Example MQTT for MCUs

note : tổng hợp tài liệu và code ví dụ phát triển MQTT trên vi điều khiển .

Khái niệm cơ bản về MQTT

• MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là một giao thức gởi dạng publish/subscribe ( xuất bản / theo dõi ) .
• Giao thức thường chạy trên TCP / IP . Tuy nhiên, bất kỳ giao thức mạng nào cung cấp các kết nối hai chiều, không mất dữ liệu đều có thể hỗ trợ MQTT .
• Được sử dụng cho các thiết bị với băng thông thấp , độ tin cậy cao và khả năng được sử dụng trong mạng lưới không ổn định.

note : đọc lại tài liệu và nắm rõ về giao thức mạng TCP/IP .

Kiến trúc bậc cao của MQTT gồm Broker và Client .

• Broker như máy chủ chung tâm điều phối dữ liệu , có thể hiểu Broker là một app chạy trên Server, nhiệm vụ của nó bao gồm :

  • nhận message từ publis .
  • xếp các messge theo hàng đợi .
  • chuyển các message tới một địa chỉ cụ thể .
  • bảo mật mess
  • lưu trữ mess
  • logs ...

• Client for MQTT được chia thành Publisher and Subscriber , nhiệm vụ của nó :

  • Subscribe (theo dõi / đăng ký) một topic để nhận mess từ topic này .
  • Publish mess ( gửi data ) lên một topic cụ thể ( topic tương tự như một kênh thông tin đc điều phối bởi Broker)
  • hoặc có thể vừa Publish vừa Subscribe

Cơ chế hoạt động cụ thể của Publisher và Subscribe

• mỗi một client sẽ đăng ký một kênh (topic) ví dụ "/client1/channel1" , "/client1/channel2" ... Quá trình này gọi là Subscribe
• mỗi một client sẽ nhận dữ liệu khi có client khác gửi thông tin vào kênh topic đó , việc client đẩy data lên topic gọi là Publish .

Qos ( Qualities of service ) .

note : QoS levels càng cao thì càng tin cậy hơn , nhưng delay sẽ lâu hơn và có yêu cầu băng thông cao hơn.

0. QoS0 : Broker / client sẽ gửi dữ liệu đúng 1 lần . quá trình gửi đc sác nhận bởi giao thức TCP/IP
1. QoS1 : Broker / client sẽ gửi dữ liệu với ít nhất 1 lần sác nhận từ đầu kia
2. Qos2 : Broker / client đảm bảo khi gửi dữ liệu thì phía nhận đc đúng 1 lần , quá trình này phải trải qua 4 bước bắt tay .

Một gói tin data có thể đc client gửi ở bất kì levels QoS nào . các client có thể đăng ký nhận data ở bất kỳ levels QoS , ví dụ A gửi data bằng phương thức QoS2 vào kênh , thì B có thể nhận data bằng QoS0 hoặc bất kỳ .

Retained Messages (Flag)

note : tất cả các messages có thể thiết lập đc giữ lại , điều này có nghĩa là broker sẽ giữ lại messages ngay cả khi nó đã đc gửi cho các client

• Retain là một cờ (flag) đc gắn vào message của giao thức MQTT .
• Retain chỉ nhận giá trị 0 = false và 1 = true.
• Cơ chế hoạt động :
  • Nếu Retain = 1 : broker sẽ lưu lại message cuối cùng topic kèm theo QoS tương ứng , khi có client đăng ký vào topic thì clien này sẽ ngay lập tức nhận đc message.

MQTT Bridge

note : MQTT Bridge là một tính năng của MQTT cho phép các MQTT Broker có thể tạo cầu nối (bridge) kết nối với nhau để chao đổi dữ liệu , cần 2 broker để tạo cầu nối , trong đó một broker bất kỳ đc cấy hình thành Bridge , cần những thông số sau :

• address : địa chỉ của broker cần kết nối
• bridge_protocol_version : phiên bản giao thức MQTT đang được sử dụng chung cho 2 broker
• topic phần này định nghĩa 3 tham số :
  • tên topic chao đổi dữ liệu giữa 2 broker
  • chiều chao đổi , 1 chiều hoặc 2 chiều
  • topic mapping giữa 2 broker

Tài liệu tham khảo

1. https://www.eclipse.org/community/eclipse_newsletter/2014/february/article2.php
2. https://arduino.esp8266.vn/network/mqtt.html
3. https://github.com/mqtt/mqtt.github.io/wiki
4. http://www.steves-internet-guide.com/mqtt/

Project MQTT for Esp8266

1. https://iotdesignpro.com/projects/how-to-connect-esp8266-with-mqtt
2. https://pubsubclient.knolleary.net/index.html
3. https://medium.com/@flespi/how-to-connect-esp8266-to-secure-mqtt-broker-know-it-all-and-get-it-done-approach-c33b94f37d88