Qu’est-ce que le protocole MQTT dans l’IoT et comment l’implémenter?

mars 19, 2024

Introduction

Avez-vous déjà entendu parler du protocole MQTT? Si vous travaillez dans le domaine de l’Internet des objets (IoT), ou si vous vous intéressez à ce dernier, il y a de fortes chances que oui. MQTT est un protocole de messagerie spécialement conçu pour les réseaux où la bande passante est limitée, où la latence est un problème, ou où il est nécessaire de minimiser les coûts de transfert de données. Il joue un rôle crucial dans l’infrastructure de communication des appareils IoT. Dans cet article, nous allons explorer ce qu’est le protocole MQTT, pourquoi il est si important dans le monde de l’IoT et comment vous pouvez l’implémenter.

Le protocole MQTT : une introduction

MQTT, ou Message Queuing Telemetry Transport, est un protocole de messagerie basé sur le principe de la publication/abonnement. Il a été créé par IBM en 1999 et est maintenant devenu un standard ouvert géré par l’Organisation for the Advancement of Structured Information Standards (OASIS). Le protocole utilise un agent de messagerie, ou broker, pour gérer l’envoi et la réception de messages entre clients MQTT.

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Le protocole MQTT repose sur une architecture simple, où un client se connecte à un broker et publie un message sur un topic, puis d’autres clients s’abonnent à ce topic pour recevoir le message. Le protocole prend également en charge trois niveaux de qualité de service (QOS), ce qui garantit que le message atteint le destinataire.

Pourquoi MQTT est important dans l’IoT

MQTT est de plus en plus utilisé dans le domaine de l’IoT parce qu’il est simple, léger et efficace. Il est parfaitement adapté pour les appareils IoT qui ont des ressources limitées, comme la bande passante ou l’énergie. De plus, le protocole MQTT est capable de gérer des millions de messages par seconde, ce qui est essentiel pour les grands réseaux d’appareils IoT.

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Un autre avantage de MQTT est sa capacité à maintenir des connexions stables, même dans des conditions de réseau instables. C’est particulièrement utile pour les appareils IoT qui sont souvent déployés dans des environnements où la connectivité réseau peut être intermittente.

Comment mettre en œuvre MQTT

L’implémentation du protocole MQTT est simple et directe. Vous aurez besoin d’un serveur MQTT (ou broker) et de clients MQTT. Le serveur est responsable de la gestion des messages, tandis que les clients sont les appareils qui envoient ou reçoivent des messages.

Pour configurer un client MQTT, vous devez lui attribuer un identifiant unique, qui sera utilisé par le broker pour l’identifier. Vous devrez également spécifier l’adresse du broker et le port à utiliser pour la connexion. Une fois la configuration terminée, le client peut se connecter au broker et commencer à publier ou à s’abonner à des topics.

Il existe de nombreux logiciels et bibliothèques disponibles pour faciliter l’implémentation de MQTT. Par exemple, Mosquitto est un broker MQTT open-source largement utilisé. Des bibliothèques MQTT, comme Paho, sont disponibles pour de nombreux langages de programmation, y compris C, Java, Python et JavaScript.

Exemple d’implémentation de MQTT avec Arduino

Pour illustrer l’implémentation de MQTT, prenons l’exemple d’un projet avec Arduino. Supposons que vous ayez un Arduino qui doit envoyer des données de capteur à un serveur via MQTT.

Tout d’abord, vous devez configurer votre Arduino avec une bibliothèque MQTT, comme la bibliothèque PubSubClient pour Arduino. Ensuite, vous pouvez écrire un code pour connecter votre Arduino au broker MQTT, s’abonner à un topic et publier des données sur ce topic.

Voici un exemple de code :

#include <PubSubClient.h>
#include <Ethernet.h>

byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };
EthernetClient ethClient;
PubSubClient mqttClient(ethClient);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Ethernet.begin(mac);
  mqttClient.setServer("mqtt.example.com", 1883);
}

void loop() {
  if (!mqttClient.connected()) {
    mqttClient.connect("arduinoClient");
  }

  float temperature = readTemperature();
  char msg[50];
  sprintf(msg, "Temperature: %f", temperature);
  mqttClient.publish("sensorData", msg);

  delay(5000);
}

float readTemperature() {
  // Code pour lire la température du capteur
}

Dans cet exemple, l’Arduino se connecte au broker MQTT (dans ce cas, "mqtt.example.com" sur le port 1883), publie la température lue à partir d’un capteur sur le topic "sensorData" toutes les 5 secondes.

Conclusion

En conclusion, MQTT est un protocole de messagerie léger et efficace qui est de plus en plus utilisé dans le domaine de l’IoT. Sa simplicité, sa flexibilité et sa fiabilité en font une excellente option pour la communication entre les appareils IoT. Avec des outils et des bibliothèques disponibles pour faciliter son implémentation, MQTT est certainement un protocole à considérer pour vos prochains projets IoT.

Mise en œuvre de MQTT avec Google Cloud IoT Core

Si vous travaillez sur un projet IoT à grande échelle, l’utilisation d’un service cloud pour gérer vos appareils en périphérie et centraliser les données peut être une excellente option. Google Cloud IoT Core est un exemple de service de ce type. Il fournit un ensemble complet de fonctionnalités pour connecter, gérer et ingérer des données provenant d’appareils IoT à l’échelle mondiale. Dans cette section, nous allons explorer comment mettre en œuvre le protocole MQTT avec Google Cloud IoT Core.

La première étape consiste à créer un registre d’appareils dans IoT Core. Le registre est une ressource qui contient les métadonnées de l’appareil et les informations de contrôle d’accès. Chaque enregistrement a un identifiant unique et comprend une liste de clients MQTT qui peuvent se connecter à IoT Core.

Une fois le registre d’appareils configuré, vous pouvez ajouter des appareils à l’enregistrement. Chaque appareil doit disposer d’un identifiant unique et d’une clé publique pour l’authentification. Lorsqu’un appareil se connecte à IoT Core, il utilise son identifiant et sa clé publique pour s’authentifier.

Pour connecter un appareil à IoT Core via MQTT, vous devez spécifier le hostname de IoT Core (mqtt.googleapis.com), le port (8883 pour MQTT sécurisé), et le chemin du client MQTT, qui inclut l’identifiant du projet, le nom du registre et l’identifiant de l’appareil.

Enfin, l’appareil peut publier des messages MQTT sur des topics spécifiques, qui sont définis par le filtre de rubrique dans IoT Core. Voici un exemple de code pour la connexion d’un client MQTT à Google Cloud IoT Core et la publication de messages :

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

#define PROJECT_ID "my-project-id"
#define REGISTRY_ID "my-registry-id"
#define DEVICE_ID "my-device-id"

WiFiClientSecure wifiClient;
PubSubClient mqttClient(wifiClient);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  WiFi.begin("my-ssid", "my-password");

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Connecting to WiFi...");
  }

  mqttClient.setServer("mqtt.googleapis.com", 8883);
}

void loop() {
  if (!mqttClient.connected()) {
    mqttClient.connect(DEVICE_ID);
    Serial.println("Connected to Google Cloud IoT Core");
  }

  String payload = "Hello, world!";
  mqttClient.publish("/devices/" DEVICE_ID "/events", payload.c_str());

  delay(5000);
}

Dans cet exemple, le client MQTT se connecte à Google Cloud IoT Core et publie un message "Hello, world!" sur le topic d’événement de l’appareil toutes les 5 secondes.

Intégration d’AWS IoT avec MQTT

Outre Google Cloud IoT Core, AWS IoT est une autre plateforme cloud largement utilisée pour gérer et analyser les données provenant d’appareils IoT. AWS IoT Core offre également une prise en charge intégrée du protocole MQTT, ce qui facilite la connexion et la communication entre les appareils et la plateforme.

Pour utiliser MQTT avec AWS IoT, vous devez d’abord créer une ressource Thing dans AWS IoT. Une fois la ressource Thing créée, vous pouvez générer un certificat pour votre chose. Ce certificat sera utilisé pour l’authentification lorsque votre appareil se connecte à AWS IoT.

La connexion à AWS IoT via MQTT nécessite le point de terminaison AWS IoT, qui est une URL unique attribuée à votre compte AWS IoT. Vous pouvez trouver votre point de terminaison dans la console AWS IoT. Outre le point de terminaison, vous devez également spécifier le client MQTT et le port (8883 pour MQTT sécurisé).

De même que pour Google Cloud IoT Core, vous pouvez publier des messages MQTT sur des topics spécifiques dans AWS IoT. Voici un exemple de code pour la connexion d’un client MQTT à AWS IoT et la publication de messages MQTT :

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

#define THING_NAME "my-thing-name"

WiFiClientSecure wifiClient;
PubSubClient mqttClient(wifiClient);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  WiFi.begin("my-ssid", "my-password");

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.print(".");
  }

  mqttClient.setServer("my-endpoint.iot.us-east-1.amazonaws.com", 8883);
}

void loop() {
  if (!mqttClient.connected()) {
    mqttClient.connect(THING_NAME);
    Serial.println("Connected to AWS IoT");
  }

  String payload = "Hello, world!";
  mqttClient.publish("$aws/things/" THING_NAME "/shadow", payload.c_str());

  delay(5000);
}

Dans cet exemple, le client MQTT se connecte à AWS IoT et publie un message "Hello, world!" sur le topic shadow de l’appareil toutes les 5 secondes.

Conclusion

MQTT est un protocole essentiel dans le monde de l’Internet des objets. Sa légèreté, sa robustesse et sa facilité d’utilisation en font l’outil idéal pour la communication entre les différents appareils d’un réseau IoT. Son intégration avec des plateformes cloud telles que Google Cloud IoT Core et AWS IoT permet de gérer efficacement un grand nombre d’appareils et de données. Que vous travailliez sur un petit projet avec un seul appareil ou sur un projet à grande échelle avec des milliers d’appareils, MQTT est un excellent choix pour la connexion, la publication et l’abonnement à des messages. Nous espérons que cet article vous a aidé à mieux comprendre le protocole MQTT et son importance dans l’Internet des objets.