Chủ đề về Internet of Things (IoT) chưa bao giờ hạ nhiệt và hầu như các công nghệ hiện đại đều đang phát triển dựa trên khái niệm này. Để xây dựng hệ thống theo IoT cần có một giao thức kết nối và đảm bảo hỗ trợ đầy đủ cho các thiết bị vật lý thực tế. MQTT chính là một trong những lựa chọn lý tưởng nhất. Vậy cụ thể giao thức MQTT là gì? MQTT Server là gì? Các bạn hãy cùng Tino Group tìm hiểu cụ thể qua bài viết dưới đây nhé!
Đôi nét về giao thức MQTT
MQTT là gì?
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là một giao thức truyền thông điệp (message) dựa trên mô hình Publish/Subscribe. Giao thức này được sử dụng cho các thiết bị IoT với băng thông thấp, độ tin cậy cao và hoạt động trong mạng lưới không ổn định. Vì vậy, đây là giải pháp hoàn hảo để trao đổi dữ liệu giữa nhiều thiết bị IoT.
Ban đầu, MQTT là giao thức độc quyền được sử dụng để giao tiếp với các hệ thống kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu trong ngành dầu khí. Hiện tại, giao thức đã trở nên phổ biến trong các lĩnh vực thiết bị thông minh và cũng là giao thức mã nguồn mở hàng đầu để kết nối các thiết bị IoT. MQTT hiện đang được ứng dụng trong các ngành công nghiệp từ ô tô, năng lượng và viễn thông.
Lịch sử phát triển của giao thức MQTT
Giao thức MQTT được phát minh bởi kỹ sư công nghệ Andy Stanford-Clark và Arlen Nipper vào cuối năm 1999. Khi đó, họ mong muốn xây dựng một giao thức có thể giảm hao phí năng lượng và băng thông thấp nhất có thể để kết nối đến đường ống dẫn dầu thông qua sự kết nối của vệ tinh.
Năm 2011, IBM và Eurotech đã trao lại giao thức MQTT cho một dự án của Eclipse có tên là Paho. Đến năm 2013, MQTT đã được đệ trình lên OASIS (Organization for the Advancement of Structured Information Standards) để được chuẩn hóa và đưa vào hoạt động chính thức.
MQTT Server là gì?
Một hệ thống MQTT bao gồm nhiều Clients (Publishers/Subscribers) được định cấu hình để giao tiếp với Server, còn được gọi là Broker. Broker được xem là trung tâm hay điểm giao của tất cả các kết nối. Nhiệm vụ chính của Broker là nhận thông điệp (message) từ máy khách, xếp vào hàng đợi rồi chuyển đến một địa điểm cụ thể. Ngoài ra, bộ phận này còn đảm nhận thêm một vài tính năng khác như: bảo mật message, lưu trữ message, logs, ….
Có 4 Packets điều khiển MQTT chính mà máy khách và máy chủ có thể sử dụng để giao tiếp:
- Connect: Package này được gửi từ máy khách đến máy chủ để thiết lập kết nối.
- Disconnect: Được gửi từ máy khách đến máy chủ thông báo lý do tại sao kết nối bị ngắt.
- Subscribe: Một gói đăng ký luôn được gửi từ máy khách đến máy chủ để tạo một hoặc nhiều đăng ký Topic.
- Publish: Một gói xuất bản có thể được gửi từ máy khách đến máy chủ để vận chuyển một thông điệp ứng dụng hoặc từ máy chủ đến một máy khách đã đăng ký Topic tương ứng.
Có 3 tùy chọn mà giao thức MQTT đang hỗ trợ:
- Nhiều nhất một lần: Một thông điệp được gửi một lần duy nhất. Không có hành động tiếp theo nào được thực hiện bởi máy khách hoặc máy chủ để xác nhận rằng một thông báo đã được nhận. Cài đặt này có chi phí thấp nhất.
- Ít nhất một lần: Sau khi một thông điệp được gửi đi, máy khách sẽ gửi một phản hồi để xác nhận rằng thông điệp đã được nhận. Nếu không thấy xác nhận, máy chủ sẽ tiếp tục gửi lại.
- Chính xác một lần: Đảm bảo rằng thông điệp giữa máy chủ với máy khách được nhận và chỉ được gửi một lần. Cài đặt này có chi phí cao nhất.
Một số thuật ngữ liên quan đến giao thức MQTT:
- Publish/Subscribe: Trong hệ thống Publish/Subscribe, một thiết bị có thể xuất bản thông điệp về một Topic hoặc có thể đăng ký một Topic cụ thể để nhận thông điệp.
- Messages (thông điệp): Đây là thông tin mà bạn muốn trao đổi giữa các thiết bị của mình. Ví dụ, Messages có thể là một thông báo như lệnh hoặc dữ liệu như các chỉ số cảm biến.
- Topic (chủ đề): Đây là cách để bạn ghi nhận sự quan tâm đối với các thông điệp đến hoặc cách bạn chỉ định nơi bạn muốn xuất bản thông điệp.
Những lợi ích của giao thức MQTT
Giao thức MQTT giúp đảm bảo truyền dữ liệu diễn ra trơn tru với băng thông thấp, giảm tải cho CPU và RAM. Một số lợi ích khác của MQTT gồm:
- Dữ liệu được truyền tải ngay lập tức, không quan tâm đến nội dung được truyền.
- Sử dụng TCP/IP làm giao thức nền.
- Tăng khả năng mở rộng và giảm đáng kể tiêu thụ băng thông mạng.
- Tiết kiệm thời gian xây dựng và phát triển
- Chi phí thấp nhưng vẫn đảm bảo an toàn, bảo mật
- Được sử dụng trong các ngành công nghiệp và các công ty lớn như Amazon, Facebook, ….
Một số hạn chế của MQTT
- MQTT có chu kỳ truyền dữ liệu chậm hơn so với một số giao thức khác như CoAP.
- MQTT không được mã hóa trực tiếp, tên người dùng và mật khẩu được gửi dưới dạng văn bản rõ ràng. Thay vào đó, giao thức sử dụng TLS/SSL để bảo mật. SSL/TLS không phải là giao thức nhẹ.
- Rất khó để tạo ra một mạng MQTT mở rộng toàn cầu.
- Các thách thức MQTT khác liên quan đến khả năng tương tác và xác thực.
MQTT trong Internet of Things
Giám sát từ xa
MQTT hoạt động tốt cho các ứng dụng liên quan đến giám sát từ xa, bao gồm:
- Đồng bộ hóa các cảm biến, chẳng hạn như đầu báo cháy hoặc cảm biến chuyển động để phát hiện trộm cắp, để xác định xem mối nguy hiểm có hợp lệ hay không.
- Giám sát các thông số sức khỏe bằng cảm biến cho bệnh nhân xuất viện và cảm biến cảnh báo người gặp nguy hiểm.
Ứng dụng nhắn tin
Facebook sử dụng MQTT cho ứng dụng Messenger, bên cạnh việc tiết kiệm pin trong quá trình nhắn tin giữa điện thoại di động, giao thức này cho phép gửi tin nhắn hiệu quả trong mili giây, bất chấp kết nối internet không nhất quán trên toàn cầu.
Dịch vụ đám mây
Hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ đám mây lớn, bao gồm Amazon Web Services (AWS), Google Cloud, IBM Cloud và Microsoft Azure đều có hỗ trợ giao thức MQTT.
Thiết bị đo lường
Smart meter là một thiết bị điện tử ghi lại các thông tin như tiêu thụ năng lượng điện, mức điện áp, dòng điện và hệ số công suất. Thiết bị này sử dụng giao thức MQTT để truyền dữ liệu nhằm đảm bảo cho các chỉ số đồng hồ luôn chính xác trong thời gian thực.
Hệ thống thanh toán
MQTT giúp loại bỏ các tập tin trùng lặp hoặc bị mất trong việc lập hóa đơn hoặc thanh toán.
Các lĩnh vực IoT khác
MQTT rất phù hợp để ứng dụng cho thiết bị M2M (Machine-to-Machine) và IoT với các mục đích như phân tích thời gian thực, bảo trì và giám sát phòng ngừa trong các môi trường, bao gồm Smart Home, chăm sóc sức khỏe, dịch vụ logistics, công nghiệp và sản xuất.
Tóm lại, sự tồn tại của giao thức MQTT đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình phát triển của IoT nói riêng và thế giới công nghệ nói chung. Trên đây là một số thông tin cơ bản về giao thức MQTT. Hy vọng bài viết sẽ hữu ích với bạn. Hẹn gặp lại ở những bài viết thú vị khác nhé!
Những câu hỏi thường gặp
Có những giao thức nào tương tự MQTT?
Các giao thức đang cạnh tranh với MQTT bao gồm:
- Constrained Application Protocol (CoAP)
- Advanced Message Queuing Protocol (AMQP)
- Simple/Streaming Text Oriented Messaging Protocol (STOMP)
- Simple Media Control Protocol (SMCP)
- Data Distribution Service (DDS)
Tải các phần mềm liên quan đến giao thức MQTT ở đâu?
Để tải các phần mềm liên quan đến giao thức MQTT, bạn hãy truy cập vào đây.
Các lĩnh vực có thể sử dụng giao thức MQTT là gì?
Một số lĩnh vực có thể tích hợp giao thức MQTT như: Ô tô, Logistics, chế tạo sản xuất, Smart Home, công nghiệp năng lượng, sản phẩm tiêu dùng, vận chuyển hàng hóa,…
Sự khác biệt giữa M2M và IoT là gì?
M2M tạo ra một hệ thống cho phép kết nối máy móc với nhau để trở thành các thiết bị thông minh.
Khái niệm IoT rộng hơn so với M2M. IoT thường được tích hợp vào một quy mô lớn hơn để cải thiện tính linh hoạt của các hành động phản hồi. Bên cạnh đó, khả năng giao tiếp đa cấp độ của IoT có thể tinh chỉnh hoạt động và thu thập các hành vi có giá trị.
Vì vậy, M2M chủ yếu được các doanh nghiệp sử dụng để cập nhật và quản lý máy móc nội bộ. Còn IoT có thể được áp dụng cho cả doanh nghiệp và khách hàng, giúp họ kết nối với nhau dễ dàng hơn.
