LK2

Message Queue Telemetry Transport - leichtgewichtiges, offenes Netzwerkprotokoll für M2M, also für Maschine-to-Maschine und IoT-Kommunikation

Architektur:

Broker(Server): Zentraller Vermittler, welcher alle Nachrichten empfängt, nach Topic filter und an Subscriber weiterleitet

Clients: Geräte, die sich per TCP mit dem Broker verbinden, kann Publisher und Subscriber gleichzeitig sein

Netzwerkebene: OSI 5-7, basiert auch TCP/IP Ports 1883 und 8883 secure

• Event-Driven publish/Subscribe-Prinzip:

1. Client stellt TCP-Verbindung zum Broker her (connect)

2. Publisher sendet Nachricht an Topic (Publish)

3. Broker empfängt und prüft (Wer hat das Topic aboniert?)

4. Broker leitet nachricht an passende Subscriber weiter

Drei Arten der Entkopplung

Space: Publisher & Subscripper kennen sich nicht (keine iP nötig) Broker macht die Arbeit

Time: Müssen nicht gleichzeitig online sein (Broker kann nachrichten zwischenspeichern)

Synchronisation: Operationen blokieren sich nicht (nichts wird blokiert)

CONNECT → CONNACK — Verbindungsaufbau

PUBLISH — Nachricht senden (+ QoS-Bestätigungen)

SUBSCRIBE → SUBACK — Topic abonnieren

UNSUBSCRIBE → UNSUBACK — Abo beenden

PINGREQ → PINGRESP — Keep-Alive

DISCONNECT — Verbindung trennen

Publisher: Client, der Daten an an Topic sendet

Subscriber: Client, der ein Topic aboniert und Daten empfängt

Broker: Vermittler, der Topics verwaltet und Nachrichten verteilt

Bei HTTP fragt der Client aktiv beim Server an. Bei MQTT pushed der Broker automatisch, sobald neue Daten vorliegen — der Subscriber muss nicht pollen.

Sind hierarische Strings, die als Addresse bzw. Filter dienen, also wie ein Dateipfad mit /

Wildcards:

• single Level: Ersetzt eine Ebene also mit +

• multi level: # ersetzt alle ebenen, nur am Ende erlaubt

-> Wildcard gelten nur für Subscribe

Drei Level

1. At most once (fire and forget) QoS 0

   Keine Bestätigung, Nachricht kann verloren gehen (Publish und fertig)

2. At least one QoS 1

   Sender speichert Nachricht bis Pubback kommt, Duplikate möglich

   Also Publish -> PublAck

3. Exactly once QoS 2

   4-Wege-Handshake garantiert kein Verlust und keine Duplikate

   PUBLISH → PUBREC → PUBREL → PUBCOMP

leichtgewichtige C++ Bibliothek für Mikrocontroller

Wichtige Klassen:

• Basis Klasse

  Adafruit_MQTT — Basis-Klasse (Verbindungslogik)

  Adafruit_MQTT_Client — TCP-Client-Implementierung

  Adafruit_MQTT_Publish — Objekt für ein Publish-Topic

  Adafruit_MQTT_Subscribe — Objekt für ein Subscribe-Topic

  Grundstruktur im Code:

  1. WiFi-Verbindung herstellen

  2. MQTT-Client mit Broker-IP, Port, User, Passwort erstellen

  3. Publish-/Subscribe-Objekte für Topics anlegen

  4. Im loop(): Verbindung prüfen, Nachrichten senden/empfangen

mqtt.connected() // Prüft ob verbunden (bool)

mqtt.ping() // Keep-Alive senden

sub.lastread // Letzter empfangener Wert

sub.setCallback(fn) // Callback-Funktion setzen // Was passiert, wenn der Wert reinkommt

1. Überblick Was macht der Code insgesammt?

2. Initialisierung was wird eingebunden: also mit Include, welche Konstanten werden definiert

3. Setup: Wifi-Verbindung, MQTT-Erstellung

4. Loop-Phase; Verbindungscheck -> Daten lesen -> Publish/Subscribe

Cyber-Physisches System (CPS):

Ein System, das physische Objekte (Sensoren, Aktoren) mit digitaler Verarbeitung (Software, Netzwerk) koppelt. Die physische Welt wird erfasst, digital verarbeitet und über Aktoren zurück beeinflusst.

Einordnung in Industrie 4.0 / IIoT:

Embedded System Lokales System ohne Netzwerk (z.B. Arduino + Sensor + LED) — Projekt I im Unterricht

IoT-System Embedded System + Netzwerkanbindung (z.B. ESP32 + MQTT + Broker) — Projekt II im Unterricht

CPS IoT-System + zentrale Datenerfassung, -analyse und Rückkopplung — das Gesamtsystem

IIoT = Industrial Internet of Things — CPS im industriellen Kontext (Produktion, Fertigung, Logistik)