Slide della presentazione tenuta durante IoT Saturday 2019 - PN

1. Protocol Rollercoaster
da HTTP a AMQP,
passando per CoAP e MQTT

2. @stefanovalle

3. Lavoro per...

10. https://www.eclipse.org/smarthome/

11. MQTT CoAP AMQP HTTP
TCP
...
UDP
IPv4 a IPv6 / 6LoWPAN
IEEE
802.3
IEEE
802.11
IEEE
802.16
... IEEE
802.15
Adapted from Choice of Effective Messaging Protocols for IoT Systems: MQTT, CoAP, AMQP and HTTP - Nitin Naik

12. MQTT CoAP AMQP HTTP
TCP
...
UDP
IPv4 a IPv6 / 6LoWPAN
IEEE
802.3
IEEE
802.11
IEEE
802.16
... IEEE
802.15
Adapted from Choice of Effective Messaging Protocols for IoT Systems: MQTT, CoAP, AMQP and HTTP - Nitin Naik

14. From Flickr - The Conmunity - Pop Culture Geek - the dash from Paul Nigh's Time Car Delorean from Back to the Future II

16. Posizione, velocità,
decelerazioni improvvise

17. Posizione, velocità,
decelerazioni improvvise

18. https://www.eclipse.org/smarthome/

25. Posizione, velocità,
decelerazioni improvvise

26. Posizione, velocità,
decelerazioni improvvise

27. ? ?

28. HTTP
HTTP

29. client server
GET http://www.mysite.com/bikes
200 OK

30. client server {["vendor": "...",
"model": "..."],
[...]}
Richiesta HTTP
(+headers +body) Verbo URL
GET http://www.mysite.com/bikes
200 OK

31. client server {["vendor": "...",
"model": "..."],
[...]}
Risposta HTTP
(+headers)
Status code
Body
GET http://www.mysite.com/bikes
200 OK

32. POST
/bikes/myBike/position
POST
/bikes/myBike/speed
200 OK
200 OK
{"position": [25.1212, 55.1535],
"time": 2018-06-15T14:22:13.421Z}
{"speed": 4.5,
"time": 2018-06-15T14:22:13.421Z}

33. https://martinfowler.com/articles/richardsonMaturityModel.html

34. POST
/bikes/myBike/position
POST
/bikes/myBike/speed
200 OK
200 OK
{"position": [25.1212, 55.1535],
"time": 2018-06-15T14:22:13.421Z}
{"speed": 4.5,
"time": 2018-06-15T14:22:13.421Z}
RMM
Level 2

35. HTTP
HTTP

36. HTTP
HTTP

41. Attivazione freno

42. Entità
Comando Evento
Richiede
cambiamento di
stato
Notifica
cambiamento di
stato

43. HTTP
HTTP

44. HTTP
HTTP

45. HTTP
Come raggiungere
l’host?

46. CoAP

47. Introduction to Resource-Oriented Applications in Constrained Networks - Zach Shelby
Internet Constrained Environments

48. URI
coap://www.abcd.com:5683/sensors/temperature
nuovo schema host porta
(default 5683)
risorsa

49. Metodi
GET
POST
PUT
DELETE
Stessa semantica di
HTTP

50. Understanding Constrained Application Protocol - Vishnu Sharma

51. CON - Confirmable message
Richiede una risposta (positiva / negativa)
Tipi di messaggi

52. CON - Confirmable message
NON - Non-confirmable message
Non richiede una risposta, per i casi in cui
la perdita di un messaggio non è un
problema
Tipi di messaggi

53. CON - Confirmable message
NON - Non-confirmable message
ACK - Acknowledgement
Conferma ricezione di messaggio CON
Tipi di messaggi

54. CON - Confirmable message
NON - Non-confirmable message
ACK - Acknowledgement
RST - Negative acknowledgment
Indica un problema nella ricezione / lettura
dei dati
Tipi di messaggi

55. Understanding Constrained Application Protocol - Vishnu Sharma

56. Response codes
(0) 2.00 OK
(1) 2.01 Created
(14) 3.04 Not Modified
(20) 4.00 Bad Request
(21) 4.01 Unauthorized
…
(40) 5.00 Internal Server Error

57. Understanding Constrained Application Protocol - Vishnu Sharma

58. Understanding Constrained Application Protocol - Vishnu Sharma

59. Client Server
GET /speed - Token 0x11 - Observe: empty
Observe Option

60. Client Server
GET /speed - Token 0x11 - Observe: empty
2.05 Content - Token 0x11 - Observe: 1
Payload: 32
2.05 Content - Token 0x11 - Observe: 2
Payload: 21
2.05 Content - Token 0x11 - Observe: 23
Payload: 8

61. HTTP vs CoAP
Per tutti i dispositivi in grado
di connettersi a Internet
TCP
Non supporta multicast
Modello client / server
Richiede comunicazione
sincrona
Pacchetti di maggiore
dimensione
Per dispositivi con risorse
limitate
UDP
Supporta multicast
Modello client / server e
pub/sub
Comunicazione sincrona e
asincrona
Pacchetti di minore
dimensione

63. CoAP in sintesi...
• HTTP-like e interoperabile con HTTP
• UDP per il livello di trasporto
• Più snello di HTTP (richiede meno risorse)

64. From Flickr - Alessandro Grussu - 100° Giro d'Italia - 02

65. MQTT

66. broker
client A
client B
subscribe
consegna
client C
subscribe
pubblica
consegna
Modello pub / sub

67. broker
client A
client B
client C
topic A
topic B
topic ...
pubblica
topic A
sub topic A
sub topic B

68. https://www.hivemq.com/blog/mqtt-essentials-part-3-client-broker-connection-establishment/

69. https://www.hivemq.com/blog/mqtt-essentials-part-4-mqtt-publish-subscribe-unsubscribe/

70. https://www.hivemq.com/blog/mqtt-essentials-part-4-mqtt-publish-subscribe-unsubscribe/

71. Temperatura della stanza
temperatura-aulaS8
topic valido?
topic comodo da usare?
SI
NO

72. Topics best practices
uniPN/edificioS/aulaS8/temperatura
gerarchia generico specifico

73. Topics best practices
uniPN/edificioS/aulaS8/temperatura
separatore

74. Le temperature di
tutte le aule dell’edificio S?
uniPN/edificioS/+/temperatura
wildcard +

75. Tutti i dati di tutte le aule
dell’edificio S?
uniPN/edificioS/#
wildcard #

76. ? ?

77. broker
MQTT
MQTT

78. broker
bk99/bike1/position
{"position": [25.1212, 55.1535],
"time": 2018-06-15T14:22:13.421Z}

80. broker
subscribe
messaggio

81. Entità
Comando Evento

82. QoS
QoS 0 - al massimo uno
QoS 1 - almeno uno
QoS 2 - esattamente uno

83. QoS
QoS 0 - al massimo uno
QoS 1 - almeno uno
QoS 2 - esattamente uno
broker client A client B
subscribe
Qos Y
publish
QoS X

84. broker
come sapere se
client va offline?

85. https://www.hivemq.com/blog/mqtt-essentials-part-3-client-broker-connection-establishment/

86. broker
come possiamo
non perdere messaggi
se rimaniamo offline
per un po’?

87. https://www.hivemq.com/blog/mqtt-essentials-part-3-client-broker-connection-establishment/

88. broker
quali dati visualizzati
allo startup?

89. broker

90. https://www.hivemq.com/blog/mqtt-essentials-part-4-mqtt-publish-subscribe-unsubscribe/

91. broker
(retainFlag = true)

92. broker
(retainFlag = true)
ws

93. • Protocollo di messaggistica
• Necessario un broker
• TCP per il livello di trasporto
• Semplice, adatto a reti lente /
dispositivi con capacità limitate

94. MQTT 5
(non retrocompatibile con v. 3.1.1)
• scadenza messaggi e sessioni
• shared subscriptions: load balancing dei
clients
• flow control (limita numero di messaggi
in attesa di consegna)
• estensibile via user properties

95. AMQP

96. queue
enqueue
sender
receiver
dequeue

97. queue A sender
A
recv B
recv C sender
E
recv D

98. Casi d’uso più comuni
• operazioni batch
• scambio messaggi asincrono /
sincronizzazione processi
• suddivisione carico di lavoro

99. queue A sender
A
recv B

100. Server
sender
A
recv B
Virtual host
Exchange
Queue Binding

101. Exchange
Fanout Direct Topic Headers

102. Exchange
Fanout Direct Topic Headers
(unicast) routing key == binding key
ex
queue B
queue A BK = A RK = A
BK = B

103. Exchange
Fanout Direct Topic Headers
(broadcast) messaggio pubblicato su tutte le code
ex
queue B
queue A

104. Exchange
Fanout Direct Topic Headers
instradamento via pattern matching
ex
queue B
queue A BK = 1.*.3 RK = 1.2.3
BK = 3.#

105. Exchange
Fanout Direct Topic Headers
routing via attributi espressi sugli header dei msg
ex
queue B
queue A headers match?

106. Server
sender
A
recv B
Virtual host
Exchange
Queue Binding
AMQP
0.9.1

107. !=

108. AMQP
1.0
via plugin

109. Container Container

110. Container Container
Connection

111. Container Container
Connection
Session

112. Container Container
Connection
Session
Channel

113. Container Container
Connection
Session
Channel
Node Node

114. Container Container
Connection
Session
Channel
Node Node

115. Casi d’uso

116. Exchange >> Nodes + Links
Nodo
consumer A
link
Producer
consumer N
consumer B
filter:
field = 1.*.3
Topic exchange

117. ? ?

118. broker
AMQP
AMQP

119. Entità
Comando Evento

120. Rispetto ad MQTT
• acknowledgment dei messaggi
• supporto per transazioni
• code a priorità
• controllo di flusso
• routing avanzato

122. HTTP CoAP
MQTT AMQP
Prestazioni M2M vs IoT
Controllo di
flusso avanzato
Limitazioni hw
Routing flessibile

123. Message overhead basso alto
Messagesize basso alto
HTTP
CoAP
MQTT
AMQP
Adapted from Choice of Effective Messaging Protocols for IoT Systems: MQTT, CoAP, AMQP and HTTP - Nitin Naik

124. Resource Requirement basso alto
PowerConsumption basso alto
HTTP
CoAP
MQTT
AMQP
Adapted from Choice of Effective Messaging Protocols for IoT Systems: MQTT, CoAP, AMQP and HTTP - Nitin Naik

125. Latency basso alto
Bandwidth basso alto
HTTP
CoAP
MQTT
AMQP
Adapted from Choice of Effective Messaging Protocols for IoT Systems: MQTT, CoAP, AMQP and HTTP - Nitin Naik

127. orientato al Web;
contesti richiesta /
risposta
HTTP
dispositivi limitati;
contesti richiesta /
risposta
CoAP
pub / sub;
dispositivi limitati
MQTT
code di messaggi;
gestione evoluta del
routing
AMQP

128. broker
MQTT
MQTT
HTTP +
Web
Socket
queue
queue

129. Polyglot programming
Neal Ford, 2006
applications should be written in a
mix of languages to take advantage
of the fact that different languages
are suitable for tackling different
problems
Martin Fowler

130. Polyglot programming
Neal Ford, 2006
Polyglot persistence
Scott Leberknight, 2008
Polyglot messaging
no official definition

131. From Flickr - Bre Pettis - Dave's Bike Tools

132. Grazie per l’attenzione

133. Domande?

134. Per saperne di più...
● http://mqtt.org/
● https://www.hivemq.com/mqtt-essentials/
● https://coap.technology/
● https://www.amqp.org/
● https://martinfowler.com/articles/richardson
MaturityModel.html

135. @stefanovalle
s.valle@mvlabs.it
mvlabs.it