在車輛互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用MQTT

車輛互聯(lián)網(wǎng)是一種能夠?連接車輛 與道路基礎(chǔ)設(shè)施和其他設(shè)備實時通信。V2X包括V2V、V2I和V2P通信,使車輛能夠?qū)崟r地相互作用、基礎(chǔ)設(shè)施和行人。V2X技術(shù)旨在改善道路安全,減少交通擁堵,提高駕駛經(jīng)驗,并使自主駕駛能力成為可能。

作為更廣泛的事物生態(tài)系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的一部分,印度地球物理學(xué)會融合了多種技術(shù),如傳感器、全球定位系統(tǒng)、云計算平臺、數(shù)據(jù)分析工具和先進的網(wǎng)絡(luò)解決方案。這些技術(shù)共同努力,從各種來源收集數(shù)據(jù),例如船上診斷系統(tǒng)或外部交通監(jiān)測服務(wù),處理這些數(shù)據(jù)進行分析,并在連接車輛之間分享這些數(shù)據(jù)。

國際海洋生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分是:

· 車輛, 配備了傳感器和電子控制裝置(ECU),收集有關(guān)車輛性能和環(huán)境條件的數(shù)據(jù)。

· 傳感器和設(shè)備, 部署在車輛或道路基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi),收集有關(guān)位置(全球定位系統(tǒng))、交通、路標、天氣狀況等信息。

· 數(shù)據(jù)處理中心和云平臺, 它利用機器學(xué)習(xí)技術(shù)分析收集到的數(shù)據(jù),根據(jù)交通情況提供預(yù)測性維修警報或動態(tài)路線規(guī)劃建議。

· 車輛網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議: 允許互聯(lián)系統(tǒng)內(nèi)所有組件之間無縫交換,同時確保所傳輸數(shù)據(jù)的安全性。

隨著互聯(lián)車輛數(shù)量的增加,越來越需要能夠有效管理大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議,同時提供較低的延遲和可靠性。其中一個協(xié)議是MQTT(消息隊列遙測傳輸),它最初是為受限制的環(huán)境而設(shè)計的,帶寬和功率資源有限,因此非常適用于印度洋生態(tài)系統(tǒng)。

什么是MQTT?

或者消息隊列遙測傳輸 是一種輕量級的消息傳遞協(xié)議,為資源有限和帶寬低的設(shè)備設(shè)計。它是由IBM在1990年代后期開發(fā)的,目的是使石油管道傳感器之間的通信通過衛(wèi)星連接。今天,它是一個行業(yè)標準?機器對機器(M2M)通信 和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。

Mqtt使用簡潔的二進制格式傳輸數(shù)據(jù),與http等基于文本的協(xié)議相比,減少了每條消息所需的信息量。這些功能使得MQTT在數(shù)據(jù)開銷和網(wǎng)絡(luò)使用方面非常高效,因此適合資源有限或連接不可靠的應(yīng)用程序。

MQTT如何運作

讓我們深入研究mqtt如何運作。

服務(wù)質(zhì)素

Mqtt提供三個QoS級別,根據(jù)應(yīng)用程序需求幫助管理消息傳遞的可靠性:

· QOS級別0: 最多一次傳遞-消息只發(fā)送一次,沒有任何來自接收者的確認。

· QO一級: 至少一次傳遞----消息在接收方確認之前重新傳輸,但可能導(dǎo)致重復(fù)發(fā)送。

· QO二級: 一旦發(fā)送--通過發(fā)送者和接收者之間的四個步驟握手過程確保不重復(fù)。

建立聯(lián)系

首先,一個MQTT客戶端通過一個特定端口上的TP或網(wǎng)絡(luò)接口與代理建立聯(lián)系。連接可以通過傳輸層安全性(TLS)來保證。在成功連接后,客戶機發(fā)送一個連接包,其中包含客戶機標識符、用戶名/密碼憑證等信息(如果需要的話),以及其他可選的參數(shù)(如保持活動時間間隔)。

出版訂閱模式

在這種模式中，發(fā)布者發(fā)送消息(發(fā)布數(shù)據(jù)包)，而不知道誰將接收到它們，而訂閱者只收聽他們感興趣的特定主題。要訂閱一個主題，客戶端將發(fā)送訂閱數(shù)據(jù)包。然后，客戶端將根據(jù)其訂閱的主題接收到已發(fā)布的消息。當代理從多個訂閱了被稱為“通配符”的類似主題或模式的客戶端接收到這些數(shù)據(jù)包時，它會相應(yīng)地合并訂閱。

確認消息和保留數(shù)據(jù)

為了確?？缛齻€QoS的消息傳遞的可靠性，MQTT使用了各種確認數(shù)據(jù)包，如PUBACK、PUBREC和公共通信?？蛻舳诉€可以發(fā)送PINGREQ數(shù)據(jù)包，以在不活動期間保持連接處于不活動狀態(tài)。除了消息確認之外,MQTT還可以通過在發(fā)布時將消息標記為"保留"來保留數(shù)據(jù)。經(jīng)紀人為每個主題存儲這些保留的消息,以便新訂戶在訂閱后立即收到最新信息。

關(guān)閉連接

為了優(yōu)雅地關(guān)閉活動連接,客戶端發(fā)送一個斷開連接的包,允許經(jīng)紀人在終止會話之前清理資源。如果客戶機在沒有發(fā)送此包的情況下突然斷開連接,或者在保持-活間隔時間內(nèi)沒有響應(yīng),經(jīng)紀人可能會強制關(guān)閉連接并刪除相關(guān)的訂閱。

MQTT協(xié)議是否適合獨立的外部文件?

有幾個原因,為什么MQTT是車輛應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)的一個很好的選擇:

· 輕量級和高效: Mqtt的輕量級設(shè)計使它適合于iv。它使用的帶寬最小,代碼足跡很小(嵌入式設(shè)備上小于1kb)。這種效率對于資源有限的車輛通信系統(tǒng)是理想的。

· 可伸縮性: Mqtt的QoS能力使根據(jù)需要調(diào)整能力變得容易,同時使IVV系統(tǒng)中的每個元素都具有所需的可靠性水平。這對于大規(guī)模部署連接車輛至關(guān)重要。

· 可靠性: Mqtt的發(fā)布-訂閱模型確保車輛網(wǎng)絡(luò)的可靠性,即使在傳輸過程中連接暫時丟失或變得不穩(wěn)定。在恢復(fù)連接時,仍將發(fā)送信息。

· 安保: 確保車輛通信安全是防止未經(jīng)授權(quán)進入和確保司機、乘客和其他道路使用者安全的關(guān)鍵。MQTT支持傳輸層安全加密,并為連接到代理的客戶端提供用戶名/密碼認證。

Mqtt還有一些關(guān)鍵的局限性:

· 缺乏直接溝通: mqtt依靠一個中央代理在設(shè)備之間路由消息。雖然這簡化了網(wǎng)絡(luò)管理,但也可能引入單一的故障點,并可能限制車輛之間的直接通信,而這對于某些V2V或V2I的交互至關(guān)重要。

· 對高速的支持有限: 在高速實時通信必不可少的情況下,例如在自主駕駛或安全關(guān)鍵應(yīng)用中,MQTT可能不是最合適的選擇。它的QOS2(準確一次)確?？煽康慕桓?但可能引入延遲的四個步驟握手過程。

· 持久連接的間接費用: Mqtt在經(jīng)紀人和客戶機之間保持持久的聯(lián)系,對于極低功率的設(shè)備或者那些需要進入睡眠模式以節(jié)約能源的設(shè)備來說,這可能是效率低下的。

結(jié)論

最后,MQTT協(xié)議為提高車輛與一切的通信的效率、可靠性和安全性提供了重要的機會。MQTT具有輕量級設(shè)計,能夠有效地實時處理大量數(shù)據(jù),對車輛通信的動態(tài)世界至關(guān)重要。它的服務(wù)水平、發(fā)布訂閱模型和確認機制的質(zhì)量確保了可靠性和可適應(yīng)性,使不同的IVV應(yīng)用程序。

然而,承認MQTT在IVV環(huán)境中的潛在局限性也很重要。缺乏直接通信、在高速情況下潛在的延遲以及持久連接的開銷,可能需要某些應(yīng)用程序的替代技術(shù)或補充技術(shù),特別是那些要求直接和超高速車輛與車輛之間相互作用的應(yīng)用程序。

總體而言,MQTT的優(yōu)勢在很大程度上補充了日益增長的IVV環(huán)境的需求,并將被證明對未來的車輛網(wǎng)絡(luò)非常有用。盡管如此,與任何技術(shù)一樣,應(yīng)根據(jù)具體情況評估其適用性,同時考慮到每個應(yīng)用程序的具體需要和限制。隨著車輛互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展,使之能夠更安全、更高效和連接道路的技術(shù)也將不斷發(fā)展。