MQTT

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein offenes Nachrichtenprotokoll für Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M). Es eignet sich gut, um Informationen dem zentralen Cloudsystem HVAC Automation bereitzustellen. Hierbei agiert HVAC Automation als Broker. Sämtliche, vom MQTT-Client zur Verfügung gestellten Topics können in HVAC Automation als Datenpunkt angelegt und weiterverwendet werden.

Verbindungsaufbau

Der MQTT-Client verbindet sich direkt mit HVAC Automation, welches somit als MQTT-Broker agiert. Zur korrekten Zuordnung des MQTT-Clients zum HVAC Automation-Projekt muss zwingend die Projektnummer in Form des Benutzernamens übergeben werden. Ein vom MQTT-Client festgelegtes Passwort muss in HVAC Automation bestätigt werden. Erst dann werden eingehende Publish-Nachrichten von HVAC Automation akzeptiert.

Verbindungsparameter

Verbindungsbestätigung

Sobald die Verbindung zu HVAC Automation aufgebaut wurde, erscheint ein neuer Eintrag im Objektbaum. Fahren Sie mit der Maus über den Eintrag und klicken Sie auf Bearbeiten. Es öffnet sich der Cloud Adapter Dialog.

Zur Verifizierung muss nun einmalig dasselbe Passwort eingegeben werden, welches zuvor im MQTT-Client hinterlegt wurde. Optional kann ein Name vergeben werden, welcher anschließend zur Anzeige verwendet wird. Wird das korrekte Passwort eingegeben, wechselt der Eintrag von gelb auf grün und alle eintreffenden Topics werden darunter aufgelistet.

Topic-Übertragung

Die Übertragung von Werten erfolgt beim MQTT-Protokoll über sog. Publish-Messages. Sie bestehen aus einem Topic-Namen, einer Bytefolge als Nutzdaten und einem QoS. Der Topic-Name wird in HVAC Automation hierarchisch dargestellt. Die Formatierung der eigentlichen Nutzdaten ist im MQTT-Protokoll nicht spezifiziert. HVAC Automation unterstützt folgende Formate.

Einschränkungen

• Die maximale Nachrichtengröße ist auf 1MB beschränkt (Header + Topic + Payload)
• Die maximale Anzahl der Topics ist auf das 10-fache des eingestellten Datenpunkttarifs beschränkt
  (Beispiel: Bei einem 50 Datenpunkte Tarif, wird das 501. Topic ignoriert)
• Der Topic-Name darf keine Punkte enthalten

Binäre Formatierung

Die Werte eines Topics können im Rohformat übertragen werden. Hierbei ist zu beachten, dass die korrekte Byte Order am Cloud Adapter angegeben wird (siehe Verbindungsbestätigung). Beim Anlegen eines Datenpunktes muss der Datentyp angegeben werden. Es stehen folgende Datentypen zur Auswahl:

Text-Formatierung

Alternativ können die Werte eines Topics als String-Wert übertragen werden. HVAC Automation bietet dann die Möglichkeit, den String in eine Zahl oder einen logischen Zustand zu konvertieren. Zu beachten ist, dass Zahlen im englischen Format, also mit einem Punkt als Dezimalseparator übertragen werden müssen. Bei einer Übertragung von Strings stehen folgende Datentypen zur Verfügung:

JSON-Formatierung

Sehr komfortabel gestaltet sich die Übertragung von JSON-Inhalten. Ein in UTF8 übertragener JSON-Inhalt wird bei korrekter Formatierung automatisch von HVAC Automation erkannt. Alle Felder des JSON-Objektes werden als einzelne Symbole hierarchisch in HVAC Automation dargestellt. Nachfolgend ein Beispiel:

Übertragener JSON-String	Darstellung in HVAC Automation
{ "TimeString": "13:43:09", "CpuUsage": 30.364752, "AvailableRam": 8505, "Time": { "Year": 2023, "Ticks": 14811562, "Seconds": 9 }, "Date": [2023, 12, 19], "DaylightSavingTime": false, "JsonDateTime": "2023-12-19T12:43:09.8561376Z" }

Somit kann jedes Feld eines JSON-Objektes, in einen Datenpunkt umgewandelt werden. Eine Angabe des Datentyps ist nicht notwendig. Allerdings ist bei dem Übertragen der Topics in JSON-Formatierung folgendes zu beachten:

• Neue Felder eines JSON-Objektes werden erst nach erneutem Verbindungsaufbau des MQTT-Clients in HVAC Automation angezeigt
• Fehlt das referenzierte Feld in einem übertragenen JSON-Objekt, wird der Wert genullt und ein Fragezeichen als Wert dargestellt
• Der JSON-String muss mit geschweifter Klammer beginnen und mit geschweifter Klammer enden

OPC-UA PubSub

Die OPC-UA PubSub-Erweiterung ermöglicht das Senden von Datensätzen über das MQTT-Protokoll. HVAC Automation erkennt automatisch MetaData und DataSet Nachrichten und listet alle Variablen der übertragenen Datensätze als Symbole auf. Es wird sowohl die JSON-Formatierung als auch die binäre UADP-Formatierung unterstütz.

Derzeit werden nur DataSetWriter unterstützt, sodass ein Schreiben von Variablen nicht möglich ist. Ebenso werden derzeit keine Arrays unterstütz.

Sparkplug B

Sparkplug ist eine Spezifikation zur effizienten Übertragung von Datenstrukturen über MQTT. HVAC Automation unterstützt die Version B der Spezifikation und erkennt Sparkplug-Strukturen automatisch anhand des definierten Namensschemata.

Alle Metriken werden nach Group, Node und Device gruppiert dargestellt. Das Schreiben von Metriken ist unkompliziert möglich, wenn ein Subscribe auf das entsprechende NCMD bzw. DCMD Topic durchgeführt wird.

Quality of Service

HVAC Automation unterstützt alle in MQTT spezifizierten QoS-Methoden:

• At most once (0)
• At least once (1)
• Exactly once (2)

Publish/Subscribe

Nach einer Publish-Nachricht wird das enthaltene Topic als ReadOnly-Symbol dargestellt. Nach einer Subscribe-Nachricht wird das enthaltene Topic als WriteOnly-Symbol dargestellt. Ist ein Topic sowohl in einer Publish-Nachricht als auch in einer Subscribe-Nachricht beschrieben, so wird dieses Topic als lesend und schreibbares Symbol abgebildet. Werte können also nicht nur empfangen, sondern auch gesendet werden.

Im Vergleich zum HVAC Automation-Protokoll verfügt das MQTT-Protokoll über einen geringeren Funktionsumfang. Beispielsweise erfolgt keine Pufferung der Daten bei Verbindungsausfall. Daher sollte der Universal Cloud Adapter einer MQTT-Verbindung vorgezogen werden.