Με την εκθετική ανάπτυξη του Internet of Things (IoT), η διαχείριση της επικοινωνίας μεταξύ συσκευών και συστημάτων αποκτά μεγαλύτερη σημασία. Η επικοινωνία IoT καθίσταται δυνατή με πρωτόκολλα ουράς μηνυμάτων όπως το MQTT και το AMQP που διευκολύνουν την ανταλλαγή πληροφοριών με δομημένο και αποτελεσματικό τρόπο.

Δύο δημοφιλή πρωτόκολλα που τροφοδοτούν το IoT είναι τα Πρωτόκολλο MQTT (Μεταφορά τηλεμετρίας σε ουρά μηνυμάτων) και AMQP (Πρωτόκολλο προηγμένης ουράς μηνυμάτων). Ας εξερευνήσουμε λεπτομερώς καθένα από αυτά τα πρωτόκολλα και ας εξηγήσουμε τις βασικές διαφορές τους και τους παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή μεταξύ των δύο.

Σημασία των πρωτοκόλλων ουράς μηνυμάτων

Στο IoT, οι συσκευές που κυμαίνονται από απλούς αισθητήρες έως πολύπλοκες μηχανές πρέπει να επικοινωνούν μεταξύ τους και με κεντρικά συστήματα. Αυτές οι συσκευές λειτουργούν συχνά σε περιβάλλοντα με περιορισμένους πόρους, όπως χαμηλής ισχύος ή αναξιόπιστα δίκτυα.

Πρωτόκολλα ουράς μηνυμάτων όπως MQTT, που έχει σχεδιαστεί για τέτοια περιβάλλοντα, επιτρέπουν σε αυτές τις συσκευές να επικοινωνούν αποτελεσματικά και αξιόπιστα.

Στα κατανεμημένα συστήματα, τα στοιχεία συχνά χρειάζεται να ανταλλάσσουν πληροφορίες διατηρώντας παράλληλα χαλαρή σύζευξη. Πρωτόκολλα όπως το AMQP, με τα ισχυρά χαρακτηριστικά και τις πολύπλοκες δυνατότητες δρομολόγησης, παρέχουν ένα αξιόπιστο μέσο για αυτήν την επικοινωνία.

Αυτά τα πρωτόκολλα διασφαλίζουν ότι τα μηνύματα παραδίδονται αξιόπιστα και ότι τα συστήματα μπορούν να κλιμακωθούν και να εξελιχθούν ανεξάρτητα.

Τι είναι το MQTT;

Το MQTT, συντομογραφία του Message Queuing Telemetry Transport, είναι ένα ελαφρύ πρωτόκολλο ανταλλαγής μηνυμάτων δημοσίευσης/εγγραφής. Παρουσιάστηκε από την IBM το 1999.

Σχεδιασμένο για περιορισμένες συσκευές και δίκτυα χαμηλού εύρους ζώνης, υψηλής καθυστέρησης ή αναξιόπιστα, το MQTT είναι τέλειο για περιπτώσεις χρήσης μηχανής με μηχανή ή IoT όπου απαιτείται μικρό αποτύπωμα κώδικα.

Το MQTT λειτουργεί με βάση το μοντέλο δημοσίευσης/εγγραφής. Σε αυτό το μοντέλο, ένας παραγωγός, γνωστός ως εκδότης, δημιουργεί μηνύματα και ένας καταναλωτής, γνωστός ως συνδρομητής, τα λαμβάνει.

Η αλληλεπίδραση μεταξύ του εκδότη και του συνδρομητή διαχειρίζεται ένας μεσίτης. Ο μεσίτης είναι υπεύθυνος για τη διανομή των μηνυμάτων από τους εκδότες στους συνδρομητές.

Η απλότητα του MQTT έγκειται στις ελάχιστες εντολές πρωτοκόλλου. Έχει μόνο λίγες εντολές, γεγονός που καθιστά εύκολη την εφαρμογή του σε διάφορες συσκευές και συστήματα.

Επίσης, τα επίπεδα ποιότητας υπηρεσίας επιτρέπουν την επιβεβαίωση παράδοσης μηνύματος, διασφαλίζοντας ότι κανένα μήνυμα δεν θα χαθεί κατά τη μετάδοση. Ας εξερευνήσουμε το MQTT με περισσότερες λεπτομέρειες.

MQTT Transport and Framing

Το MQTT μπορεί να χρησιμοποιήσει TCP, TLS, WebSocket ή QUIC ως στρώμα μεταφοράς, δημιουργία συνδέσεων, δημιουργία συνεδριών και μετάδοση μηνυμάτων με αξιοπιστία μεταξύ πελατών και μεσιτών.

Τα πλαίσια MQTT αποτελούνται από μια σταθερή κεφαλίδα 2 byte, μια μεταβλητή κεφαλίδα και ένα ωφέλιμο φορτίο μεταβλητού μήκους. Η κεφαλίδα περιέχει πληροφορίες όπως τον τύπο του πακέτου, το επίπεδο ποιότητας υπηρεσίας, το μήκος που απομένει, το αναγνωριστικό πακέτου και τις ιδιότητες. Το δυαδικό ωφέλιμο φορτίο περιέχει το πραγματικό μήνυμα που μεταδίδεται.

Το MQTT ορίζει 15 τύπους πακέτων ελέγχου με βάση τα δυαδικά πλαίσια στις προδιαγραφές του πρωτοκόλλου έκδοσης 5.0. Μερικά από τα κοινά πακέτα που χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση, τη δημοσίευση και την εγγραφή περιλαμβάνουν CONNECT, CONACK, PUBLISH, PUBACK και SUBSCRIBE.

MQTT QoS

Το MQTT υποστηρίζει τρεις ποιότητες υπηρεσίας για την παράδοση μηνυμάτων:

• QoS0 «Το πολύ μια φορά»: Τα μηνύματα παραδίδονται σύμφωνα με τις καλύτερες προσπάθειες του λειτουργικού περιβάλλοντος. μπορεί να συμβεί απώλεια μηνύματος.
• QoS1 «Τουλάχιστον μία φορά»: Τα μηνύματα είναι σίγουρο ότι φτάνουν, αλλά μπορεί να προκύψουν διπλότυπα.
• QoS2 "Ακριβώς μία φορά": Τα μηνύματα είναι σίγουρο ότι φτάνουν ακριβώς μία φορά.

MQTT Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Πλεονεκτήματα:

• Απλότητα: Ο απλούστερος σχεδιασμός δημοσίευσης-εγγραφής, πιο εύκολος στη ρύθμιση, ανάπτυξη και διαχείριση.
• Ελαφρύ και αποτελεσματικό: Τα μηνύματα MQTT έχουν μόνο κεφαλίδα 2 τύπων με χρήση χαμηλού εύρους ζώνης, καθιστώντας το πρωτόκολλο ιδανικό για συσκευές χαμηλής κατανάλωσης και χαμηλού εύρους ζώνης.
• Ευελιξία: Κλιμακώστε σε δεκάδες εκατομμύρια συνδέσεις, θέματα και συνδρομές MQTT.
• Αξιόπιστη παράδοση μηνυμάτων: Τρία επίπεδα ποιότητας υπηρεσίας για τη διασφάλιση αξιόπιστης παράδοσης μηνυμάτων, ακόμη και μέσω αναξιόπιστων δικτύων.
• Χαμηλή καθυστέρηση: Παράδοση μηνυμάτων σχεδόν σε πραγματικό χρόνο με καθυστέρηση ενός ψηφίου χιλιοστού του δευτερολέπτου λόγω του απλού μοντέλου pub/sub που βασίζεται σε θέματα.
• Ασφάλεια: Το MQTT υποστηρίζει ασφαλείς επικοινωνίες μέσω TLS/SSL ή QUIC και διάφορους μηχανισμούς ελέγχου ταυτότητας χρησιμοποιώντας πιστοποιητικά LDAP, JWT, PSK και X.509.
• Συμβατότητα και ενοποίηση: Το MQTT μπορεί να ενσωματωθεί με πολλές γλώσσες προγραμματισμού, λειτουργικά συστήματα και πλατφόρμες λογισμικού.

Μειονεκτήματα:

• Το MQTT δεν διαθέτει ουρά αποθήκευσης και προώθησης.

Τι είναι το AMQP;

Το AMQP, το Advanced Message Queuing Protocol, είναι ένα πρωτόκολλο που υποστηρίζει ένα ευρύ φάσμα μοτίβων ανταλλαγής μηνυμάτων και προσφέρει ένα ισχυρό σύνολο δυνατοτήτων. Δημιουργήθηκε από την JP Morgan Chase το 2003. Έχει σχεδιαστεί για συστήματα που απαιτούν υψηλό επίπεδο αξιοπιστίας και λειτουργικότητας.

Σε αντίθεση με το MQTT, το AMQP είναι ένα πρωτόκολλο peer-to-peer, που σημαίνει ότι υποστηρίζει την άμεση επικοινωνία μεταξύ παραγωγού και καταναλωτή.

Το AMQP χρησιμοποιεί ένα μοντέλο όπου τα μηνύματα αποστέλλονται σε ανταλλακτήρια, τα οποία στη συνέχεια δρομολογούν τα μηνύματα σε κατάλληλες ουρές με βάση κανόνες που ονομάζονται δεσμεύσεις. Στη συνέχεια, ο καταναλωτής ανακτά το μήνυμα από την ουρά.

Αυτό το μοντέλο επιτρέπει σύνθετες στρατηγικές δρομολόγησης και διανομής, καθιστώντας το AMQP κατάλληλο για πολύπλοκα κατανεμημένα συστήματα.

Η δύναμη του AMQP έγκειται στο εκτεταμένο σύνολο χαρακτηριστικών του. Υποστηρίζει μια ποικιλία ιδιοτήτων μηνυμάτων και τρόπων παράδοσης, συμπεριλαμβανομένης της μόνιμης ανταλλαγής μηνυμάτων, η οποία διασφαλίζει ότι τα μηνύματα δεν θα χαθούν ακόμη και αν ο μεσίτης επανεκκινήσει.

Ανταλλαγή και δεσμεύσεις AMQP

Στο AMQP, μια ανταλλαγή είναι σαν ένας πράκτορας μεταφοράς email που επιθεωρεί το email και αποφασίζει με βάση τα κλειδιά και τους πίνακες δρομολόγησης. Ένα κλειδί δρομολόγησης αντιστοιχεί σε ένα email με διευθύνσεις Προς:, Κοιν.: ή Κρυφή κοινοποίηση:, χωρίς πληροφορίες διακομιστή (η δρομολόγηση είναι εσωτερική σε έναν διακομιστή AMQP). Μια δέσμευση είναι σαν μια καταχώρηση στον πίνακα δρομολόγησης του πράκτορα μεταφοράς email.

Το AMQP ορίζει τέσσερις τύπους ανταλλαγών:

1. Απευθείας (από σημείο σε σημείο): Τα μηνύματα δρομολογούνται απευθείας στην ουρά που συνδέεται με το κέντρο.
2. Fanout: Τα μηνύματα δρομολογούνται σε κάθε ουρά που συνδέεται με το κέντρο.
3. Θέμα (δημοσίευση-εγγραφή): Τα μηνύματα δρομολογούνται σε ουρές με βάση το κλειδί δρομολόγησης και το μοτίβο σύνδεσης στην ανταλλαγή.
4. Κεφαλίδες (δημοσίευση-εγγραφή): Τα μηνύματα δρομολογούνται σε ουρές με βάση την αντιστοίχιση μοτίβων των κεφαλίδων μηνυμάτων.

AMQP Transport and Framing

Το AMQP είναι ένα δυαδικό πρωτόκολλο που βασίζεται σε TCP/IP, όπου δημιουργείται μια αξιόπιστη, επίμονη, προσανατολισμένη στη ροή σύνδεση μεταξύ ενός πελάτη και ενός μεσίτη. Μπορούν να ανοίξουν πολλά κανάλια σε μία μόνο υποδοχή, επιτρέποντας τη μεταφορά πολλαπλών ροών δεδομένων ταυτόχρονα.

Τα πλαίσια AMQP στην έκδοση 1.0 αποτελούνται από μια σταθερή κεφαλίδα 8 byte, μια προαιρετική εκτεταμένη κεφαλίδα και ένα δυαδικό ωφέλιμο φορτίο μεταβλητού μήκους. Η σταθερή κεφαλίδα περιέχει πληροφορίες σχετικά με τον τύπο πλαισίου, τον αριθμό καναλιού και το μέγεθος του ωφέλιμου φορτίου.

Το ωφέλιμο φορτίο περιέχει το πραγματικό μήνυμα που μεταδίδεται, μαζί με τυχόν συσχετισμένα μεταδεδομένα.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα AMQP

Πλεονεκτήματα:

• Ουρά αποθήκευσης και προώθησης: Το AMQP υποστηρίζει την ουρά αποθήκευσης και προώθησης σε βάρος κάποιας αποτελεσματικότητας και πρόσθετης πολυπλοκότητας (σε σύγκριση με το MQTT).
• Ευέλικτη δρομολόγηση μηνυμάτων: Το AMQP παρέχει ευέλικτη δρομολόγηση μηνυμάτων, συμπεριλαμβανομένων σημείου-προς-σημείου, δημοσίευσης-εγγραφής και ανεμιστήρα.
• Ασφάλεια: Το AMQP υποστηρίζει μέτρα ασφαλείας, όπως TLS και SASL για κρυπτογράφηση και έλεγχο ταυτότητας.
• Οικοσύστημα: Το AMQP διαθέτει ένα μεγάλο και ώριμο οικοσύστημα υλοποιήσεων διακομιστή ανοιχτού κώδικα και βιβλιοθήκες πελατών για διάφορες γλώσσες προγραμματισμού.

Μειονεκτήματα:

• Συγκρότημα: Το AMQP εισάγει πολλές έννοιες στο μοντέλο του και μπορεί να είναι πολύπλοκο και δύσκολο στην κατανόηση, τη ρύθμιση και τη διαχείριση.
• Βαρέων βαρών: Το AMQP εισάγει την πολυπλεξία στο επίπεδο μεταφοράς του με "κανάλια". Κάθε πλαίσιο AMQP έχει μια επικεφαλίδα 8 byte.
• Συμβατότητα προς τα πίσω: Το μεγαλύτερο πρόβλημα του AMQP είναι ότι οι εκδόσεις 0.9.1 και 1.0 είναι εντελώς διαφορετικές, γεγονός που οδηγεί σε μεγαλύτερη πολυπλοκότητα σε αυτόν τον χώρο λύσεων.
• Επεκτασιμότητα και απόδοση: Το AMQP μπορεί να έχει περιορισμένη επεκτασιμότητα και χαμηλή απόδοση σε ορισμένες περιπτώσεις χρήσης. Αυτό οφείλεται στην αρχιτεκτονική του, η οποία επιβάλλει μεγαλύτερη πολυπλοκότητα και επιβάρυνση σε σύγκριση με ελαφριά πρωτόκολλα όπως το MQTT.

MQTT vs AMQP: Head-to-Head

Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τη σύγκριση μεταξύ AMQP και MQTT.

Παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή

Όταν αντιμετωπίζετε μια απόφαση μεταξύ MQTT και AMQP, υπάρχουν αρκετοί παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη.

Αξιολόγηση με βάση τις απαιτήσεις περίπτωσης χρήσης

Η επιλογή μεταξύ MQTT και AMQP εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις απαιτήσεις της περίπτωσης χρήσης. Εάν έχετε να κάνετε με περιορισμένες συσκευές ή αναξιόπιστα δίκτυα, το MQTT με τον ελαφρύ χαρακτήρα του μπορεί να είναι η καλύτερη επιλογή. Εάν η περίπτωση χρήσης σας απαιτεί πολύπλοκη δρομολόγηση και υψηλή αξιοπιστία, τότε το AMQP θα ήταν καταλληλότερο.

Αξιολόγηση με βάση την αρχιτεκτονική συστήματος

Η αρχιτεκτονική του συστήματος παίζει επίσης ρόλο στην απόφαση. Η απλότητα του MQTT το καθιστά καλή επιλογή για συστήματα με σαφές και απλό μοντέλο επικοινωνίας. Το AMQP, με την ευελιξία και το στιβαρό σύνολο χαρακτηριστικών του, είναι πιο κατάλληλο για πολύπλοκα συστήματα με διαφορετικές ανάγκες επικοινωνίας.

Αξιολόγηση με βάση τις συνθήκες δικτύου

Οι συνθήκες δικτύου είναι ένας άλλος κρίσιμος παράγοντας. Το MQTT αποδίδει καλά σε δίκτυα χαμηλού εύρους ζώνης, υψηλής καθυστέρησης ή αναξιόπιστα δίκτυα. Το AMQP, από την άλλη πλευρά, απαιτεί αξιόπιστη σύνδεση δικτύου λόγω της υψηλότερης επιβάρυνσης του.

Αξιολόγηση με βάση την απαιτούμενη ποιότητα υπηρεσίας

Το MQTT παρέχει τρία επίπεδα ποιότητας υπηρεσιών, επιτρέποντας ευελιξία στις εγγυήσεις παράδοσης μηνυμάτων. Το AMQP, με την επίμονη ανταλλαγή μηνυμάτων, εξασφαλίζει υψηλή αξιοπιστία στην παράδοση μηνυμάτων.

Λήψη της Απόφασής σας

Τόσο το MQTT όσο και το AMQP έχουν τα δυνατά τους σημεία και είναι κατάλληλα για διαφορετικά σενάρια. Η κατανόηση των βασικών διαφορών τους και η αξιολόγηση των απαιτήσεών σας σε σχέση με αυτές τις διαφορές θα σας βοηθήσουν να πάρετε μια τεκμηριωμένη απόφαση κατά την επιλογή. Θυμηθείτε, η σωστή επιλογή εξαρτάται από τις συγκεκριμένες ανάγκες και τους περιορισμούς σας.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.iotforall.com/mqtt-vs-amqp-for-iot-communications-head-to-head