Protocolo MQTT - Redes de Computadores

Protocolo MQTT
Maurício Moreira Neto
Orientador: José Neuman de Souza

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Mas primeiro, vamos revisar o conteúdo da aula
anterior...

Sumário
● O que é o protocolo MQTT?
● Vantagens
● Componentes do Modelo
● Segurança e Qualidade de Serviço
● Implementações e Exemplos
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O que é o protocolo MQTT?
● Message Queue Telemetry Transport (MQTT) é um protocolo leve para
dispositivos de IoT e otimizado para rede TCP/IP, criada pela IBM no final dos
anos 90
● Utiliza o paradigma publish-subscribe
● Criado inicialmente para sistemas de supervisão e coleta de dados (SCADA)
4

Mas por que o MQTT se tornou um protocolo tão
utilizado para internet das coisas?
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● Desenvolvido para hardware de dispositivo altamente restringido em
poder computacional e em redes de largura da banda limitada e de alta
latência
● Sistema de comunicação assíncrona
○ Desacopla emissor de receptor
● Prove distribuição de mensagens um-para-muitos, muitos-para-muitos e
desacoplamento de aplicações
● Apresenta 3 níveis de QoS
6

Por que não usar outros protocolos??
7

● Por que não usar o HTTP?
○ Síncrono
■ Cliente espera que o servidor responda
■ Alta latência
○ Unidirecional
■ Cliente precisa iniciar conexão
○ Um pra um
○ Pesado e cheio de regras
■ Não adequada para redes restritas
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Vantagens do MQTT
● O protocolo oferece algumas vantagens como:
○ Leveza (mínimo de overhead) - Header de 2 bytes
○ Open Source
○ "Confiabilidade"
○ Simplicidade
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Componentes do Modelo
● O MQTT é um protocolo que utiliza o paradigma pub-sub
● Neste paradigma tem-se três componentes principais:
○ Publishers - Elementos que publicam a mensagem em um tópico
○ Subscribers - Elementos que se inscrevem no tópico e recebem as
mensagens
○ Broker - Responsável pelo intermédio das trocas de mensagens
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11Figura retirada de: https://www.slideshare.net/PaulaPea10/building-an-iot-app-using-mqtt

12Figura retirada de: http://programmingwithreason.com/article-mqtt-in-depth.html

13Figura retirada de: https://www.slideshare.net/PaulaPea10/building-an-iot-app-using-mqtt

Segurança e Qualidade de Serviço
● A conexão entre o cliente e o Broker é feita via TCP (com opções
login) e o uso de criptografia (SSL/TLS)
● O protocolo MQTT fornece 3 níveis de qualidade de serviço (QoS)
indicando como deve ser a relação entre os elementos
comunicantes
○ QoS 0 - at most once
○ QoS 1 - at least once
○ QoS 2 - exactly once
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● QoS 0
○ É conhecido como “best-effort” pois se assemelha ao protocolo UDP pois não se tem
confirmação de entrega de mensagem. Não tem obrigação de manter a mensagem
armazenada.
● QoS 1
○ Existem a confirmação de entrega da mensagem. Atende situações onde quem envia
acaba gerando várias mensagens iguais possivelmente por um atraso na chegada de
confirmação de recebimento.
● QoS 2
○ Garante que a mensagem seja entregue exatamente uma vez, com envio de confirmações
de recebimentos. É o mais próximo do protocolo TCP.
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16Figura retirada de: https://www.slideshare.net/paolopat/io-t-protocols-landscape

Implementações e Exemplos
● Tem-se várias implementações para clientes e Brokers MQTT
○ Open Source ou não
○ Linguagens: Java, C, C#, Javascript e Python
● Broker Open Source Mosquitto
○ Windows, MAC, Linux, Raspberry Pi, …
● Porém, também existem Brokers privados
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● Exemplos de comandos do Mosquitto
○ mosquitto_sub → Subscrever em um tópico
○ mosquitto_pub → Publicar em um tópico
○ -m “message” → Mensagens enviadas pelos publicadores
○ -h localhost → Especifica o host o qual deve ser conectado (por default é o localhost)
○ -t topic → O tópico do MQTT sobre o qual publica a mensagem
○ -q 0/1/2 → Especifica a qualidade do serviço a ser usada para a mensagem, de 0, 1 e 2
○ -u username → Especifica o username a ser usado para autenticação com o Broker
○ -d → Habilita mensagens debug
○ -i → Especifica o id do cliente (de quem usa)
○ ...
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● Que tal praticarmos um pouco usando o
protocolo MQTT?!
○ Passo 1: instale o Broker Mosquitto em sua
máquina!
■ https://mosquitto.org/download/
○ Passo 2: Abra o terminal e digite o seguinte
comando:
■ mosquitto_sub -t topico/teste
○ Passo 3: Abra outro terminal em sua máquina
e digite o comando:
■ mosquitto_pub -t topico/teste -m “Hello Everybody”
19

20
Rápido, simples e fácil!

21
● Mas era só isso mesmo??
● Então que tal ver algo
mais complexo usando o
protocolo MQTT...

22
● Neste exemplo iremos usar:
nodeMCU Broker Open Source Arduino (IDE)

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Pub (topic, data)
Sub (topic)
Pub (topic, data)

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// LIBRARIES
#include "DHT.h"
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
// PINOS UTILIZADOS PARA OS LEDS E O SENSOR
#define DHTPIN D4
#define PinBlue D5
#define PinRed D6
#define DHTTYPE DHT11
// DEFININDO ALGUMAS CONSTANTES E VARIAVEIS
String topic = "nodeMCU";
int errorConectionMQTT = -2;
int status = WL_IDLE_STATUS;
IPAddress server(192, 168, 0, 105);
const char ssid[] = "........";
const char password[] = "................";
//const char* mqtt_server = "broker.hivemq.com";
WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
//SETUP
void setup() {
// comunicação
Serial.begin(9600);
Serial1.begin(9600);
// pinos
pinMode(PinBlue, OUTPUT);
pinMode(PinRed, OUTPUT);
// sensor e rede
dht.begin();
InitWiFi();
client.setServer(mqtt_server,1883);
}
void InitWiFi(){
if (WiFi.status() == WL_NO_SHIELD){
Serial.println("modulo WiFi não conectado");
while(true);
}
Serial.println("Conectando ao AP ...");
while ( status != WL_CONNECTED) {
Serial.print("Tentando conectar ao WPA SSID: ");
Serial.println(ssid);
status = WiFi.begin(ssid, password);
delay(500);
}
Serial.println("Conectando ao AP");
}

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// CAPTURANDO O DADO DO SENSOR E GERANDO UM JSON PARA SER
ENVIADO
void getSensorData(){
//Serial.println("Inicializando o sensor!");
digitalWrite(PinRed, HIGH);
float umid = dht.readHumidity();
float temp = dht.readTemperature();
// Verifica se existe erro na leitura do sensor de temperatura!
if (isnan(umid) || isnan(temp)) {
Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
digitalWrite(PinRed, LOW);
digitalWrite(PinBlue, HIGH);
return;
}
// convertendo para string
String temperatura = String(temp);
String umidade = String(umid);
// debugando mensagens
Serial.print( "Enviando os dados de umidade e temperatura : [" );
Serial.print(umidade);
Serial.print(" ] [ ");
Serial.print(temperatura);
Serial.print( " ] -> " );
// JSON
String payload = " { ";
payload += ""topico":""; payload += topic;
payload += "" , ";
payload += ""Umidade":"; payload += umidade;
payload += " , ";
payload += ""Temperatura":"; payload += temperatura;
payload += " } ";
// Send payload
char attributes[1000];
payload.toCharArray( attributes,1000);
client.publish("nodeMCU", attributes);
Serial.println( attributes );
digitalWrite(PinRed, HIGH);
digitalWrite(PinBlue, LOW);
delay(4000);
}

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// CASO O CAIA A CONEXÃO COM O BROKER, TENTA-SE RECONECTAR.
void reconnect() {
while (!client.connected()) {
Serial.print("Tentando conectar com o Broker ...");
if (client.connect("esp8266Client")) {
Serial.println("Conectado!");
} else {
//
char attributes2[100];
String payload = " { ";
payload += ""error":"; payload += errorConectionMQTT;
payload += " } ";
payload.toCharArray( attributes2, 100 );
client.publish("nodeMCU", attributes2 );
//
Serial.print("Falha, rc=");
Serial.print(client.state());
Serial.println(" tentando em 5 segundos ");
delay(5000);
}
}
}
// CHAMA TODOS AS FUNÇÕES NO LOOP
void loop() {
status = WiFi.status();
if (status != WL_CONNECTED){
while(status != WL_CONNECTED){
Serial.print("Tentando conexão para WPA SSID: ");
Serial.println(ssid);
// conectando com a rede
status = WiFi.begin(ssid,password);
delay(500);
}
Serial.println("Conectado ao AP");
}
// tentando se reconectar
if (!client.connected()){
reconnect();
}
getSensorData();
delay(2000);
client.loop();
}

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