MQTT protokoll használata IP video rendszerekben
Mivel ez a téma ritkán szerepel a video technológiával foglalkozó szakmai cikkekben, azonban a következő időszakban jelentősen megnőhet a szerepe, így érdemesnek láttuk egy kicsit körüljárni. Mielőtt arra térnénk rá, hogy hogyan alkalmazzuk ezt a video technológiában, nézzük meg, hogy mit is takar az MQTT kifejezés?
MQTT fogalma, milyen előnyöket kínál a felhasználóknak?
Az MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) protokollt az IoT eszközök közötti kommunikáció céljára fejlesztették ki több, mint 20 évvel ezelőtt. Az MQTT-t elsősorban üzenetküldésre és adatcserére használják az IOT és ipari IO eszközök. Érdekessége a protokollnak, hogy közzététel/feliratkozás elven működik. Mit is jelent ez? A küldő és fogadó felek ún. témákon (Topic) keresztül kommunikálnak egymással egymástól függetlenül. A fogadó félnek fel kell iratkoznia arra, vagy azokra a témákra, amelyek „érdeklik” és amennyiben egy ilyen jellegű üzenet megjelenik a rendszerben a publikálók által, úgy azt magukhoz tudják venni. Technikailag ez úgy működik, hogy van a rendszerben egy ún. MQTT Broker, ahol az adatok kicserélődnek a küldő és fogadó felek között.
Minek köszönheti népszerűségét az MQTT?
Könnyű és hatékony: az MQTT kliensek minimális erőforrást igényelnek, így kis mikrokontrollereken is használhatók. Az MQTT üzenetfejlécek kicsik a hálózati sávszélesség optimalizálása érdekében.
Kétirányú kommunikáció: az MQTT lehetővé teszi az üzenetküldést az eszköz és a felhő, valamint a felhő és az eszköz között. Ez megkönnyíti az üzenetek továbbítását több eszközcsoport számára.
Jól skálázható: akár több millió IoT-eszköz csatlakozását is lehetővé teszi.
Megbízható üzenetküldés: Az üzenetkézbesítés megbízhatósága számos IoT-felhasználási esetben fontos. Ezért az MQTT 3 meghatározott szolgáltatásminőségi szinttel rendelkezik.
Megbízhatatlan hálózatok támogatása: sok IoT-eszköz megbízhatatlan mobilhálózatokon keresztül csatlakozik. Az MQTT tartós munkamenetek támogatása csökkenti a kliens és a bróker újracsatlakozásának idejét.
Biztonság engedélyezve: az MQTT megkönnyíti az üzenetek titkosítását TLS használatával, és a kliensek hitelesítését modern hitelesítési protokollok, például az OAuth használatával.
Az eszközjelszavak kiszivárgásának csökkent kockázata. A kliensnek nem kell hozzáférnie egy eszközhöz vagy szerverhez az adatok megszerzéséhez. Ez azt jelenti, hogy a kliensnek nem kell ismernie a jelszót, és nem kell ismernie az API működését. Ez csökkenti annak kockázatát, hogy az eszközjelszavak kiszivárogjanak a kliensek és a felhasználók számára, így csökkentve a szándékos vagy véletlen visszaélés kockázatát.
MQTT használata video rendszerekben
A bevezetőben már jeleztük, hogy megnőhet a szerepe az MQTT-nek azokban a video rendszerekben, ahol az eszközök támogatják ennek a protokollnak a használatát. Egy hagyományos video ökoszisztémában az esemény értesítések saját API, vagy ONVIF interfészen keresztül az RTSP streaming protokoll használatával jutnak el a célállomásra. Ez azt is jelenti, hogy ez a módszer csak egy az egyhez kommunikációt tesz lehetővé, míg az MQTT az egy a többhöz, vagy a sok a többhöz kommunikációt is támogatja. Ha egy hasonlattal kívánunk élni, akkor az MQTT-vel ez kicsit úgy működik, mint egy cikk küldése egy magazinnak. Azok, akik feliratkoztak a magazinra, el tudják olvasni a cikket, és ez lehet egy az egyhez vagy egy a többhöz kommunikáció. A cikk az eredeti közzététele után is olvasható jóval. Ezzel ellentétben az RTSP használata inkább egy telefonhíváshoz hasonlítana. Egy forrás és egy cél van a parancsoknak, és ez mindig egy az egyhez kommunikáció. Ha a cél nem vette fel a telefont, akkor lemaradt az üzenetről. Mivel nagyon sok IoT eszköz támogatja az MQTT protokollt, így a video rendszerek számára is „kinyílik” a világ, hiszen könnyedén beilleszthetők ebbe az ökoszisztémába.
Azonban a világon semmi sem tökéletes, így természetesen hátrányai is vannak az MQTT használatának az alternatív protokollokhoz képest. Nézzük meg, melyek ezek!
Egyetlen meghibásodási pont. Ha a bróker nem érhető el, az összes üzenetküldés leáll. Az infrastruktúra azonban redundáns brókerekkel is tervezhető.
Ki tett közzé egy üzenetet? Az MQTT tervezésénél fogva a témára összpontosít, nem pedig arra, hogy ki tette közzé az üzenetet. Hacsak a közzétevő nem ad hozzá valamilyen azonosítót a téma vagy a hasznos adatok részeként, akkor a bróker naplójához kell hozzáférni ahhoz, hogy megtudjuk, ki tette közzé az üzenetet. Gyakori gyakorlat, hogy a közzétevők a témában vagy a hasznos adatokban kliens-azonosítót adnak meg a felhasználási eset alapján.
A brókerhez kapcsolódó rosszindulatú kliens közzétehet/feliratkozhat bármely olyan témára, amelyre jogosult. A brókert védeni kell (lásd az MQTT biztonságáról szóló részt).
Nem folyamatos video-/audiostreamelésre tervezték. Mint minden szerver esetében, a teljes sávszélesség-átviteli sebességet figyelembe kell venni. Nagyon nagy, sok klienst tartalmazó rendszereknél dinamikus skálázásra lehet szükség.
Az eddigiek alapján elmondható, hogy mindig az adott feladat, az infrastruktúra és a felhasználói igények határozzák meg, hogy mikor célszerű ezt a protokollt használni.
Példák MQTT használatára
Minden technológia igazi értékét az adja meg, hogy hogyan használható a gyakorlatban. Lássunk néhány példát az MQTT gyakorlati alkalmazására!
Vegyük például, hogy valaki belép egy egyébként üres épületbe. Az MQTT protokollt használva az épületben telepített eszközök közötti kommunikációs eszközként, a tartózkodó érkezése számos műveletet indíthat el. Amikor a rendszer érzékeli, hogy valaki belépett egy épületbe, kérhető az intelligens világítás bekapcsolása, valamint egy fűtési vagy légkondicionáló rendszer bekapcsolása, hogy a környezet kényelmesebb legyen a tartózkodó számára. Mivel az MQTT nyitott, végtelen számú okoseszközzel működik – beleértve egy intelligens kávéfőzőt is. Így amikor a konyhába, akár egy friss kávé is várhat rá!
Ugyanebben az épületben egy forgalmas napon a videoanalitika figyelheti a kihasználtsági szintet, és riasztásokat küldhet, ha több látogató érkezik, és meghaladja a biztonságos számot. Ehhez például egy személyszámlálási analitika adatait használhatja fel, amely eseményértesítést generál, valahányszor egy személyt észlel egy meghatározott terület „be” vagy „ki” lépésekor. Az értesítést továbbítja az MQTT kliensnek, amely valós időben közzéteszi azt például egy felhőplatformon. A felhőplatformon létrejön egy kapcsolat egy adatvizualizációs szoftverrel (például egy Microsoft® Power BI® irányítópulttal), hogy megjelenítse a személyszámlálók valós idejű statisztikáit. Az embereket ezek alapján automatikusan el lehet irányítani egy túlzsúfolt helyről egy másik, csendesebb területre, az MQTT protokollt használó eszközök kommunikációjának eredményeként, és egy előre meghatározott cselekvési irányt követve. Alternatív megoldásként több személyzetre lehet szükség, okostelefonokra vagy táblagépekre küldött értesítésekkel, amelyek arra kérik őket, hogy menjenek a forgalmasabb területre. Ez különösen hasznos lehet bevásárlóközpontokban vagy közlekedési helyszíneken, ahol a látogatói élmény kritikus fontosságú az általános ügyfél-elégedettség szempontjából.
Városi szinten több érzékelővel lehetne monitorozni a város utcáinak levegőminőségét. Az MQTT segítségével ezek az adatok összekapcsolhatók a kamerákból és útérzékelőkből származó élő forgalmi adatokkal, hogy megértsük, vajon a torlódások hozzájárulnak-e a levegőminőség romlásához. A forgalmat ezután kevésbé forgalmas utakra terelhetik át, hogy a szennyezés elfogadható szintre csökkenjen.
A levegőminőség romlását nem feltétlenül a forgalomnövekedés, hanem vészhelyzet okozza. Ebben az esetben a gyors reagálás, amelyet az egymással kommunikáló eszközök tesznek lehetővé, életmentő lehet. A levegőminőség hirtelen romlása aktiválhatja a vezérlőterem képernyőjét, amely hőkamerák képeit jeleníti meg, megerősítve a mérgező füstöt termelő tüzet. A digitális kijelzők és a hangosbemondó rendszer ezután a lakosságot a biztonságuk érdekében elterelheti a területről. Ez nemcsak a helyzet romlását akadályozza meg, hanem teret és időt is biztosít az elsősegélynyújtók kiérkezéséhez.
Összegzés
A fentiek alapján könnyen belátható, hogy az MQTT protokoll támogatása nem csak biztonsági, hanem épületfelügyeleti, forgalom szabályozási és számos egyéb alkalmazás esetében is rendkívül hasznos lehet. Az is könnyen belátható, hogy az ilyen video rendszerek biztonságtechnikán túlnyúló alkalmazása nem hordoz jelentős kiberbiztonsági kockázatokat, hiszen a kamerák által felajánlott szolgáltatásokhoz nem szükséges közvetlenül a kamerákhoz, vagy egyéb eszközökhöz fordulni. Ezt azért fontos kihangsúlyozni, mert egy video rendszer értékét a többszintű felhasználás jelentősen növelheti, viszont a biztonságtechnikát üzemeltetők gyakran nem szívesen járulnak hozzá ahhoz, hogy más rendszerek is használják a kamerákból származó adatokat.
Az Aspectis kínálatában szereplő Axis és Hanwha kamerák és egyéb eszközök között jelentős számban vannak olyanok, amelyek rendelkeznek MQTT támogatással. Amennyiben olyan igények merülnek fel, amelyeket ezzel a technológiával lehet megvalósítani, érdemes ezzel is tervezni.