МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ»

_________________________________________

Кафедра «СиССК»

Лабораторная работа №3

«Роль протокола MQTT в концепции

Интернета вещей и RFID-системы»

Выполнили студенты БСС2201:

Проверили:

Рогач И. С.

Короткова В. И.

г. Москва, 2025г.

1. Определение протокола MQTT и принцип действия.

Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) - это простой, легкий протокол обмена сообщениями, используемый для установления связи между несколькими устройствами. Это протокол на базе TCP, основанный на модели publisher-subscriber. Этот протокол подходит для передачи данных между устройствами с ограниченными ресурсами, имеющими низкую пропускную способность и потребляющими мало энергии.

Система связи, построенная на MQTT, состоит из сервера-издателя, сервера-брокера и одного или нескольких клиентов. Издатель не требует каких-либо настроек по количеству или расположению подписчиков, получающих сообщения. Кроме того, подписчикам не требуется настройка на конкретного издателя. В системе может быть несколько брокеров, распространяющих сообщения.

MQTT предоставляет способ создания иерархии каналов связи — своего рода ветвь с листьями. Всякий раз, когда у издателя есть новые данные для распространения среди клиентов, сообщение сопровождается примечанием контроля доставки. Клиенты более высокого уровня могут получать каждое сообщение, в то время как клиенты более низкого уровня могут получать сообщения, относящиеся только к одному или двум базовым каналам, «ответвляющимся» в нижней части иерархии. Это облегчает обмен информацией размером от двух байт до 256 мегабайт.

2. Роль протокола MQTT в концепции Интернет вещей.

С учётом суровых условий эксплуатации протокол сделан маленьким и лёгким. Он идеален для устройств слабой мощности и с ограниченным временем автономной работы. К их числу сейчас относятся и вездесущие смартфоны, и постоянно растущее число датчиков и подключённых устройств. Таким образом, MQTT стал протоколом для потоковой передачи данных между устройствами с ограниченной мощностью CPU и/или временем автономной работы, а также для сетей с дорогой или низкой пропускной способностью, непредсказуемой стабильностью или высокой задержкой. Именно поэтому MQTT известен как идеальный транспорт для IoT. Он построен на протоколе TCP/IP, но есть ответвление MQTT-SN для работы по Bluetooth, UDP, ZigBee и в других сетях IoT, отличных от TCP/IP.

3. Какие ограничения имеет MQTT?

Без устройства, выполняющего функции брокера, сеть перестаёт функционировать, поэтому необходимо обеспечить стабильную его работу и, при возможности, обеспечить несколько устройств.

Использование TCP в базовой версии протокола сильно сужает спектр применения устройств с использованием этого протокола. Также возрастает задержка, с которой устройства обмениваются данными.

В старых версиях протокола MQTT есть очень неприятная особенность, связанная с тем, что если одно устройство выполняет роль и subscriber и publisher устройства, то при отправке сообщения в 1 т.н. “topic” устройство получало своё же сообщение от брокера. В 5-ой версии MQTT есть возможность предотвратить такое поведение.

4. Примеры использования протокола в реальных проектах IoT?

В качестве реального примера использования MQTT протокола, ниже приведена краткая информация о системе мониторинга состояния здоровья пациента с заболеваниями сердца:

В совместной работе IBM® и поставщика медицинских услуг над системой ухода за кардиологическими пациентами имплантированный кардиовертер-дефибриллятор связывается с больницей. Данные о пациенте и имплантированном устройстве передаются с помощью радиочастотной телеметрии на устройство MQTT в доме пациента.

Как правило, передача данных осуществляется ночью на передатчик, расположенный у кровати пациента. Передатчик безопасно передает данные по телефонной системе в больницу, где они анализируются.

Система сокращает количество визитов пациента к врачу. Она определяет, когда пациенту или устройству требуется внимание, и в случае чрезвычайной ситуации оповещает дежурного врача.

5. Принцип действия технологии RFID.

RFID-метка появляется в поле считывателя

Чип запускается при помощи энергии от радиосигнала

Чип модулирует сигнал данными RFID-метки

Антенна RFID-метки излучает измененный (промодулированный) сигнал

Считыватель получает данные от RFID-метки и декодирует их

Считыватель отправляет данные на уровень приложений

Программное обеспечение обрабатывает полученные данные

Программное обеспечение отправляет свои данные считывателю

Считыватель отправляет данные в RFID-метку

6. Преимущества и недостатки технологии RFID.

Преимущества:

Высокая скорость работы системы

Возможность перезаписи информации

Возможность бесконтактной работы

Устойчивость к внешним условиям

Распознавание данных на большом расстоянии

Безопасность и конфиденциальность записанной информации

Объем хранящейся информации

Чтение нескольких меток

Возможность выполнения интеллектуальных задач

Высокая точность считывания

Возможность одновременного считывания множества меток

Возможности размещения считывателя

Возможность скрытого размещения

Недостатки:

Невозможность размещения под токопроводящей поверхностью

Взаимные коллизии (решается использованием антиколлизионной функции)

Утрата работоспособности метки при частичном механическом повреждении

Стоимость RFID-системы выше, чем стоимость систем, основанных на штрих- и QR-кодах

Более сложный процесс изготовления (по сравнению со штрих-кодами)

7. Основные области применения RFID-систем.

Благодаря своей дешевизне и простоте, технология нашла широкое применение во всех сферах деятельности человека. RFID представлена в промышленности, логистике, системах управления доступом, системах локализации в реальном времени, дистанционном управлении и т.д.