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MQTT (Message Queue Telemetry Transport) è un protocollo di messaggi client/server di tipo publisher/subscriber costruito utilizzando TCP/IP. È stato progettato per essere leggero e avere un basso impatto nell’uso della rete; queste caratteristiche lo rendono ideale per l’uso in molte situazioni, inclusi ambienti vincolati, come ad esempio per la comunicazione in contesti Machine to Machine (M2M) e Internet of Things (IoT) in cui è richiesto un basso uso di dati trasmessi e/o larghezza di banda di rete.
◊ Utilizza un modello publisher/subscriber che fornisce la distribuzione di messaggi uno a molti e il disaccoppiamento delle applicazioni che ne fanno uso.
◊ Il trasporto di messaggi è indipendente dal contenuto.
◊ Qualità del servizio (QoS) che definisce le possibilità d’invio di messaggi a seconda della rete sottostante
◊ Un meccanismo per notificare alle parti interessate quando si verifica una disconnessione anomala
Richiesta di connessione tra client e server, la richiesta contiene uno o più campi codificati: un identificatore client univoco (ClientId), un argomento, un payload, nome utente e password. Tutto tranne l’identificatore del client può essere omesso e la loro presenza è determinata in base ai flag nell’intestazione della richiesta.
Il server risponde ad una richiesta di connessione con il risultato (Success) oppure richiedendo opzioni aggiuntive di autenticazione (tramite richieste AUTH) se utilizzate.
Viene inviato al server per creare una o più sottoscrizioni. Ciascuna sottoscizione registra l’interesse di un client per uno o più Argomenti. Il server invia pacchetti PUBLISH al client per inoltrare i messaggi dell’applicazione che sono stati pubblicati su argomenti che corrispondono a queste sottoscrizioni. Il pacchetto SUBSCRIBE specifica inoltre (per ogni sottoscizione) la QoS massima con cui il server può inviare messaggi al client.
Retain Handling option: Se il server ha abilitato la policy di RETAIN sui messaggi ricevuti è possibile specificare come il client vorrebbe gestire i vecchi messaggi salvati dal server.
Possono essere inviati sia da client a server che viceversa. I messaggi utilizzati dal protocollo contengono i dati del payload, un informazione sulla qualità del servizio (QoS), una raccolta di proprietà e il nome dell’argomento.
Messaggio di controllo MQTT finale inviato dal client o dal server che chiude la connessione. Indica il motivo per cui la connessione di rete viene chiusa.
Esistono poi altre tipologie di comandi definiti dallo standard MQTT:
Azure IoT Hub offre comunicazioni bidirezionali sicure con i propri dispositivi per comunicare mediante l’invio di messaggi dai propri dispositivi alle soluzioni di back-end e viceversa.
Azure ha integrato nella sua piattaforma di gestione IoT il protocollo MQTT, tramite l’uso dello IoT Hub è possibile mettere in comunicazione tra loro i dispositivi ad esso connessi. L’hub IoT non è un broker MQTT completo e non supporta tutti i comportamenti specificati nello standard MQTT v3.1.1 (esiste poi anche un implementazione in preview di MQTT v5).
Un dispositivo può usare il protocollo MQTT per connettersi a un IoT Hub usando l’SDK fornito da Microsoft che utilizza la porta 8883 oppure, tramite WebSocket, la porta 443. SDK che puo essere utilizzato in diversi linguaggi: Node.JS, Java, C, C#, Python.
Di seguito un esempio, utilizzando la libreria .NET C#:
Come prima cosa è necessario creare un DeviceClient, classe che si occuperà di gestire tutte le comunicazioni descritte in precedenza per il protocollo MQTT:
var deviceClient = DeviceClient.CreateFromConnectionString(parameters.PrimaryConnectionString, TransportType.Mqtt);
Per inviare messaggi dal dispositivo al IoT HUB utilizzando il protocollo MQTT possiamo utilizzare un procedimento simile al seguente:
private async Task SendDeviceToCloudMessagesAsync(CancellationToken ct)
{
// Initial telemetry values
double minTemperature = 20;
double minHumidity = 60;
var rand = new Random();
try
{
while (!ct.IsCancellationRequested)
{
double currentTemperature = minTemperature + rand.NextDouble() * 15;
double currentHumidity = minHumidity + rand.NextDouble() * 20;
// Create JSON message
string messageBody = JsonSerializer.Serialize(
new
{
temperature = currentTemperature,
humidity = currentHumidity,
});
using var message = new Message(Encoding.ASCII.GetBytes(messageBody))
{
ContentType = "application/json",
ContentEncoding = "utf-8",
};
// Add a custom application property to the message.
message.Properties.Add("temperatureAlert", (currentTemperature > 30) ? "true" : "false");
// Send the telemetry message
await _deviceClient.SendEventAsync(message, ct);
Console.WriteLine($"{DateTime.Now} > Sending message: {messageBody}");
await Task.Delay(1000, ct);
}
}
catch (TaskCanceledException) { }
}
Nella fase d’invio esistono alcune limitazioni:
Per sottoscriversi alla ricezioni di messaggi invece è possibile utilizzare la funzione “SetReceiveMessageHandlerAsync” messa a disposizione dalla libreria, di seguito un esempio:
// Subscribe to receive C2D messages through a callback.
await _deviceClient.SetReceiveMessageHandlerAsync(OnC2dMessageReceivedAsync, _deviceClient);
Console.WriteLine($"\n{DateTime.Now}> Subscribed to receive C2D messages over callback.");
Console.WriteLine($"\n{DateTime.Now}> Device waiting for C2D messages from the hub...");
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}> Use the Azure Portal IoT Hub blade or Azure IoT Explorer to send a message to this device.");
// Unsubscribe from receiving the callback.
await _deviceClient.SetReceiveMessageHandlerAsync(null, null);Fatto questo è possibile ricevere tramite eventi di callback i messaggi relativi alla sottoscrizione che abbiamo fatto. È possibile anche specificare l’argomento per il quale vogliamo ricevere messaggi.
Come descritto, Azure IoT Hub offre un semplice meccanismo di gestione messaggi publisher/subscriber, implementando, anche se non al 100%, il protocollo MQTT (Esistono anche altri protocolli messi a disposizione dal IoT Hub come ad esempio AMQP). Oltre a questo loT Hub mette a disposizione anche una serie di altre funzionalità utili alla costruzione di un’infrastruttura di comunicazione tra dispositivi, come adesempio l’uso di dispositivi Gemelli che rappresentano su cloud la loro controparte fisica oppure l’utilizzo di chiamate dirette a metodi HTTP (invece di utilizzare MQTT). In questo articolo è stato riportato un esempio che mostra una piccola parte delle possibilità offerte da Azure IoT Hub.