Die Kommunikation ist das Rückgrat des Internets der Dinge (IoT). Effiziente Protokolle sind für die Verbindung von Geräten mit lokalen Steuerungen oder Cloud-Plattformen unerlässlich. Zwei der am weitesten verbreiteten Protokolle sind MQTT und Modbus, die jeweils für unterschiedliche Zwecke entwickelt wurden: MQTT für leichtgewichtige, skalierbare Nachrichtenübermittlung über Netzwerke hinweg und Modbus für deterministische, lokale industrielle Steuerung.
Dieser Artikel erläutert die wichtigsten Unterschiede zwischen diesen Protokollen, ihre sich ergänzenden Funktionen und wie Edge Gateways beide integrieren können, um robuste, hybride IoT-Bereitstellungen zu ermöglichen.
MQTT-Protokoll
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein leichtgewichtiges, offenes Protokoll, das für die Machine-to-Machine (M2M)-Kommunikation im IoT optimiert ist. Es stützt sich auf einen zentralen Broker, der die Kommunikation zwischen den Clients koordiniert. Clients können als solche agieren:
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Verleger: Senden von Nachrichten an bestimmte Themen
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Abonnenten: Empfang von Nachrichten aus bestimmten Themenbereichen
Wesentliche Merkmale:
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Leichtes Design: Minimaler Overhead, ideal für Geräte mit geringen Ressourcen und eingeschränkte Netzwerke
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Veröffentlichen/Abonnieren-Muster: Entkopplung von Produzenten und Konsumenten für flexible, asynchrone Kommunikation
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Dienstgüte (QoS): Drei Stufen für eine zuverlässige Zustellung
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QoS 0: Höchstens einmal
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QoS 1: Mindestens einmal, Quittierung erforderlich
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QoS 2: Genau einmal, mit einem Vier-Phasen-Handshake
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Kerngeschäft: VERBINDEN, TRENNEN, VERÖFFENTLICHEN, ABONNIEREN, ABBESTELLEN
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Erweiterte Funktionen: Zurückgehaltene Nachrichten, Nachrichten des letzten Willens, dynamische Themenabonnements und skalierbare verteilte Kommunikation
Modbus-Protokoll
Modbus ist ein weit verbreitetes serielles Kommunikationsprotokoll in der industriellen Automatisierung und in SCADA-Systemen. Es folgt einer Master-Slave-Architektur:
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Meister: Initiiert Anfragen
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Sklaven: Beantworten Sie Anfragen
Ursprünglich für RS-232/RS-485-Netzwerke gedacht, unterstützt es jetzt auch TCP/IP-Verbindungen.
Wesentliche Merkmale:
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Master-Slave-Kommunikation: Ein Master kann bis zu 247 Slaves steuern
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Deterministische Anfrage/Antwort: Gewährleistet vorhersehbare Kontrollzeiten
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Industrieller Schwerpunkt: Optimiert für PLCs, Sensoren und Aktoren
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Offener Standard: Einfach, robust, breite Unterstützung in industriellen Netzwerken
MQTT und Modbus im Vergleich
| Merkmal | MQTT | Modbus |
|---|---|---|
| Kommunikationstyp | Veröffentlichen/Abonnieren | Master-Slave |
| Umfang | Global / Cloud / Internet-Skala | Lokale/industrielle Netzwerke |
| Anforderungen an das Gerät | Eingebettete Geräte mit geringem Ressourcenverbrauch | Industrielle Steuerungen und Sensoren |
| QoS-Unterstützung | Mehrere Stufen (0,1,2) | Nicht definiert |
| Anwendungsfall | IoT-Datenerfassung, Cloud-Integration | Lokale industrielle Steuerung, SCADA |
Wichtige Erkenntnis:
Modbus eignet sich hervorragend für die deterministische, lokale Gerätesteuerung, während MQTT eine skalierbare Kommunikation mit geringer Latenz über lokale oder Cloud-Netzwerke ermöglicht.
EG8200 Gateway Unterstützung für MQTT und Modbus
Edge-Gateways, wie zum Beispiel das Baureihe EG8200, zeigen, wie diese Protokolle effizient in hybride IoT-Systeme integriert werden können.
MQTT-Funktionen auf EG8200:
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Veröffentlichen/Abonnieren von Knotenpunkten: Flexible Nachrichtenweiterleitung
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Multi-Broker-Unterstützung: Verbindung zu mehreren MQTT-Servern
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Dynamische Broker- und Themenkonfiguration: Geräte-SN als Client-ID für Batch-Bereitstellung verwenden
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Automatische Wiederherstellung der Verbindung und Statusüberwachung: Zuverlässige Kommunikation in Echtzeit
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Praktischer Anwendungsfall: Über das Gateway gesammelte Sensor- oder SPS-Daten können sofort auf Cloud-Plattformen zur Überwachung, Analyse und zum hybriden IoT-Betrieb veröffentlicht werden
Modbus-Funktionen des EG8200:
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Master Request & Parse Nodes: Konfigurierbar nach Adresse, Funktionscode, Registerstart und Registeranzahl
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RTU/TCP-Unterstützung: Nahtlos über serielle oder TCP-Netzwerke
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Flexible Datentypen: Bool, Int16/32, UInt16/32, Float32, Double64, String, BCD
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Optimierte Gruppierung: Mehrere Register mit gleichem Slave-/Funktionscode werden aus Effizienzgründen gruppiert
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Praktischer Anwendungsfall: Lokale deterministische Steuerung von PLCs, Sensoren und Aktoren über serielle/TCP-Netzwerke
Integration von MQTT und Modbus in IoT-Systeme
Viele IoT-Implementierungen profitieren von der Kombination der Stärken beider Protokolle:
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Lokale Geräteverwaltung mit Modbus: Effiziente Kommunikation mit industriellen Geräten, die eine vorhersehbare Steuerung in Echtzeit gewährleistet
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Globale Kommunikation mit MQTT: Lokal veröffentlichen gesammelten Daten an Makler für Fern Überwachung, Analyse oder cloudbasierte Steuerung
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Nahtlose Interaktion: Über Modbus erfasste Daten können in Echtzeit über MQTT veröffentlicht werden, wodurch hybride Architekturen unterstützt werden
Praktisches Beispiel:
Ein Gateway sammelt Sensordaten über Modbus, verarbeitet sie lokal und veröffentlicht die Ergebnisse über MQTT auf einer Cloud-Plattform. Dies ermöglicht Echtzeit-Überwachung, -Analyse und -Fernsteuerung bei gleichzeitiger Beibehaltung des deterministischen lokalen Betriebs.
Wichtigste Erkenntnisse
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Ergänzende Protokolle: MQTT und Modbus arbeiten auf verschiedenen Ebenen; ihre Kombination ermöglicht umfassende IoT-Lösungen
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Flexibilität bei der Bereitstellung: MQTT unterstützt ressourcenschonende Weitverkehrskommunikation; Modbus gewährleistet deterministische lokale Steuerung
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Optimierung der Leistung: MQTT QoS garantiert die Zustellung; Modbus sorgt für vorhersehbare industrielle Antworten
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Zukunftssicheres Design: Die Beherrschung beider Protokolle ermöglicht skalierbare IoT-Systeme von Einzelstandorten bis hin zu globalen Netzwerken
FAQ
Q1: Was ist der Hauptunterschied zwischen MQTT und Modbus?
A: MQTT ist leichtgewichtig, geeignet für globale IoT-Nachrichten. Modbus ist Master-Slave, ideal für die lokale industrielle Steuerung.
Q2: Können MQTT und Modbus zusammen verwendet werden?
A: Ja. Modbus verwaltet lokale Geräte, während MQTT die Konnektivität auf Cloud- oder Weitverkehrsnetze ausdehnt.
F3: Welches Protokoll ist schneller?
A: MQTT ist schneller für die Kommunikation über große Entfernungen und mit geringer Bandbreite. Modbus ist für die lokale, deterministische Steuerung optimiert.
Q4: Welche Geräte verwenden MQTT und Modbus?
A: MQTT ist für eingebettete Geräte, Gateways und IoT-Endpunkte. Modbus ist für industrielle Steuerungen, Sensoren und SCADA-Systeme gedacht.
F5: Warum ist es wichtig, beide Protokolle zu verstehen?
A: Entwickler können IoT-Systeme entwerfen, die eine zuverlässige lokale Steuerung mit skalierbarer globaler Konnektivität verbinden.
Schlussfolgerung
MQTT und Modbus sind Eckpfeiler der modernen IoT-Architektur. Die Integration beider ermöglicht hybride Systeme, die:
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Beibehaltung der deterministischen lokalen Steuerung über Modbus
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Skalierbare, effiziente globale Kommunikation über MQTT bereitstellen
Edge-Gateways wie die EG8200-Serie veranschaulichen, wie in der Praxis lokale und Cloud-Netzwerke miteinander verbunden werden können, um Steuerung, Überwachung und Analysen in Echtzeit zu gewährleisten. Das Verständnis und die Nutzung beider Protokolle helfen Ingenieuren, die IoT-Leistung, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit für heutige und zukünftige vernetzte Umgebungen zu maximieren.