MQTT協定與終端監控設備的結合
MQTT協定(訊息佇列遙測傳輸協定),也稱為訊息佇列遙測傳輸協議,是一種基於發布/訂閱模式的「輕量級」通訊協定。它基於TCP/IP協定構建,於1999年發布。 MQTT的優勢在於,它能夠以少量程式碼和有限的頻寬為遠端設備提供即時可靠的訊息服務。作為一種低功耗、低頻寬佔用的即時通訊協議,它被廣泛應用於物聯網、小型設備、行動應用等領域。
MQTT 伺服器(訊息代理)。常見的 MQTT 伺服器並非大型機房裡的一堆機櫃,而是基於 Erlang/OTP 平台開發的軟體。然後,運行該軟體的電腦和其他設備也會參與其中。可以直觀地理解為運行 MQTT 訊息伺服器軟體的伺服器或伺服器叢集。
主要功能如圖 1-1 所示。
(1)接受來自客戶端的網路連接
(2)接受客戶發布的信息
(3)處理客戶的訂閱和取消訂閱請求
(4)將申請訊息轉發給已訂閱的客戶。
(1)MQTT 將建構底層網路傳輸。它會在客戶端和伺服器之間建立連接,並提供有序、無損的基於位元組流的雙向傳輸。發送資料時,MQTT 會關聯相關的服務品質和主題名稱。
MQTT協定的通訊過程需要客戶端和伺服器共同完成。通訊過程中有三種角色:發布者(Publisher)、代理商(Broker)和訂閱者(Subscribe)。訊息發布者和訂閱者都可以是客戶端,而訊息代理則是MQTT伺服器。
① MQTT的實現
主題:主題,可以理解為訊息的類型;
有效載荷:訊息內容,可以理解為要使用的具體數據內容。
② MQTT 客戶端
使用 MQTT 協定的應用程式或裝置。它是一種基於 MQTT 伺服器的網路連線。它通常用於發布資訊、訂閱發布資訊、取消訂閱或刪除應用程式訊息以及斷開與伺服器的連接。
① 使用發布/訂閱訊息模式,實作一對多訊息發布,並解耦應用程式。
② 屏蔽載入內容的訊息傳輸。
③ 使用 TCP/IP 提供網路連線。
④ 訊息發布服務品質分為三種。訊息發布(QoS:0 最多一次,1 至少一次,2 僅一次)
⑤ 小規模傳輸和小規模流量需求。
許多電錶都連接到網關,這是設備與MQTT伺服器互動的方式。在ADW系列電錶中,ADW300電錶具備4G及Wi-Fi上網功能。這使得設備可以透過物聯網網路卡或區域網路實現連網,簡化了設備連接到網關再連接到伺服器的繁瑣步驟,從而實現了工業物聯網。
(1)ADW300 無線電錶主要用於測量低壓電網的三相有功電能。它具有體積小、精度高、功能豐富、通訊方式多樣等優點,支援RS485通訊以及LoRa、NB-M、4G、Wi-Fi等多種無線通訊方式。此外,它還增加了外接變壓器的電流採樣模式,方便使用者在不同場合安裝和使用。本設備可靈活安裝在配電箱內,滿足不同區域、不同負載的分項電能測量、運轉維護監控或電力監測等需求。
①訂閱
訂閱包含主題篩選器和服務品質 (QoS) 功能。每個訂閱都與一個會話關聯。一個會話可以包含多個訂閱。每個會話中的每個訂閱都有不同的主題篩選器。
②會話
每個客戶端與伺服器建立連線後,客戶端與伺服器之間都需要有狀態的互動。會話存在於客戶端與網路之間,或可跨越客戶端與伺服器之間的多個連續網路連線。
③主題名稱
連接到應用程式訊息的標籤。該標籤與伺服器的訂閱相符。伺服器會將訊息傳送給每個訂閱了符合標籤的客戶端。
④數據上傳
此電錶的無線傳輸實現了小流量和小流量需求。此電錶的資料上傳過程簡單(詳見附錄)。冗餘資料上傳步驟經過最佳化,支援自訂資料上傳,包括常用電氣參數資料、訊號強度、有功功率需求、電壓電流比、溫度、DI狀態、電壓電流諧波失真率、峰值和谷值電能等。
綜上所述,在目前物聯網技術環境下,MQTT伺服器已被各類企業陸續採用,因為MQTT伺服器和MQTT協定能夠滿足其智慧化管理需求。許多企業的部分生產車間配電櫃需要使用無線設備來監控電氣設備的運作狀態,而大多數企業的生產車間電氣設備分散且獨立,如果每台設備都安裝網關,改造成本將非常高。因此,為了節省成本,大多數企業通常會安裝一批用於無線監控電氣設備的電錶——ADW300,透過感測器收集電纜和生產線的各種設備參數,主要包括電流、電壓等電氣參數數據,並將採集到的數據即時上傳到MQTT伺服器雲端,然後透過物聯網平台和數據庫訂閱MQTT伺服器主題,取得終端監控設備的數據,實現終端與雲端的雙向通信,建構強大的數據通道,將採集到的數據儲存在MQTT伺服器的雲端資料庫中,確保數據安全,建構電源管理和顯示系統,並透過雲端運算、大數據和互聯網將採集到的數據展示給用戶。使用者可以登入行動APP或電腦頁面,即時查看設備和電纜的電力數據。
發佈時間:2022年10月31日
