MQTT 是物聯網訊息傳輸標準協議，其採用極其輕量級的釋出訂閱訊息模型，以可擴充套件、可靠且高效的方式連線物聯網裝置。
自 1999 年 IBM 釋出 MQTT 以來已經過去了二十多年，而自 2012 年 EMQ 在 GitHub 上釋出開源 MQTT 訊息伺服器 EMQX，也已經過去了十年。如今，我們來到了各類新興技術飛速進步的 2023 年，隨著 MQTT 在物聯網中的使用規模不斷增長，場景更加多樣化，我們可以預見在 MQTT 技術領域中將會出現以下 7 個發展趨勢。
MQTT over QUIC
QUIC（Quick UDP Internet Connections）是由 Google 開發的一種新的傳輸協議，執行於 UDP 之上，旨在減少建立新連線所帶來的延遲，提高資料傳輸速率，並解決 TCP 的一些限制。
下一代網際網路協議 HTTP/3 使用了 QUIC 作為底層傳輸協議，為網路應用帶來了比 HTTP/2 更低的時延和更好的載入體驗。
MQTT over QUIC 是自 2017 年 MQTT 5.0 規範釋出以來 MQTT 協議中最具創新性的進展。憑藉多路複用、更快的連線建立和遷移等優勢特性，其具有成為下一代 MQTT 協議標準的潛力。
MQTT 5.0 定義了三種傳輸型別：TCP、TLS 和 WebSocket。在物聯網安全最佳實踐中，MQTT over TLS/SSL 廣泛用於生產環境以保護客戶端和 Broker 之間的通訊。然而它速度慢、延遲高，需要 3.5 個 RTT，即 TCP 3 次握手以及 TLS 4 次握手才能建立新的 MQTT 連線。
與 MQTT over TLS/SSL 相比，MQTT over QUIC 更快且延遲更低，在初次建立連線時僅需 1 RTT，並可以利用 0 RTT 連線恢復的特性來加速重連。QUIC 協議棧可以針對各種用例進行定製，例如在不穩定網路環境下，或是客戶端到伺服器更低延遲通訊的場景。它能夠在諸如行動網路下的車聯網（IoV）以及要求極低時延的工業物聯網（IIoT）場景下發揮重要作用，並有效提升其使用體驗。
開源 MQTT 訊息伺服器 EMQX 在其最新的 5.0 版本中引入了 MQTT over QUIC 支援，是全球首個支援 MQTT over QUIC 的 MQTT 訊息伺服器。目前 EMQ 正以 OASIS MQTT 技術委員會成員身份積極推進 MQTT over QUIC 的標準化落地，可以預見在不久的將來，MQTT 也將和 HTTP/3 一樣使用 QUIC 作為其主要傳輸層。
MQTT Serverless
雲端計算中 Serverless 模式的興起標誌著應用的設計、開發、部署和執行方式發生了突破性的正規化轉變。這種模式下開發者將能夠專注於應用的業務邏輯，無需管理基礎設施，從而提高敏捷性、可擴充套件性和成本效益。
Serverless 模式的 MQTT 訊息伺服器將是 2023 年的一種前沿架構創新。傳統的物聯網應用需要數分鐘甚至數小時才能在雲上或在企業私有環境中部署 MQTT 訊息服務，相比之下，Serverless MQTT 只需點選幾下就能快速完成 MQTT 服務的部署。
除了極快的部署速度，Serverless MQTT 更大的價值在於其無可比擬的靈活性：根據使用者需求對資源進行無縫擴充套件，以及與這種彈性架構相匹配的按量計費定價模式。Serverless MQTT 有望推動 MQTT 更廣泛的應用，降低運營成本，激發不同行業的創新協作。我們甚至可能看到每個物聯網和工業物聯網開發者都能擁有一個免費的 Serverless MQTT 訊息伺服器。
2023 年 3 月，EMQX Cloud 推出了全球首個 Serverless MQTT 服務，為使用者提供了 5 秒極速部署和更靈活的計費方式，幫助使用者以更低的成本高效開發物聯網應用。
MQTT 多租戶架構
多租戶架構是實現 Serverless MQTT 服務的一個重要基礎。來自不同使用者或租戶的物聯網裝置可以連線到同一個大規模的 MQTT 叢集，同時保持其資料和業務邏輯與其他租戶隔離。
在 SaaS 應用中多租戶架構很常見，即一個應用為多個客戶或租戶服務。其通常有兩種以下不同的實現方式：
- 租戶隔離： 向每個租戶提供一個單獨的應用例項，在伺服器或虛擬機器上執行。
- 資料庫隔離： 多個租戶共享一個應用例項，但每個租戶有自己的資料庫模式，以確保資料隔離。
在 MQTT Broker 的多租戶架構中，每個裝置和租戶都有一個單獨的、隔離的名稱空間，包括一個獨特的主題字首和訪問控制列表（ACL），用來定義使用者可以釋出或訂閱哪些主題。
多租戶 MQTT 訊息伺服器能夠減少管理開銷，並靈活支援複雜場景或大規模物聯網應用場景。例如，一個大型組織中的部門和應用可以作為不同的租戶使用同一個 MQTT 叢集。
MQTT Sparkplug 3.0
MQTT Sparkplug 是由 Eclipse 基金會設計的開放標準規範，其最新版本為 MQTT Sparkplug 3.0，它定義了工業裝置的統一資料接入規範，能夠透過 MQTT 協議連線各類工業感測器、動作執行器、可程式設計邏輯控制器（PLC）和閘道器。
MQTT Sparkplug 3.0 於 2022 年 11 月釋出，具有以下關鍵的新功能和改進：
- MQTT 5.0 支援： 增加了對 MQTT 5.0 的支援，包括共享訂閱、訊息過期和流量控制等新功能。
- 最佳化的資料傳輸：對資料傳輸進行了最佳化，使用更緊湊的資料編碼和壓縮演算法。
- 擴充套件的資料模型： 引入了一個擴充套件的資料模型，它允許更詳細的裝置資訊通訊，還支援配置資料和裝置後設資料等其他資訊的傳輸。
- 更高的安全性： 包括對安全性的若干改進，如支援雙向 TLS 認證、最佳化的訪問控制機制等。
- 簡化的裝置管理： 包括自動裝置註冊和發現，簡化裝置配置，以及改進診斷等。
MQTT Sparkplug 旨在簡化不同工業裝置間的連線和通訊，實現高效的工業資料採集、處理和分析。隨著新版本的釋出，MQTT Sparkplug 3.0 將會在工業物聯網領域得到更廣泛的應用。
MQTT 統一名稱空間
統一名稱空間（Unified Namespace）是一個建立在面向工業物聯網和工業 4.0 的 MQTT Broker 上的解決方案架構。它為 MQTT 主題提供了一個統一的名稱空間，併為訊息和結構化資料提供了一個集中的儲存庫。
統一名稱空間使用中央 MQTT Broker ，以星形拓撲結構連線工業裝置、感測器和應用程式，如 SCADA、MES 和 ERP。統一名稱空間以事件驅動的架構極大簡化了工業物聯網應用的開發。
在傳統的工業物聯網系統中，OT 和 IT 系統通常是分開的，其資料、協議和工具均獨立執行。透過採用統一名稱空間，可以讓 OT 和 IT 系統更有效地交換資料，最終實現物聯網時代 OT 和 IT 的統一。
如今，透過 EMQ 提供的開源 MQTT 訊息伺服器 EMQX 或 NanoMQ，結合工業協議閘道器軟體 Neuron，使用者將可以構建一個由 IT 界最先進技術支援的統一名稱空間架構。
MQTT 跨域叢集
MQTT 跨域叢集（MQTT Geo-Distribution）是一個創新架構，允許部署在不同地區或雲上的 MQTT Broker 作為一個單叢集一起工作。透過跨域叢集，MQTT 訊息可以在不同地區的 MQTT Broker 之間自動同步和傳輸。
有兩種方法可以實現 MQTT 跨域叢集：
- 單叢集，多地區： 單個 MQTT 叢集，每個節點在不同地區執行。
- 多叢集，多雲： 分佈在不同雲中的多個 MQTT 叢集連線在一起。
我們可以將這兩種方法結合，在跨區域部署的 MQTT Broker 之間建立一個可靠的物聯網資料基礎設施。透過 MQTT 跨域叢集，企業可以建立一個跨多雲的全球 MQTT 接入網路。不管所處的物理位置在哪裡，裝置和應用都能從最近的節點接入實現相互通訊。
MQTT Streams
MQTT Streams 是 MQTT 協議備受期待的一項擴充套件能力，能夠在 MQTT Broker 內實時處理海量、高頻的資料流。這在釋出訂閱模式訊息傳輸的基礎上進一步增強了傳統 MQTT Broker 的能力。透過 MQTT Streams，客戶端可以像 Apache Kafka 一樣將 MQTT 訊息以流的形式進行生產和消費，從而實現歷史訊息回放。這對事件驅動的處理尤為重要，可以確保最終的資料一致性、可審計和合規性。
流處理對於從物聯網裝置產生的大量資料中實時挖掘商業價值至關重要。以前，這一過程透過一個過時且複雜的大資料堆疊實現，需要 MQTT Broker 與 Kafka、Hadoop、Flink 或 Spark 進行整合。
而透過內建的流處理，MQTT Streams 簡化了物聯網資料處理架構，提高了資料處理效率和響應時間，併為物聯網提供了一個統一的訊息傳遞和流處理平臺。透過訊息去重、訊息重放和訊息過期等功能，MQTT Streams 實現了高吞吐量、低時延和容錯，使其成為基於 MQTT 的物聯網應用中實時資料流處理的強大工具。
結語
總的來說，MQTT 的這 7 個技術趨勢反映了新興技術的進步以及它們在推動物聯網發展程式中的重要作用。
作為一個發展了二十多年的標準訊息傳輸協議，MQTT 的重要性正在持續增長。隨著物聯網在各行業被越來越廣泛地應用，MQTT 協議也在不斷髮展以應對新的挑戰，滿足更低延遲的連線、更便捷的 MQTT 服務部署、複雜場景或大規模物聯網應用下靈活管理以及工業裝置接入的需求。作為龐大物聯網的神經系統，在 2023 年及更遠的未來，MQTT 必將在工業物聯網和車聯網等關鍵領域中發揮重要作用。
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