電信運營商基於 MQTT 協議 構建千萬級 IoT 設備管理平臺

MQTT 是用於物聯網的標準消息傳遞協議。它被設計爲一種很是輕量級的發佈/訂閱消息傳送，很是適合以較小的代碼佔用量和網絡帶寬鏈接遠程設備。MQTT 協議具備如下特色：

• 輕巧高效：MQTT 客戶端很是小，須要設備資源少。MQTT 消息頭很小，能夠優化網絡帶寬。
• 雙向通信：MQTT 容許設備到雲之間以及雲到設備之間的消息傳遞。
• 可靠的消息傳遞：MQTT 具備3種定義的服務質量級別：0-最多一次，1-至少一次，2-剛好一次，可根據業務場景保證消息傳遞的可靠性。
• 支持不可靠網絡：許多物聯網設備經過不可靠的蜂窩網絡進行鏈接。MQTT 對持久性會話的支持減小了將客戶端與代理從新鏈接的時間。
• 安全：MQTT 使您能夠輕鬆地使用 TLS 加密消息並使用現代身份驗證協議（例如OAuth）對客戶端進行身份驗證。

現在，MQTT 被普遍應用於汽車、製造業、電信、石油和自然氣等行業。

本系列文章將詳細解讀 MQTT 協議在各行業實際應用場景中是如何發揮做用的。

電信運營商邊緣設備管理面臨的挑戰

電信運營商傳統移動業務和固網寬帶業務市場趨向飽和，三大運營商的競爭也隨之愈發激烈。在國家提速降費的政策導向下，傳統業務的收益不斷降低，發展空間有限。將來 5G 終端用戶、5G 應用和海量的智能 IoT 設備將是運營商的重要增量市場。

電信運營商接入網（含無線）、傳輸網、核心網、城域網等網絡經過 SNMP、CLI、Netconf、TR069 等協議實現了完善的網絡管理，可是針對海量的邊緣網關（企業或家庭）和 IoT 設備管理仍有待完善，面臨如下挑戰：

• 海量設備管理難：截至 2020 年中國物聯網設備和邊緣網關總量超過百億，物聯網設備年增加率超過 60%，傳統的電信級 OSS 系統沒法支撐如此規模的設備管理。

• 設備無獨立管理 IP：海量的物聯網設備和邊緣網關沒有獨立的管理 IP，經過傳統的 SNMP、CLI、NETCONF 等協議沒法實現設備管理。

• 低功耗、弱網環境下的可靠通訊：IoT 設備資源受限且有低功耗需求，須要輕量的網絡協議進行管理。

• 低時延要求：部分 5G 垂直應用場景（如工控、車聯網）對消息時延有很高的要求。

基於 MQTT 的物聯網最後一千米網絡管理

隨着物聯網技術的快速發展，輕量級 MQTT 協議逐漸成爲主流物聯網協議，普遍應用於 IoT 設備消息通訊。MQTT 協議也完美解決了運營商在 IoT 邊緣側面臨的上述問題。

運營商物聯網 MQTT 消息接入示意圖

以 EMQ 面向運營商的雲邊一體化解決方案爲例：

EMQ 面向運營商的雲邊一體化解決方案

使用 MQTT 協議統一接入海量邊緣設備

針對工業製造、智慧礦山、能源電力等場景中涉及到 Modbus、OPC-UA、IEC 等各種不一樣的 PLC 工業協議，能夠先經過 EMQ 提供的物聯網邊緣工業協議網關軟件 Neuron 統一轉換成 MQTT 協議，再經過 EMQ X 高可用、分佈式集羣架構構建物聯網管理平臺，實現設備數據的鏈接、移動及後續的處理與分析，解決海量設備管理問題。

MQTT 發佈訂閱模式解決設備管理問題

傳統的電信管理協議如 SNMP、NETCONF、TRO69 等都是基於「請求/響應」模式，而 MQTT 基於「發佈/訂閱」模式的優勢在於發佈者與訂閱者的解耦：訂閱者與發佈者不須要創建直接鏈接、也不須要同時在線。這就解決了沒有固定管理IP的問題，設備接入後能夠輕鬆實現設備管理。

適配邊緣設備硬件及網絡要求的可靠通訊

相比其餘網絡管理通訊協議，MQTT 協議可在嚴重受限的硬件設備和低帶寬、高延遲的網絡上實現穩定傳輸。邊緣設備能夠經過集成 MQTT SDK 的方式擴展 MQTT 協議通訊。同時，EMQ 雲邊一體化解決方案在邊緣端的消息緩存能力能夠將數據臨時緩存在邊緣設備本地，保證明時數據上報過程當中不會因網路暫時的不穩定而丟失數據，實現弱網下的消息可靠通訊。

基於 MQTT IoT Hub 實現邊緣計算

海量的數據上雲會給雲端平臺帶來巨大的帶寬成本和數據存儲成本，將來 75% 的物聯網流量都會在邊緣完成計算。在 EMQ 雲邊一體化解決方案中，經過 Edge 將消息接入匯聚到邊緣平臺，再經過 eKuiper 進行數據流量清洗和函數計算，實現流量的削峯填谷和清洗，最後將處理好的數據經過 MQTT 協議轉發到雲端。

基於 MQTT 協議實現雲邊協同管理

爲了更好的實現雲-邊-端的一體化管理，EMQ 除了支持基於 WebSocket/QUIC 協議的 KubeEdge 雲邊協同能力外，也自主開發了基於 MQTT 協議的 Edge Manager Tunnel 組件，可實現插件管理、配置管理、規則管理、物模型同步、函數計算分發部署等雲邊協同能力。

使用 MQTT 爲運營商帶來的收益與價值

海量邊緣設備輕鬆管理

充分發揮運營商的網絡優點，實現海量的邊緣網關和物聯網設備的管理，打通雲 - 邊（網）- 端的端到端管理能力，爲運營商深化雲網融合、雲網協同一體化解決方案提供基礎。

低功耗節能減排

MQTT 協議的輕量級特色使客戶端到服務端的硬件需求大大下降，經過動態修改 MQTT 的 KeepAlive 時間還能夠實現設備的半休眠狀態管理，在節約硬件成本的同時也極大下降設備功耗。

巨大的增量市場

基於 MQTT 協議，運營商能夠輕鬆構建集團或省級的物聯網運用平臺，爲政企、家庭用戶提供物聯網設備接入管理和數字化增值服務，打開潛在的巨大增量市場。

助力數字化轉型

經過基於 MQTT、CoAP 等物協議的物聯網平臺的建設，使得電信運營商從傳統的網絡管道運營商向以網絡運營爲主體，實現雲網融合、數字化解決方案於一體的數字化轉型。

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