IoT_ЛБ#3
.docxМИНИСТЕРСТВО 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
──────────────────────────────────────
Факультет СИ
Кафедра ИСиОТ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
№ 3
по дисциплине «Основы интернета вещей»
на тему:
«Роль протокола MQTT»
Выполнили:
БСС230У
Хххх Х Х
Йййй Й Й
Проверил:
Рогач И. С., Короткова В. И.
(Осенний семестр)
Москва 2026
Определение протокола MQTT и принцип действия
Определение: MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) — это легкий сетевой протокол обмена сообщениями, созданный специально для работы в условиях нестабильного или слабого интернета, что делает его главным стандартом для Интернета вещей (IoT).
Кто участвует в работе: В системе есть три главных компонента:
Издатель (Publisher) — устройство, которое создает и отправляет данные.
Брокер (Broker) — центральный сервер-посредник, который принимает все сообщения и распределяет их получателям.
Подписчик (Subscriber) — система или устройство, которое подписано на определенные темы и забирает нужные сообщения у брокера.
Пример из жизни: Датчик замеряет температуру воздуха (18 градусов) и отправляет брокеру. Умная батарея подписана на этот датчик, брокер пересылает ей данные, и если в комнате холодно, система включает обогрев.
Уровни надежности (QoS): Протокол поддерживает три режима доставки сообщений: QoS 0 (отправил и забыл, без подтверждения), QoS 1 (с подтверждением, но возможны дубли), QoS 2 (строго однократная доставка без повторов). Главное удобство в том, что устройствам не нужно держать постоянное прямое соединение друг с другом.
Роль протокола MQTT в концепции Интернета вещей
Концепция IoT: Это объединение физических приборов (датчиков, счетчиков, бытовой техники, видеокамер и промышленных контроллеров) в общую цифровую сеть.
Главная задача MQTT: Обеспечить максимально простой, быстрый и экономный обмен сообщениями. За счет минимального объема служебного трафика протокол отлично подходит для слабых устройств и плохой связи.
На практике: На заводе датчики давления и температуры передают показатели брокеру MQTT, откуда их забирает система мониторинга. Также через брокер удобно удаленно управлять техникой (например, включать свет или менять режимы). При этом сам MQTT отвечает только за доставку писем, а всю логику и принятие решений выполняет сторонний софт.
Какие ограничения имеет MQTT?
Несмотря на все плюсы, у MQTT есть слабые места:
Зависимость от брокера: Если главный сервер падает, обмен данными останавливается (для надежности ставят резервные серверы).
Зависимость от сети: Так как протокол работает поверх TCP/IP, при обрывах связи неизбежны задержки.
Безопасность: Сам по себе протокол не гарантирует абсолютную защиту, поэтому приходится дополнительно настраивать шифрование TLS, пароли и права доступа.
Узкая специализация: Он отлично пересылает маленькие текстовые сообщения, но совершенно не подходит для трансляции тяжелого видеопотока или жесткого реального времени.
Согласование данных: MQTT доставляет «голые» цифры, но не объясняет их смысл. Например, число «25» может быть и градусами, и процентами влажности — разработчики должны договариваться об этом заранее.
4.Примеры использования протокола MQTT в реальных проектах IoT
MQTT востребован везде, где нужно собирать данные с удаленных датчиков:
Умный дом: Датчики движения, протечки и температуры отправляют сигналы брокеру, а система управляет светом и климатом.
Промышленность: Сбор информации о вибрациях и нагреве двигателей с целью вовремя предупредить оператора об аварии.
Сельское хозяйство: Автоматический запуск полива, если датчики фиксируют сухость почвы.
Энергетика: Дистанционный сбор показаний со «умных» счетчиков электричества.
Транспорт: Передача телеметрии и координат машин в единый диспетчерский центр.
Принцип действия технологии RFID
Определение: RFID (Radio Frequency Identification) — это технология радиочастотной идентификации, которая позволяет считывать информацию об объектах на расстоянии с помощью радиоволн.
Из чего состоит система:
RFID-метка (содержит микрочип с данными и антенну).
Считыватель (излучает радиоволны и ловит ответ от метки).
Программа (обрабатывает полученные данные в компьютере).
Как это работает: Коробки на складе снабжаются метками. Когда они проезжают мимо антенны-считывателя, устройство посылает сигнал, получает отклик от меток и сразу фиксирует поступление товара в базу.
Виды меток: Пассивные (не имеют батарейки, питаются от энергии самого считывателя) и активные (имеют встроенный аккумулятор и работают на большом расстоянии). Главное отличие от старого доброго штрихкода — метку не нужно видеть глазами и точно наводить на нее сканер.
Преимущества и недостатки технологии RFID
Преимущества:
Не требуется прямой визуальный контакт с объектом.
Можно считывать сразу целую пачку меток за секунду, что бешено ускоряет инвентаризацию.
Автоматизация проходных и ворот: система сама фиксирует въезд машин или проход сотрудников без участия человека.
Недостатки:
Высокая стоимость оборудования (сами метки, считыватели, антенны, софт).
Металлические поверхности и жидкости сильно глушат радиоволны.
Ограничения по дальности и риск случайно поймать метку с соседнего стеллажа (ложное срабатывание). Также есть риски перехвата данных, если не настроить шифрование.
Основные области применения RFID-систем
Торговля: Маркировка одежды и обуви для быстрого учета остатков в магазинах.
Склады и логистика: Быстрая приемка, отгрузка и сортировка палет с грузами.
Контроль доступа: Электронные пластиковые пропуска и ключи в офисах, отелях и турникетах метро.
Медицина: Учет дорогостоящих лекарств, инструментов и контроль доступа к препаратам.
Библиотеки: Моментальная выдача и прием книг без ручного сканирования штрихкодов на каждой странице.
Производство: Отслеживание сборки конкретной детали на конвейере.
Результат прохождения тестирования:
Рисунок 1 – Результат тестирования
Краткий итог: Технологии RFID и MQTT отлично дополняют друг друга, но решают разные задачи. RFID отвечает за то, чтобы «увидеть и распознать объект с помощью радиоволн», а MQTT — за то, чтобы «быстро и легко передать эти данные по сети между устройствами». Вместе они часто используются на современных «умных» складах.