## MQTT 協議概述

MQTT 是用於物聯網的標準訊息傳遞協議。它被設計為一種非常輕量級的釋出/訂閱訊息傳送，非常適合以較小的程式碼佔用量和網路頻寬連線遠端裝置。[MQTT 協議](https://www.emqx.com/zh/mqtt)具有以下特點：

- **輕巧高效**：[MQTT 客戶端](https://www.emqx.com/zh/blog/introduction-to-the-commonly-used-mqtt-client-library)非常小，需要裝置資源少。MQTT 訊息頭很小，可以最佳化網路頻寬。
- **雙向通訊**：MQTT 允許裝置到雲之間以及雲到裝置之間的訊息傳遞。
- **可靠的訊息傳遞**：MQTT 具有 3 種定義的服務質量級別：0-最多一次，1-至少一次，2-恰好一次，可根據業務場景保證訊息傳遞的可靠性。
- **支援不可靠網路**：許多物聯網裝置透過不可靠的蜂窩網路進行連線。MQTT 對永續性會話的支援減少了將客戶端與代理重新連線的時間。
- **安全**：MQTT 使您可以輕鬆地使用 TLS 加密訊息並使用現代身份驗證協議（例如OAuth）對客戶端進行身份驗證。

如今，MQTT 被廣泛應用於汽車、製造業、電信、石油和天然氣等行業。

**本系列文章將詳細解讀 MQTT 協議在各行業實際應用場景中是如何發揮作用的。**

## 石油行業中的物聯網業務

隨著物聯網技術迅猛發展，新型資訊感測裝置以及各類有線、無線網路技術在石油勘探、生產與儲運環境中逐漸普及使用。石油石化企業希望利用物聯網技術實現對油田終端裝置的遠端管理，最佳化物聯網資料存管用的效率、安全性和可擴充套件性。

在石油生產與運輸儲存場景中，透過工業邊緣閘道器將傳統工業匯流排協議與 PLC 協議轉化成物聯網 [MQTT 協議](https://www.emqx.com/zh/mqtt)，將現場實時資料傳遞到資料中心，以實現對現場資料遠端採集與集中化管理，是目前石油石化企業生產監控技術改造的重點方向之一。

## 傳統石油生產資料採集場景痛點

傳統採油廠透過現場專用無線或者有線網路，將油井中的油壓、油溫、載荷、電量等資料實時傳送到 RTU 或者 PLC 中，再透過本地 SCADA 系統進行匯聚後儲存在生產作業區或者聯合站的控制室內的資料庫。廠區中心機房需要定期從場站控制機房的資料庫中同步資料，實現對多個作業區的資料匯聚。

隨著企業對實時資料消費需求越來越高，對邊緣資料庫的訪問頻率要求也隨之增加，在實際執行過程中逐漸暴露出以下問題：

- 場站資料採集與資料儲存軟硬體老化，更新成本高；

- 隨著採集資料量不斷增加，整體效能開始無法滿足日益增長的資料需求；

- 廠區無法得到實時資料，對場站的實時管理監控能力不足；

- 現場技術維護人員工作強度大，人工成本高。

## 基於 MQTT 協議的石油生產資料採集方案

得益於網路技術在石油行業中的普及，油田作業區與廠區之間已基本實現了網路聯通，為物聯網技術的引入提供了基礎網路條件。各類生產資料也得以透過 MQTT 協議獲得採集匯聚與進一步處理，充分發揮其價值。

以 EMQ 雲邊資料採集方案為例：

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2021/07/27/6b0c3b01e902eea7.png?x-oss-process=style/bb)

### 各類工業協議轉換為 MQTT 實現統一接入

在場站端，透過[工業資料採集閘道器軟體 Neuron](https://www.emqx.com/zh/products/neuron) 將現場採用 Modbus-RTU、Modbus-TCP 協議的儀表資料轉換成高可靠輕量化的 MQTT 協議，再將實時資料透過專網將 MQTT 協議推送到廠區中心機房的資料接入平臺 [EMQ X](https://www.emqx.com/zh/products/emqx)。

### 對資料進行過濾處理並推送

部分冗餘資料或者其他系統資料，可以透過部署在場站端的輕量化資料處理軟體 [eKuiper](https://github.com/lf-edge/ekuiper) 將資料進行過濾處理，將有意義的資料推送到廠區中心機房的資料接入平臺 EMQ X。

### 採集資料實時移動至資料庫以供業務應用

廠區中心機房的資料接入平臺 EMQ X 將實時資料統一接入後儲存到中心機房的資料庫中，各種業務應用可以對接資料庫拉取相關業務資料。

### 透過 MQTT 協議實時推送告警資訊

生產裝置報警、場站門禁報警等需要實時處理的資料可以由資料接入平臺 EMQ X 透過 MQTT 協議推送到報警處理業務系統中，實現實時資料快速處理。

### 使用 MQTT 協議進行裝置實時監控

廠區資料中心平臺也可以透過 MQTT 訊息實現對現場裝置的遠端控制與管理。

## MQTT 協議帶來了什麼？

### 提高業務實時性

MQTT 協議具有輕量化、高可靠 QoS 等特性，可以將大量生產作業區的裝置以及系統資料實時上報到廠區資料中心，使業務實時性大大提高。

### 降低軟硬體成本

MQTT 的輕量化設計使客戶端到服務端的硬體需求大大降低。在 EMQ 雲邊資料採集方案中，在廠區中心機房的高可用 [MQTT 訊息伺服器 EMQ X](https://www.emqx.io/zh) 以及在生產做業務使用的輕量級邊緣工業閘道器 Neuron 代替了場站側昂貴的 SCADA 系統與資料採集儲存伺服器，使整體軟硬體成本降低超過 50%。

### 節省人力成本

由於採用了輕前端、重後端的架構，現場裝置數量與複雜度大大降低，現場運維負載度與人員成本可降低超過 70% 以上。

透過基於 MQTT 協議的資料採集架構，廠區資料中心可以獲得各類現場實時資料，從而透過這些高質量的業務資料進行遠端裝置操作、井筒放置位置最佳化分析、監測作業環境控制排放、遠端輔助檢修等新業務應用，實現石油企業降本增效與業務創新。

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MQTT 協議在石油行業資料採集中的應用

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