirzienu režīmā savieno KNX grupu adreses ar MQTT tēmām. Katra KNX GA tiek kartēta uz MQTT tēmu. Darbojas uz Pi vai Docker.

Node-RED KNX + MQTT mezgli

node-red-contrib-knx + MQTT mezgli. Vizuāla plūsmas programmēšana: MQTT tēma transformācija KNX telegramma. Piemērots sarežģītai nosacījumu maršrutēšanai.

WirenBoard WB-MGW vārteja

WirenBoard vārtejas iekārta var tulkot starp RS-485/Modbus ierīcēm un MQTT. Tad HA nolasa MQTT un publicē uz KNX. Izplatīts Austrumeiropā.

Saistītie protokoli

Modbus RTU/TCP

Seriālais rūpnieciskais protokols – MQTT bieži savieno Modbus sensorus ar IP tīkliem

Home Assistant + KNX ceļvedis

Izmantojot HA, lai savienotu MQTT sensorus ar KNX izpildmehānismiem