MQTT là một giao thức nhắn tin, đáng tin cậy và tiết kiệm băng thông được sử dụng phổ biến hiện nay trong các ứng dụng máy tính và mạng IoT (Internet of Things). Với cơ chế định dạng tin nhắn đơn giản và khả năng truyền thông điệp hiệu quả, MQTT đã trở thành một công nghệ phổ biến cho việc kết nối và truyền dữ liệu giữa các thiết bị IoT. Hãy cùng Việt Tuấn tìm hiểu chi tiết hơn về giao thức MQTT và tầm quan trọng của nó trong việc xây dựng các hệ thống IoT thông minh và linh hoạt.

*MQTT là gì? Tầm quan trọng của giao thức MQTT trong hệ thống IoT*

1. Giao thức MQTT là gì?

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là một giao thức nhắn tin dựa trên các tiêu chuẩn hoặc một tập hợp các quy tắc được sử dụng để giao tiếp giữa các thiết bị máy tính. Đặc biệt, MQTT được sử dụng rộng rãi trong việc truyền và nhận dữ liệu trong mạng IoT, nơi các thiết bị thông minh, thiết bị đeo trên người và các thiết bị IoT cần giao tiếp thông qua một mạng có tài nguyên hạn chế về băng thông. Bạn đọc có thể tìm hiểu thêm thông tin về băng thông tại đây.

Với MQTT, các thiết bị IoT có thể truyền dữ liệu một cách hiệu quả và dễ dàng triển khai. Giao thức này cho phép các thiết bị gửi và nhận thông điệp qua mạng, kết nối với các máy chủ trung tâm hoặc các dịch vụ đám mây. Điều này giúp các thiết bị IoT có thể truyền thông tin cả với nhau và với các ứng dụng đám mây để xử lý và phân tích dữ liệu.

MQTT sử dụng mô hình gửi/nhận thông điệp kiểu Publish/Subscribe (Pub/Sub), trong đó các thiết bị có thể đăng ký (subscribe) để nhận các thông điệp từ một chủ đề (topic) cụ thể hoặc gửi (publish) các thông điệp đến một chủ đề. Giao thức này làm việc trên nền tảng TCP/IP, nhẹ nhàng và tiết kiệm năng lượng, giúp tối ưu hóa việc truyền dữ liệu trong mạng IoT.

*MQTT được sử dụng rộng rãi trong việc truyền và nhận dữ liệu trong mạng IoT*

2. Giao thức MQTT ra đời như thế nào?

Giao thức MQTT ra đời ban đầu vào năm 1999 với mục đích sử dụng trong ngành công nghiệp dầu khí. Kỹ sư cần một giao thức truyền thông giúp tiết kiệm băng thông và năng lượng để giám sát các đường ống dầu qua kết nối vệ tinh. Ban đầu, giao thức này được đặt tên là MQ Telemetry Transport (MQTT) và được phát triển bởi dòng sản phẩm MQ của IBM.

Năm 2010, IBM đã công bố phiên bản MQTT 3.1 như một giao thức mở và miễn phí để mọi người có thể triển khai. Điều này đã giúp lan rộng sử dụng và phổ biến hơn của giao thức trong cộng đồng IoT.

Sau đó, vào năm 2013, MQTT 3.1 được đệ trình lên tổ chức OASIS (Organization for the Advancement of Structured Information Standards) để được duy trì và phát triển dưới dạng một tiêu chuẩn công nghiệp. OASIS đã tiếp quản và phát triển giao thức MQTT, đảm bảo tính mở và chuẩn hóa của nó.

Năm 2019, OASIS phát hành phiên bản MQTT 5.0, mang đến nhiều cải tiến và tính năng mới. MQTT đã trở thành một trong những giao thức truyền thông chính thức được sử dụng rộng rãi trong mạng IoT và đã được áp dụng trong nhiều ứng dụng và ngành công nghiệp khác nhau.

Từ một giao thức dành cho ngành dầu khí, MQTT đã tiến xa hơn và trở thành một tiêu chuẩn truyền thông quan trọng trong việc kết nối và truyền dữ liệu giữa các thiết bị IoT và hệ thống máy chủ trung tâm.

Đọc thêm thông tin về IoT tại đây

*Từ một giao thức cho ngành dầu khí, MQTT đã trở thành một tiêu chuẩn quan trọng trong việc kết nối và truyền dữ liệu*

3. Tầm quan trọng của giao thức MQTT

Giao thức MQTT có tầm quan trọng lớn trong lĩnh vực IoT vì các lợi ích mà nó mang lại:

Gọn nhẹ và hiệu quả: MQTT được thiết kế để tiết kiệm tài nguyên và tối ưu hóa việc truyền dữ liệu. Giao thức này sử dụng ít tài nguyên và băng thông mạng, giúp giảm thiểu tải cho các thiết bị IoT và mạng.
Quy mô linh hoạt: MQTT hỗ trợ triển khai trên nhiều thiết bị IoT và kết nối với hàng triệu thiết bị. Điều này tạo điều kiện linh hoạt cho việc mở rộng và phát triển các hệ thống IoT quy mô lớn.
Độ tin cậy: MQTT có tính năng đảm bảo độ tin cậy trong truyền thông dữ liệu IoT. Giao thức này cho phép xác định mức độ chất lượng dịch vụ (QoS) để đảm bảo các thông điệp được gửi và nhận một cách đáng tin cậy và đúng thứ tự.
Bảo mật: MQTT cung cấp các tính năng bảo mật để bảo vệ thông tin truyền qua mạng. Giao thức này hỗ trợ mã hóa thông điệp, xác thực thiết bị và người dùng bằng các giao thức bảo mật phổ biến.
Hỗ trợ tốt: MQTT có sự hỗ trợ rộng rãi trong cộng đồng phát triển. Có nhiều thư viện và framework được xây dựng để triển khai MQTT trong các ứng dụng IoT, giúp cho việc phát triển nhanh chóng và tiết kiệm thời gian.

MQTT đóng vai trò quan trọng trong việc truyền dữ liệu IoT, đáp ứng các yêu cầu về hiệu quả, quy mô, độ tin cậy, bảo mật và hỗ trợ. Giao thức này đã trở thành tiêu chuẩn phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng IoT trên toàn cầu.

Đọc thêm: Protocol là gì? Kiến thức, các loại giao thức mạng Protocol

*MQTT đáp ứng các yêu cầu về hiệu quả, quy mô, độ tin cậy, bảo mật và hỗ trợ trong việc truyền dữ liệu*

4. Giao thức MQTT có các thành phần nào?

Máy khách MQTT: Đây là các thiết bị giao tiếp thông qua giao thức MQTT. Máy khách có thể là các thiết bị IoT như cảm biến, bộ điều khiển, thiết bị đeo trên người, máy tính, điện thoại di động, hoặc bất kỳ thiết bị nào có khả năng chạy một thư viện MQTT. Máy khách có thể gửi và/hoặc nhận thông điệp MQTT.
Trình truyền tải MQTT: Đây là hệ thống backend (phía sau) mà các máy khách MQTT giao tiếp với nhau thông qua nó. Trình truyền tải MQTT nhận và lọc các thông điệp, xác định máy khách đã đăng ký để nhận thông điệp và chuyển tiếp thông điệp đến các máy khách đó. Trình truyền tải MQTT cũng có trách nhiệm xác thực và ủy quyền máy khách, chuyển tiếp thông điệp đến các hệ thống khác để xử lý và xử lý các vấn đề như các thông điệp bị mất.
Kết nối MQTT: Kết nối MQTT được thiết lập giữa máy khách và trình truyền tải MQTT. Máy khách khởi tạo kết nối bằng cách gửi một thông điệp CONNECT (KẾT NỐI) đến trình truyền tải MQTT. Sau khi nhận được thông điệp CONNECT, trình truyền tải MQTT xác nhận rằng kết nối đã được thiết lập bằng cách gửi một thông điệp CONNACK (KẾT NỐI XÁC NHẬN) trở lại cho máy khách. Cả máy khách MQTT và trình truyền tải MQTT cần sử dụng ngăn xếp TCP/IP để giao tiếp. Máy khách không kết nối trực tiếp với nhau mà chỉ kết nối với trình truyền tải MQTT.

*Hình ảnh mô phỏng các thành phần của giao thức MQTT*

5. Cách thức hoạt động của giao thức MQTT

Giao thức MQTT hoạt động theo cách sau:

Máy khách MQTT thiết lập kết nối: Máy khách MQTT khởi tạo kết nối bằng cách gửi một thông điệp CONNECT đến trình truyền tải MQTT. Thông điệp này chứa các thông tin cần thiết như tên người dùng, mật khẩu và các cài đặt khác. Sau khi trình truyền tải MQTT nhận được thông điệp CONNECT, nó xác nhận và thiết lập kết nối bằng thông điệp CONNACK.

Xuất bản (Publish) thông điệp: Máy khách MQTT có thể xuất bản thông điệp tới một chủ đề (topic) cụ thể bằng cách gửi một thông điệp PUBLISH chứa nội dung và tên chủ đề. Các máy khách khác đã đăng ký theo dõi chủ đề đó sẽ nhận được thông điệp. Thông điệp này có thể là dữ liệu từ cảm biến, trạng thái của thiết bị hoặc bất kỳ thông tin nào mà máy khách muốn chia sẻ.

Đăng ký (Subscribe) chủ đề: Máy khách MQTT có thể đăng ký theo dõi một hoặc nhiều chủ đề bằng cách gửi một thông điệp SUBSCRIBE. Thông điệp này chứa tên chủ đề mà máy khách muốn nhận thông điệp từ. Khi trình truyền tải MQTT nhận được thông điệp SUBSCRIBE, nó sẽ ghi nhớ các chủ đề mà máy khách đã đăng ký và chuyển tiếp các thông điệp tương ứng đến máy khách đó.

Nhận thông điệp (Message): Khi trình truyền tải MQTT nhận được thông điệp PUBLISH từ một máy khách, nó sẽ chuyển tiếp thông điệp đến tất cả các máy khách đã đăng ký theo dõi chủ đề tương ứng. Các máy khách nhận được thông điệp thông qua các thông điệp PUBLISH.

Xem thêm: Máy chủ (server) là gì?

*Về cơ bản cách thức hoạt động của MQTT khá đơn giản nhưng mang lại tính hiệu quả cao*

6. Mức độ bảo mật của giao thức MQTT

Giao thức MQTT có mức độ bảo mật cao nhờ các tính năng sau:

Sử dụng SSL/TLS: Giao tiếp MQTT có thể sử dụng giao thức SSL/TLS để bảo vệ dữ liệu được truyền qua mạng. SSL/TLS cung cấp cơ chế mã hóa và xác thực để đảm bảo tính bảo mật của thông điệp.

Xác thực và ủy quyền: MQTT hỗ trợ xác thực và ủy quyền giữa máy khách và trình truyền tải. Máy khách có thể xác thực và đăng nhập bằng mật khẩu hoặc chứng chỉ SSL. Trình truyền tải MQTT cũng có thể xác thực máy khách bằng cách sử dụng thông tin đăng nhập và mã định danh duy nhất cho từng máy khách.

Mã hóa thông điệp: MQTT cho phép triển khai các giao thức mã hóa để bảo vệ nội dung của thông điệp. Các thông điệp được mã hóa trước khi truyền và chỉ máy khách nhận có thể giải mã để đọc nội dung.

Quản lý chứng chỉ: MQTT hỗ trợ việc sử dụng chứng chỉ SSL để xác thực và quản lý máy khách và máy chủ. Chứng chỉ do khách hàng quản lý đảm bảo tính bảo mật và xác thực đúng nguồn gốc của các máy khách và máy chủ.

Tìm hiểu thêm: SSL là gì?

7. Tạm kết

Với tính gọn nhẹ, linh hoạt và mức độ bảo mật cao, giao thức MQTT đã trở thành tiêu chuẩn trong việc kết nối và quản lý hàng triệu thiết bị IoT trên toàn cầu. Giao thức này giúp đơn giản hóa việc truyền thông, giảm tải băng thông và đảm bảo tính tin cậy của dữ liệu trong môi trường IoT. MQTT đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng của IoT trong nhiều lĩnh vực khác nhau.