MQTT Protocol
Quando parliamo ai nostri clienti di MQTT protocol, spesso dicono: "MQT...Cos'è?". Tuttavia è un protocollo di comunicazione disponibile da molti anni nel contesto delle comunicazioni real time. Diamo un'occhiata più da vicino alle specifiche dell'MQTT communication protocol, un protocollo di comunicazione standard, che è essenziale per le piattaforme industriali nell'era dell'Industrial IoT (IIoT). AVEVA lo ha integrato in tutti i livelli della sua offerta, dimostrando quanto sia importante e il ruolo che probabilmente svolgerà nelle applicazioni future.
MQTT: cos'è?
MQTT è l'acronimo di Message Queuing Telemetry Transport. Ogni parola dell'acronimo riflette una caratteristica chiave del protocollo:
- Message Queuing (Messaggio in coda): i messaggi sono organizzati per essere consegnati in modo affidabile, anche in caso di perdita temporanea della connessione;
- Telemetria: si tratta della trasmissione di dati a distanza, spesso da sensori o apparecchiature industriali;
- Trasporto: questo protocollo assicura che i messaggi siano instradati in modo rapido ed efficiente tra le varie parti del sistema.
Sviluppato inizialmente da IBM negli anni '90 per monitorare gli oleodotti, il protocollo MQTT è ora ampiamente adottato nell'industria connessa per la sua semplicità, leggerezza e robustezza.
Perché è stato creato il protocollo MQTT?
Nel 1999, Andy Stanford-Clark e Arlen Nipper hanno creato il protocollo MQTT con l'obiettivo di fornire un mezzo di comunicazione leggero ed efficiente in termini di larghezza di banda. MQTT protocol supporta anche diversi livelli di qualità del servizio. È proprio per questi motivi che l'MQTT è oggi utilizzato per le esigenze dell'Industrial IoT.
MQTT protocol VS altri protocolli (HTTP, CoAP, AMQP, ecc.)
Nel mondo della comunicazione industriale e dell'IoT, possono essere utilizzati diversi protocolli per lo scambio di dati tra macchine o sensori. MQTT si distingue per la sua leggerezza ed efficienza, ma non è l'unica scelta possibile. Ecco una panoramica delle differenze con altri protocolli comunemente utilizzati:
- HTTP (HyperText Transfer Protocol): il classico protocollo web, basato su un modello client/server. È più pesante di MQTT e meno adatto alle comunicazioni in tempo reale o a bassa larghezza di banda.
- CoAP (Constrained Application Protocol): progettato specificamente per i dispositivi a basse risorse. Più leggero di HTTP, utilizza UDP, a differenza di MQTT che utilizza TCP, il che può renderlo più veloce ma meno affidabile a seconda della rete.
- AMQP (Advanced Message Queuing Protocol): più completo e sicuro di MQTT, offre funzioni avanzate di gestione delle code di messaggi. D'altra parte, è anche più complesso e richiede più risorse, il che lo rende meno adatto ai sensori o agli oggetti connessi.
Ogni protocollo risponde a esigenze specifiche. MQTT è generalmente preferito per la trasmissione di messaggi semplici e frequenti su reti instabili o limitate.
Come funziona il protocollo MQTT in un'architettura industriale?
MQTT offre un meccanismo di messaggistica Subscribe/Publish estremamente leggero. È molto utile per collegarsi a siti remoti, dove l'ingombro hardware è ridotto. MQTT Protocol utilizza il principio "Publisher/Subscriber" per collegare tra loro i sistemi. Lo fa segmentando completamente il mittente (publisher) dal destinatario (subscriber). Il mittente invia un messaggio a un sistema centrale (chiamato broker MQTT) al quale si iscrivono tutti i sistemi che desiderano recuperare dati dai mittenti. Gli editori e i sottoscrittori sono completamente autonomi, in altre parole non hanno bisogno di identificarsi per scambiare dati.
Architettura Publish/Subscribe: comunicazione flessibile ed efficiente
Il modello Publish/Subscribe di MQTT protocol si basa su un semplice principio: i sensori (o i sistemi) che inviano i dati non si rivolgono direttamente a quelle che li ricevono. Pubblicano i loro messaggi su "topic" e solo i sistemi iscritti a questi tpic li ricevono. Questo disaccoppiamento rende molto più semplice la gestione delle architetture industriali distribuite: si possono aggiungere o modificare dispositivi senza riconfigurare l'intera rete. Il risultato è una comunicazione flessibile e scalabile, perfettamente adatta a impianti in costante evoluzione.
Il broker MQTT: l'hub centrale per i dati industriali
Il cuore dell'architettura MQTT protocol è il broker, che funge da hub di comunicazione. Riceve tutti i messaggi pubblicati, identifica chi li ha sottoscritti e invia loro solo i dati utili. Questa operazione centralizzata semplifica gli scambi, limita il traffico inutile e garantisce un elevato livello di sicurezza. In una fabbrica connessa, il broker svolge un ruolo essenziale nell'organizzare, filtrare e distribuire le informazioni in tempo reale tra tutti i sistemi.
Topic, QoS, retain: meccanismi chiave per una trasmissione controllata
Con MQTT communication protocol, ogni messaggio è associato a un topic, cioè a un tipo di canale o indirizzo, come /linea1/macchinaA/temperatura. I sistemi si iscrivono ai topic che sono rilevanti per loro. MQTT offre anche tre livelli di QoS (Quality of Service) per adattare l'affidabilità della trasmissione in base all'importanza dei dati: dalla consegna più rapida possibile (QoS 0) alla ricezione garantita senza duplicazione (QoS 2). Infine, la conservazione dei messaggi (retain) consente di conservare l'ultimo messaggio pubblicato su un topic, utile per i sistemi che si connettono con un certo ritardo.
Quali sono i vantaggi dell'MQTT per gli ambienti industriali?
Trasmissione affidabile anche in condizioni di instabilità
MQTT Protocol è stato progettato per funzionare su reti instabili con larghezza di banda ridotta o connettività intermittente. Grazie alle opzioni QoS e alla conservazione dei messaggi, garantisce che i dati critici possano essere sempre trasmessi, anche se la connessione viene temporaneamente interrotta. Un vantaggio importante negli impianti remoti o nelle infrastrutture industriali distribuite sul campo.
Ottimizzazione degli scambi tra macchine, sensori e sistemi SCADA
Grazie alla sua architettura Publish/Subscribe, MQTT facilita gli scambi diretti e mirati tra gli oggetti connessi, i PLC, i sensori e le piattaforme di supervisione (SCADA, MES, ecc.). Il risultato: meno traffico di rete inutile, maggiore reattività e dati che arrivano solo ai destinatari giusti. Ciò consente di ottenere architetture più leggere e una maggiore efficienza.
Un protocollo compatibile con i vincoli della rete industriale
MQTT è leggero, efficiente in termini di risorse e si basa sul protocollo TCP/IP, già ampiamente utilizzato negli ambienti industriali. Può quindi essere facilmente integrato nelle infrastrutture esistenti, senza bisogno di hardware specifico o di complesse riconfigurazioni. È ugualmente adatto alle reti cablate, alle connessioni wireless e alle VPN industriali.
Quali sono i casi d'uso concreti di MQTT nell'IoT industriale?
Supervisione remota delle apparecchiature tramite MQTT Protocol + GUI web
Grazie a MQTT, le apparecchiature isolate o mobili possono trasmettere i loro dati in tempo reale a un'interfaccia web. In questo modo è possibile monitorare le macchine da remoto, senza la necessità di un'infrastruttura pesante e con un'eccellente reattività.
Feedback dei dati in tempo reale alle soluzioni AVEVA
MQTT consente a piattaforme come AVEVA InTouch, AVEVA System Platform o CONNECT di essere alimentate con dati real-time provenienti dal campo. Il risultato: una visione centralizzata in tempo reale, senza sovraccarico di rete, anche in siti multipli e integrata con le altre sorgenti industriali (es. PLC)
Monitoraggio energetico, manutenzione predittiva, tracciabilità
Collegando i sensori tramite MQTT communication protocol, è facile monitorare il consumo energetico, creare un archivio dati digitale per analizzare e prevedere i guasti o garantire la tracciabilità dei lotti. Il protocollo fornisce una base affidabile per il miglioramento continuo e l'ottimizzazione industriale.
Come integrare il protocollo MQTT in AVEVA System Platform
AVEVA System Platform è un framework applicativo industriale unificato che consente di progettare rapidamente applicazioni aziendali all'interno di un'unica piattaforma tecnica che fornisce servizi comuni quali: gestione della sicurezza, modellazione di asset/funzioni, audit trail, ridondanza delle applicazioni, archiviazione dei dati e connessione alle apparecchiature.
I vantaggi del supporto del protocollo MQTT all'interno di System Platform sono evidenti. Grazie a questa funzione nativa, è possibile integrare oggetti IoT nei processi industriali, sia per la visualizzazione tramite AVEVA InTouch sia per ottimizzare le attività di manutenzione o produzione.
Immagina una soluzione di misurazione delle vibrazioni o della temperatura che comunica tramite MQTT protocol per garantire la manutenzione predittiva degli asset? Questo approccio è molto semplice e poco costoso in termini di infrastruttura tecnica.
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