HiveMQ MQTT ist ein Wegbereiter für IIoT
An HiveMQ MQTT führt kein Weg mehr vorbei: Wenn (industrielle) Internet-of-Things-Projekte technisch umgesetzt werden sollen, ist das MQTT-Protokoll oft die bessere und weniger komplexe Alternative zu OPC UA. MQTT schlägt durch seine Publish-Subscribe-Architektur den Client/Server-Ansatz von OPC UA. Enterprise-Eignung, Effizienz und Skalierbarkeit sprechen für MQTT als erste Wahl. Ähnliche Entscheidungsgründe fallen ins Gewicht, wenn man die folgenden MQTT-Broker miteinander vergleicht: HiveMQ MQTT vs. Eclipse Mosquitto. Auch hier liegt HiveMQ MQTT klar vorn. Vielleicht etwas überraschend: Der HiveMQ MQTT Broker und die HiveMQ Cloud sind wegweisende Produkte aus Landshut in Deutschland. Dieser Beitrag beleuchtet, warum sich das MQTT-Protokoll so gut für anspruchsvolle, große (Industrial) IoT-Projekte eignet, was für den HiveMQ MQTT Broker spricht, warum die Nutzung von HiveMQ MQTT mit der Sparkplug Extension eine gute Idee ist und welche Vorteile es bringt, für ein IoT-Projekt zusammen mit HiveMQ eine Kafka/Confluent-Streaming-Plattform einzusetzen.
Was ist das MQTT-Protokoll?
MQTT stand ursprünglich für „MQ Telemetry Transport“ – denn bei seiner Entwicklung 1999 diente das MQTT-Protokoll noch zum Monitoring von Öl-Pipelines. Aber nachdem das Protokoll 2010 mit der Version MQTT 3.1 von IBM freigegeben wurde, verschwand die Bedeutung des Akronyms und das Protokoll etablierte sich in weiteren Branchen und Szenarien. Seit 2014 ist MQTT ein OASIS-Nachrichtenprotokoll (Organization for the Advancement of Structured Information Standards) mit besonderer Eignung für das IoT beziehungsweise IIoT (Industrial Internet of Things).
Was macht MQTT im IoT-Kontext so erfolgreich?
MQTT ist als extrem leichtgewichtiger Publish/Subscribe-Messaging-Transport konzipiert. So eignet es sich ideal dafür, entfernte Geräte zu verbinden, mit geringem Code-Fußabdruck und minimaler Netzwerkbandbreite. MQTT ist zugleich hochperformant und ressourcenschonend. Zudem ist das Protokoll auch für instabile Verbindungen konzipiert und kann sich nach Verbindungsabbrüchen leicht wieder verbinden. In IoT- und IIoT-Szenarien ist das einfach anwendbare MQTT heute in zahlreichen Branchen beliebt, von Automotive bis Fertigungsindustrie, von der Telekommunikation bis zur Öl- und Gaswirtschaft.
Was ist ein MQTT-Broker?
In der MQTT-Welt gibt es Clients und Broker. Die Kommunikation zwischen Clients findet nicht direkt, sondern ausschließlich über den Broker statt. Der MQTT-Broker ist also ein Server, der Nachrichten von den Clients empfängt, um sie an andere Clients weiterzuleiten. In Automatisierungslösungen hat der MQTT-Broker nicht nur die Aufgabe, Daten von Maschinen und Geräten einzusammeln, sondern auch,Stelleingriffe, die von weiteren Instanzen stammen, an die Geräte zu übermitteln. Der MQTT-Server bzw. -Broker stellt gleichsam das Herzstück des MQTT Publish/Subscribe-Protokolls dar.
HiveMQ: der MQTT-Broker aus Deutschland
Neben Open-Source-MQTT-Brokern wie beispielsweise Mosquitto der Eclipse Foundation, existiert auch eine renommierte und seit langem erfolgreiche Open-Source-Option aus Deutschland: HiveMQ. HiveMQ ist ein MQTT-Broker mit vollständiger Unterstützung von MQTT-3 und MQTT-5 sowie einer clientbasierten Messaging-Plattform. HiveMQ Cloud ist eine vollständig gemanagte MQTT-Plattform, die keine Installation oder Verwaltung benötigt und auch eine einfache Skalierung gestattet. Entstanden ist HiveMQ MQTT schon kurz nach der Freigabe von MQTT im Jahr 2010. Mosquitto 1.0 wurde 2011 als erster MQTT-Server vorgestellt, aber schon 2012 folgte ein Startup aus Landshut mit seinem MQTT-Broker HiveMQ 1.3 – wenn gleich die bayerischen MQTT-Spezialisten damals noch als „dc-square“ firmierten. Das Ziel ist dasselbe geblieben: HiveMQ will die beste MQTT-Plattform bieten, die es gibt.
Funktionen und Vorteile von HiveMQ
Im Vergleich zu anderen MQTT-Brokern zeichnet sich der HiveMQ MQTT Broker dadurch aus, dass die Instanzen mit der darunterliegenden Hardware skalieren. Der nicht-blockierende Multithreading-Ansatz von HiveMQ gestattet bis zu 10 Millionen gleichzeitige Geräteverbindungen bei extrem schnellem Durchsatz und nur minimal erhöhter Latenz. Die Integration von Unternehmensdaten wird durch die bidirektionale Übertragung von Daten zwischen einem HiveMQ MQTT Broker und einem Unternehmenssystem erreicht, das als HiveMQ Client fungiert. Mithilfe des MQTT Pub–Sub-Protokolls abonniert der HiveMQ Client jedes Unternehmenssystems die Daten, die integriert werden sollen. HiveMQ arbeitet mit einer verteilten und masterlosen Cluster-Architektur. So gibt es keinen einzigen Ausfallpunkt, und der Cluster kann zur Laufzeit wachsen oder schrumpfen, ohne Daten oder Verfügbarkeit zu verlieren. Dank der Unterstützung von Kubernetes, OpenShift und DC/OS lässt sich HiveMQ automatisch skalieren und erfüllt so die Anforderungen selbst großer IoT-Anwendungen.
HiveMQ vs. Mosquitto
HiveMQ Cloud heißt der Cloud-native IoT-Messaging-Service von HiveMQ, der Bereitstellung und Verwaltung von MQTT-Plattformen vereinfacht. Die HiveMQ MQTT-Cloud-Plattform ist vollständig gemanagt, verfügt über 24/7-Support und erstellt mit nur wenigen Klicks skalierbare MQTT-Cloud-Broker-Cluster, die für die Produktion ausgelegt sind. Die HiveMQ Cloud bietet eine benutzerfreundliche Webkonsole und umfangreiche Monitoring- und Verwaltungstools, die Administratoren die Überwachung und Konfiguration erleichtern. Der direkte Vergleich von HiveMQ vs. Mosquitto zeigt auf: Während HiveMQ speziell für große und anspruchsvolle IoT- und IIoT-Umgebungen entwickelt wurde, ist das in der Regel weniger skalierbare Mosquitto eher für kleinere bis mittlere IoT-Bereitstellungen geeignet. Gerade im industriellen IIoT-Kontext, in dem täglich oft Millionen von Datenproben in Echtzeit gestreamt und verarbeitet werden müssen, spielt HiveMQ dank seiner Skalierbarkeit deutliche Vorteile aus.
Die Vorteile von MQTT mit Sparkplug vs. OPC UA
OPC Unified Architecture (OPC UA) ist eines der gängigsten Kommunikationsprotokolle für Fertigungsumgebungen. Es wurde 2008 als Nachfolger des OPC-Standards veröffentlicht. Vollständige Implementierungen der umfangreichen OPC UA Spezifikation sind äußerst komplex, auch weil OPC UA auf einer Client/Server-Architektur basiert. Sind viele heterogene Anwendungen und Geräte verschiedener Hersteller zu vernetzen, ist die Implementierung der OPC UA Architektur nicht einfach. Auch angesichts der wachsenden Bedeutung von Interoperabilität im IIoT stellt MQTT mit seiner Publish-Subscribe-Architektur eine hochinteressante Alternative zu OPC UA dar. Dies gilt insbesondere in Kombination mit der Sparkplug-Erweiterung für MQTT.
Was ist Sparkplug?
Sparkplug ist ein offener Standard, der die Eigenschaften von MQTT wie Einfachheit, Effizienz und Verständlichkeit übernimmt. Sparkplug nutzt MQTT, um zu spezifizieren, wie alle Systemkomponenten innerhalb einer Infrastruktur bidirektional über einen MQTT-Broker kommunizieren. Sparkplug beinhaltet Nachrichtentypen für jedes Event im Lebenszyklus von Steuerungen und Sensoren. Nachrichten von diversen Produktionsanlagen und Sensoren unterscheiden sich in ihren Formaten und Datenstrukturen oft deutlich. Weil mit Sparkplug aber alle Datenquellen dasselbe Datenformat nutzen, sind keine Sonderlogiken mehr notwendig. HiveMQ MQTT mit Sparkplug zu kombinieren, reduziert die Komplexität und erhöht die Effizienz, insbesondere beim Betrieb heterogener Produktionsstrukturen.
Vergleichsliste: MQTT mit Sparkplug vs. OPC UA
|
Kriterium
|
MQTT Sparkplug
|
OPC UA
|
|---|---|---|
|
Skalierbarkeit
|
Hoch skalierbar
|
Nicht skalierbar
|
|
Datenintegrität
|
Gut
|
Schlecht
|
|
Effizienz
|
Hocheffizient
|
Ineffizient
|
|
Integrierbarkeit
|
Leicht
|
Schwierig
|
|
Auto-Discovery
|
Möglich
|
Nicht möglich
|
|
Sicherheit
|
Sehr sicher
|
Sicher mit Einschränkungen
|
|
Cloud-Konnektivität
|
Einfach
|
Schwierig
|
|
Spezifikations-Komplexität
|
Einfach
|
Komplex
|
|
Direktionalität
|
Bidirektional
|
Unidirektional
|
|
Leichtgewichtig
|
Absolut
|
Nicht leichtgewichtig oder performant
|
Zusammenspiel zwischen HiveMQ MQTT und Confluent Streaming-Plattform
Die Confluent-Plattform ist eine umfassende Datenplattform, die auf der Open-Source-Streaming-Plattform Apache Kafka aufbaut; eine der weltweit beliebtesten Plattformen für die Echtzeitdatenverarbeitung. Confluent wurde speziell entwickelt, um die Verarbeitung von Streaming-Daten auf Enterprise-Niveau zu unterstützen. So bietet Confluent eine erweiterte Suite von cloud-nativen Tools und Diensten, die es erleichtern, Kafka in unternehmenskritischen Anwendungen zu nutzen. Confluent ist serverlos, bietet eine elastische Skalierung und Infinite Storage. HiveMQ verfügt über eine native Extension zu Kafka – beziehungswiese zu Confluent. Um MQTT-Nachrichten zentral zu speichern, eignet sich Confluent perfekt. Besonders die Confluent Cloud gestattet es, schnell Use Cases umzusetzen und zu skalieren. Währen Kafka/Confluent nicht in der Lage ist, die Kommunikation industrieller IoT-Geräte und ‑Sensoren gut zu strukturieren, ist das eine Aufgabe, bei der der HiveMQ MQTT Broker glänzt. Umgekehrt gilt: Wo Schwächen von HiveMQ MQTT liegen, hat Kafka/Confluent seine Stärken. Mit Kafka/Confluent lassen sich große Mengen an zuverlässigen Speicher- und Verteilungssystemen mit hohem Durchsatz bereitstellen. Die Streaming-Plattform wirkt dabei wie ein Puffer für die Echtzeit-Informationsströme der HiveMQ Clients aus den Industrieanlagen.
Fazit: HiveMQ macht IoT-Projekte erfolgreich
HiveMQ MQTT ist heute bei mehr als 100 Unternehmen im Produktivbetrieb. Ob im Kontext der Fertigungsautomatisierung und -steuerung, im Industrial Internet of Things oder im Internet of Things: bei der Vernetzung etwa von Automobilen oder Küchengeräten draußen im Feld. Daimler beispielswiese nutzt HiveMQ in der Fahrzeugfertigung, Winterhalter vernetzt mit HiveMQ MQTT seine Gastro-Geschirrspüler, und BMW setzt HiveMQ ein, um die Konnektivität bei seinen BMW Mobility Services herzustellen, einem Car-Sharing Produkt von BMW für Flottenbetreiber. ECARX, eine Tochter des chinesischen Autoherstellers Geely, vernetzt mithilfe von HiveMQ MQTT 2 Millionen Geely-Fahrzeuge, und die SWM – Stadtwerke München nutzen HiveMQ im Nahverkehr für ihr Echtzeit-Passagier-Informationssystem. Effizienz, Skalierbakeit, Integrierbarkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit – für Umsetzer von IoT- oder IIoT-Projekten eignen sich die Fähigkeiten und Vorzüge von HiveMQ MQTT ideal. it-novum berät Sie gern dabei.
