Seminar Magistrala / Mainflux – Messaging mit MQTT, HTTP, WebSocket und CoAP

Die unterstützten Protokolle unterscheiden sich bei Verbindung, Overhead, Zustellung, Browserfähigkeit und Geräteanforderungen. Das Seminar entwickelt ein einheitliches Nachrichtenmodell und setzt es über MQTT, HTTP, WebSocket und CoAP praktisch um.

Inhaltsübersicht

• Lernziele
• Modul 1: Nachrichtenvertrag und Protokollwahl
• Modul 2: MQTT
• Modul 3: HTTP
• Modul 4: WebSocket
• Modul 5: CoAP
• Modul 6: Protokollübergreifender Test
• Praxisübungen
• Zielgruppe
• Voraussetzungen

Lernziele

• Protokolle nach Geräte-, Netzwerk- und Zustellanforderung auswählen
• Ein konsistentes Channel- und Nachrichtenmodell protokollübergreifend anwenden
• Authentisierung und Autorisierung je Transport korrekt umsetzen
• Fehler, Wiederholung, Reihenfolge und Duplikate mit Vergleichstests beherrschen

Seminarinhalte

Modul 1: Nachrichtenvertrag und Protokollwahl

Semantik, Zeit, Einheit, Größe und Zustellrisiko werden vor der Transportentscheidung festgelegt.

1. Schritt 1: Telemetrie, Ereignis, Zustand und Kommando unterscheiden
2. Schritt 2: Nachrichtenformat und maximale Größe definieren
3. Schritt 3: Latenz, Energie, Verbindung und Zuverlässigkeit bewerten
4. Schritt 4: Protokoll je Nachrichtenklasse mit Begründung auswählen

Modul 2: MQTT

Dauerhafte Verbindungen, Topics, Sessions und QoS unterstützen viele Geräte und asynchrone Kommunikation.

1. Schritt 1: Client-ID, Zugang und Topiczuordnung konfigurieren
2. Schritt 2: Publish und Subscribe mit minimalen Rechten testen
3. Schritt 3: QoS, Retain und Last Will gezielt einsetzen
4. Schritt 4: Reconnect, Session und Duplikate bei Netzunterbrechung untersuchen

Modul 3: HTTP

Request-Response eignet sich für einfache Integrationen, benötigt aber klare Timeout- und Retry-Regeln.

1. Schritt 1: Endpunkt, Methode, Header und Content-Type festlegen
2. Schritt 2: Authentisierte Telemetrie senden und Antwort auswerten
3. Schritt 3: Idempotenz und Retry bei Timeout implementieren
4. Schritt 4: Ratenbegrenzung und Fehlercodes in Clientlogik berücksichtigen

Modul 4: WebSocket

Bidirektionale Verbindungen ermöglichen Browser- und Echtzeitfälle mit eigener Sitzungsverwaltung.

1. Schritt 1: Verbindung und Authentisierung aufbauen
2. Schritt 2: Channel- oder Nachrichtenabonnement setzen
3. Schritt 3: Keepalive, Reconnect und Backpressure behandeln
4. Schritt 4: Browser- oder Anwendungsclient mit Rechteprüfung testen

Modul 5: CoAP

Kompakte UDP-basierte Kommunikation adressiert eingeschränkte Geräte und verlustbehaftete Netze.

1. Schritt 1: Ressource und Nachrichtentyp definieren
2. Schritt 2: Confirmable und Non-confirmable passend auswählen
3. Schritt 3: Token, Wiederholung und Timeout prüfen
4. Schritt 4: Paketverlust und verspätete Antwort im Test simulieren

Modul 6: Protokollübergreifender Test

Gleiche Fachdaten werden über mehrere Transporte verglichen und in einem gemeinsamen Datenpfad ausgewertet.

1. Schritt 1: Referenznachricht und erwartete Speicherung festlegen
2. Schritt 2: Nachricht über alle ausgewählten Protokolle senden
3. Schritt 3: Latenz, Overhead, Fehler und Wiederholung messen
4. Schritt 4: Mischbetrieb, Gatewayübersetzung und Betriebsrichtlinie dokumentieren

Praxisübungen

• Protokollentscheidung für mehrere Geräteklassen
• MQTT-Sitzung mit QoS und Verbindungsabbruch
• HTTP-Client mit idempotentem Retry
• WebSocket- und CoAP-Kommunikation mit Fehlerfällen
• Vergleichsmessung über einen gemeinsamen Channel

Zielgruppe

IoT-Entwickler, Integratoren, Geräteentwickler, Architekten und Betreiber, die mehrere Transportprotokolle einsetzen oder bewerten.

Voraussetzungen

Netzwerk- und Programmiergrundlagen sowie ein grundlegendes Verständnis von Magistrala-Clients und Channels.