/
MQTT Client (Message Queue Telemetry Transport)

MQTT Client (Message Queue Telemetry Transport)

Podporované typy a verzie zariadení 
Konfigurácia komunikačnej linky
Parametre protokolu linky
Konfigurácia komunikačnej stanice
Konfigurácia meraných bodov
Literatúra
Revízie dokumentu

Podporované typy a verzie zariadení

Protokol je implementáciou štandardu MQTT 3.1.1 (október 2014). MQTT protokol je klient/server protokol typu subscribe/publish. Je jednoduchý, má malú réžiu a je ľahko implementovateľný. Používa sa na komunikáciu M2M (Machine to Machine) a v kontexte IoT (Internet of Things).
D2000 KOM implementuje klientskú časť protokolu. Protokol je implementovaný na TCP/IP linke.
Pre prenos LoRaWAN dát v rámci MQTT protokolu pozri popis protokolu LoRaWan.

Komunikácia bola testovaná/nasadená voči:

Pozn: bola otestovaná aj komunikácia voči cloudu liveobjects.orange-business.com cez websockety (wss://liveobjects.orange-business.com:443/mqtt). Ako WSS wrapper bol použitý program https://github.com/jimparis/unwebsockify.git. Tento bol spustený s parametrami:
./unwebsockify.py --port 1883 --listen 172.16.0.1 wss://liveobjects.orange-business.com:443/mqtt
D2000 KOM proces sa pripájal k adrese 172.16.0.1 na port 1883. WSS wrapper sa pripojil na definovanú URL a zabalil dáta MQTT komunikácie do websocket obálky.



Každá PUBLISH správa obsahuje tému (Topic), samotné dáta (Payload) a úroveň potvrdzovania (QoS). PUBLISH správy môže odosielať klient aj server. Klient na začiatku komunikácie použije správu SUBSCRIBE na oznámenie, o aké témy (parameter protokolu Topic Filter) má záujem.

Protokol definuje tieto úrovne potvrdzovania PUBLISH správ - QoS (Quality of Service):

  • QoS_0 - správa PUBLISH nie je potvrdzovaná, môže dôjsť ku strate

  • QoS_1 - správa PUBLISH je druhou stranou potvrdzovaná PUBACK, môže dôjsť k duplicite

  • QoS_2 - správa PUBLISH je druhou stranou potvrdzovaná PUBREC, tá je spätne potvrdzovaná správou PUBREL a tá finálne správou PUBCOMP

Úroveň potvrdzovania správ posielaných procesom D2000 KOM definuje parameter protokolu Publish QoS. D2000 KOM proces považuje zápis výstupného meraného bodu za úspešne ukončený v závislosti od QoS:

  • QoS_0 - po úspešnom odoslaní dát cez TCP spojenie

  • QoS_1 - po prijatí PUBACK

  • QoS_2 - po prijatí PUBCOMP

Komunikácia MQTT sa začína správou CONNECT, ktorú pošle klient (D2000 KOM). Správa obsahuje prihlasovacie meno (User Name), heslo (Password) a ďalšie parametre, z ktorých sa dá nastaviť Clean Session Flag a Client ID (parameter Will Flag sa nevyužíva, podobne ako Will QoS a Will Retain, parameter Keep Alive je nastavený na 0). Server odpovedá správou CONNACK s návratovým kódom, ktorý obsahuje informáciu o úspešnosti pripojenia.
Následne klient pošle správu SUBSCRIBE s filtrom tém (parameter Topic Filter), o ktoré má záujem a požadovanou maximálnou úrovňou potvrdzovania (parameter Subscribe QoS).
Server odpovedá návratovým kódom, ktorý obsahuje informáciu o úspešnosti a maximálny QoS, ktorý bol pre požadované témy pridelený.
Nasleduje bežná komunikácia, počas ktorej klient aj server posielajú PUBLISH správy (klient s ľubovoľnou témou, server s témami zodpovedajúcimi filtru tém prijatej SUBSCRIBE správy) a podľa hodnoty parametra QoS prijatých správ PUBLISH ich potvrdzujú.
Pokiaľ server nepošle žiadnu správu dlhšie ako Ping Interval sekúnd, klient pošle PING request správu, na ktorú server musí odpovedať PING response správou (do času špecifikovaného parametrom Reply Timeout).
Pokiaľ dôjde k zmene parametrov na linke, spojenie je zavreté a znovu vytvorené.

Komunikácia bola otestovaná voči MQTT serveru www.TheThings.network.

Konfigurácia komunikačnej linky

  • Kategória komunikačnej linky: TCP/IP-TCP.

  • Host: IP adresa MQTT servera (prípadne redundantné adresy oddelené čiarkou alebo bodkočiarkou).

  • Port: číslo portu je štandardne 1883 alebo 8883 pre kryptovanú SSL/TLS variantu.

  • Číslo linky: nepoužité, nastavte hodnotu 0.

Pozn: Štandardný port pre MQTT protokol je 1883 resp. 8883 pre SSL/TLS verziu. D2000 KOM neobsahuje implementáciu SSL/TLS varianty protokolu, ale je možné ju nakonfigurovať s použitím utility stunnel http://www.stunnel.org pracujúcej v klientskom móde (client = yes). Stunnel bežiaci na rovnakom počítači ako D2000 KOM by mal počúvať na lokálnom porte 1883 a po pripojení sa D2000 KOM procesu na tento port by mal komunikáciu zakryptovať pomocou SLL/TLS a poslať na cieľový MQTT server (typicky na port 8883).

Vynútené prerušenie spojenia: Keď sa všetky stanice na linke dostanú do simulácie alebo majú zastavenú komunikáciu, linka sa odpojí (dôjde ku zavretiu komunikačného socketu). Keď aspoň jedna stanica bude mať vypnutú simuláciu a nebude mať zastavenú komunikáciu (záložka Parametre objektu Stanica), linka sa znovu pripojí.

Parametre protokolu linky

Dialóg konfigurácia linky - záložka Parametre protokolu.
Ovplyvňujú niektoré voliteľné parametre protokolu. Môžu byť zadané nasledovné parametre protokolu linky:

Tab. č. 1

Parameter

Popis

Jednotka / rozmer

Náhradná hodnota

Full Debug

Zapnutie podrobných výpisov o posielaní a prijímaní hodnôt.

YES/NO

NO

User Name

Užívateľské meno použité v správe CONNECT na pripojenie sa k MQTT serveru.

-

 

Password

Heslo použité v správe CONNECT na pripojenie sa k MQTT serveru.

-

 

Topic Filter

Meno jednej témy alebo filter pre viacero tém posielaný v rámci SUBSCRIBE správy. Filtrom špecifikuje MQTT klient témy, v rámci ktorých chce prijímať správy.
Pozn: témy sú zoradené hierarchicky, ako oddeľovač slúži lomka (/), ako maska jednej úrovne slúži plus (+), ako maska pre viacero úrovní znak hash (#).
Príklady filtra: a/b , level1/+ , # , +/+/+/up
Pozn: zmena parametra Topic Filter sa prejaví po reštarte komunikácie - napr. v dôsledku rozpadnutia TCP spojenia, pokiaľ sú všetky stanice na linke vypnuté (StOff) a znovu zapnuté, prípadne po reštarte KOM procesu. V prvých dvoch prípadoch sa posiela správa UNSUBSCRIBE na pôvodný Topic Filter a následne SUBSCRIBE na nový Topic Filter (to môže byť dôležité pri tzv. perzistentných sessions, keď je zadaný parameter Client ID a MQTT server si pamätá stav klienta aj po rozpade TCP spojenia).

-

#

Subscribe QoS

Požadovaná maximálna úroveň potvrdzovania (QoS) posielaná v rámci SUBSCRIBE správy.
MQTT server môže následne posielať PUBLISH správy s takouto alebo nižšou úrovňou potvrdzovania (ale nie vyššou). PUBLISH správy posielané MQTT serverom budú potvrdzované procesom D2000 KOM podľa úrovne potvrdzovania v nich špecifikovanej. Čím vyššia je úroveň potvrdzovania, tým viac správ je medzi klientom a serverom vymenených (1 pri QoS_0, 2 pri QoS_1 a 4 pri QoS_2).

QoS_0
QoS_1
QoS_2

QoS_1

Client ID

Unikátny identifikátor klienta (Client Identifier) posielaný v rámci CONNECT správy.
Pozn: je možné zadať aj prázdny reťazec - v tom prípade server môže klientovi prideliť unikátne meno (pokiaľ takúto funkcionalitu podporuje) alebo vráti chybu. Pokiaľ nie je zadaný Client ID, bude ale ignorované nastavenia parametra Clean Session Flag (keďže server pridelí zakaždým unikátne meno).
Testovaný MQTT server (thethings.network) vrátil chybu, pokiaľ bolo Client ID prázdne a Clean Session Flag=NO.
Pozn: konkrétny MQTT broker (PIXII.COM) identifikoval klientov iba podľa Client ID. V praxi to spôsobovalo, že dva rôzne D2000 systémy, ktoré sa pripájali k jednému brokerovi, boli považované za jedného klienta a broker pri vytvorení spojenia zrušil existujúce spojenie, ktoré považoval za staré. Po nastavení Client ID na unikátnu hodnotu začali komunikácie fungovať bez rozpadov spojení.

-

 

Clean Session Flag

Parameter Clean Session Flag správy CONNECT. Hodnota No znamená, že server použije aktuálny stav session (spojenia) - napr. po rozpade a znovuobnovení TCP spojenia. Znamená to, že sú zaslané všetky nepotvrdené PUBLISH správy s QoS_1 a QoS_2 (a voliteľne aj QoS_0 v závislosti na implementácii).
Hodnota Yes znamená, že sa session vytvorí nanovo a žiadne nepotvrdené PUBLISH správy nie sú opakované.

YES/NO

NO

Publish QoS

Úroveň potvrdzovania (QoS) použitá pri posielaní PUBLISH správ procesom D2000 KOM.
Poslanie PUBLISH správy je dôsledok zápisu do výstupného meraného bodu s adresou OUT_VALUE. Čím vyššia je úroveň potvrdzovania, tým viac správ medzi klientom a serverom poslaných (1 pri QoS_0, 2 pri QoS_1 a 4 pri QoS_2).

QoS_0
QoS_1
QoS_2

QoS_0

Publish Retain

Nastavenie príznaku Retain použité pri posielaní PUBLISH správ procesom D2000 KOM. Aktivácia príznaku Retain spôsobí, že posledná správa poslaná procesom D2000 KOM bude na MQTT serveri dostupná iným klientom okamžite po ich pripojení, ako aj po odpojení D2000 KOM procesu.

YES/NO

NO

Ping Interval

Pokiaľ MQTT server neposlal za špecifikovaný časový interval žiadnu správu, D2000 KOM proces pošle výzvu PING request a očakáva odpoveď PING response (do času Reply Timeout).
Hodnota 0 posielanie PING request správ vypína. Parameter umožňuje detekovať rozpadnutie TCP spojenia.

sec

60

Payload Type

Nastavenie parsovania správy:

  • Text only - správa nie je parsovaná, priradí sa do meraného bodu s adresou IN_TOPIC

  • JSON - správa sa parsuje ako JSON dáta. Ak existuje meraný bod s adresou IN_TOPIC, celá správa bude priradená do neho.
    Ak existujú body s adresami JA=json_address, budú naplnené príslušnými dátami z JSON správy. Ak v správe také adresy neexistujú, budú merané body zneplatnené.

Text only
JSON

Text only

Time Field Name

Ak Payload Type=JSON, tak názov poľa s časovou značkou. Ak názov nie je zadaný alebo pole nie je nájdené, hodnotám je priradený aktuálny čas.
Viac informácii o formáte názvu poľa viď body s adresami JA=json_address.

-

-

Time Mask

Maska pre parsovanie hodnoty v poli s časovou značkou.
Pozn: od nastavení časových parametrov stanice závisí, či je čas interpretovaný ako lokálny alebo UTC s nakonfigurovaným offsetom.
Špeciálne masky sú:

  • UNIX - číselná hodnota vyjadruje počet sekúnd od epochy 00:00:00 01.01.1970 UTC.

  • UNIXMS - číselná hodnota vyjadruje počet milisekúnd od epochy 00:00:00.000 01.01.1970 UTC.

-

yyyy-mm-dd hh:mi:ss.mss

Ignore Missing Time

Ignorovanie chýbajúcej časovej značky - pokiaľ sa v JSON payloade nevyskytuje, nevypíše sa varovanie.

YES/NO

NO

Will Flag

Parameter Will Flag správy CONNECT. Hodnota Yes znamená, že server pošle záujemcom správu Last Will v prípade straty spojenia s D2000 KOM procesom.

YES/NO

NO

Will QoS

Úroveň potvrdzovania (QoS) použitá pri posielaní správy Last Will v prípade straty spojenia s D2000 KOM procesom.

QoS_0
QoS_1
QoS_2

QoS_0

Will Retain

Nastavenie príznaku Retain použité pri posielaní správy Last Will v prípade straty spojenia s D2000 KOM procesom.

YES/NO

NO

Will Topic

Topic použitý pri posielaní správy Last Will v prípade straty spojenia s D2000 KOM procesom.

-

 

Will Message

Obsah správy Last Will v prípade straty spojenia s D2000 KOM procesom.

-

 

Reply Timeout

Pokiaľ do požadovaného času MQTT server neodpovie na správy SUBSCRIBE, UNSUBSCRIBE a PING request, prípadne sa nepodarí načítať ľubovoľnú správu (a je načítaná iba jej časť), D2000 KOM proces vyhlási chybu, zavrie spojenie a znovu ho otvorí. Hodnota 0 vypína časový limit.
Parameter umožňuje reagovať na problematické chovanie MQTT servera.

sec

20

Wait Timeout

Timeout čakanie pri jednom čítaní z TCP spojenia. D2000 KOM opakuje čítanie spontánnych dát Max. Wait Retry krát a pokiaľ nenačíta žiadne dáta, je vyhlásený timeout a čítanie je ukončené (a môže nasledovať ďalšie čítanie alebo prípadne zápis). Zmenšením parametrov Wait Timeout a Max. Wait Retry je možné dosiahnuť rýchlejšiu odozvu D2000 KOM procesu na zápis na úkor vyššej záťaže CPU, pokiaľ MQTT server nemá žiadne dáta.
Pozn: ak od MQTT servera prichádza veľa správ a D2000 KOM potrebuje aj zapisovať hodnoty, odporúčame nižšu hodnotu parametra (napr. 0.005 sec), aby zápis nebol blokovaný čítaním (v každom prípade ale po 10 prijatých správach nasleduje prerušenie, počas ktorého sa môžu vykonať nahromadené zápisy).

sec

0.100

Max. Wait Retry

Počet opakovaní čítania z TCP spojenia. Pozri popis parametra Wait Timeout.

-

3