O que é o protocolo MQTT? Saiba como funciona o padrão de comunicação usado em IoT

O protocolo MQTT é um padrão de mensagens leve, ideal para ambientes de rede com restrições de largura de banda e alta latência. Sua arquitetura é eficiente e de baixa sobrecarga, o que o torna ideal para dispositivos com recursos limitados.

Sua principal utilidade é facilitar a comunicação para a Internet das Coisas (IoT), permitindo que dispositivos com hardware limitado troquem dados de forma confiável. Ele usa um modelo de publicação/assinatura onde um broker central (servidor) gerencia o fluxo assíncrono de mensagens entre os clientes.

No dia a dia, o protocolo MQTT está por trás de muitas inovações de IoT, como casas inteligentes, rastreamento de veículos e até mesmo em alguns aplicativos de mensagens. Ele garante a troca de informações rápida e segura com o consumo mínimo de energia.

Conheça mais sobre o conceito do protocolo MQTT, seu funcionamento e principais características. Também saiba as vantagens do protocolo usado em gadgets de IoT.

O que é o protocolo MQTT?

O MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) é um protocolo de mensagens leve baseado no modelo de publicação/assinatura. Ele é projetado para a troca eficiente de dados em redes com largura de banda limitada e para dispositivos da Internet das Coisas (IoT) com hardware restrito.

Para que serve o protocolo MQTT?

O protocolo MQTT foi projetado para ser eficiente em redes restritas, de baixa largura de banda ou alta latência. Sua principal função é permitir a comunicação confiável de dados de dispositivos com recursos limitados, como sensores e aparelhos de IoT.

Ele serve como padrão para a comunicação “Máquina a Máquina” (M2M), viabilizando o monitoramento e controle remoto em tempo real por meio do modelo publicação/assinatura. Nele, dispositivos publicam dados em “tópicos” e outros que “assinam” esses tópicos recebem a informação instantaneamente para processamento ou atuação.

O MQTT permite a comunicação entre dispositivos de uma casa conectada (imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

Como funciona o protocolo MQTT?

O MQTT separa quem envia mensagens (publicadores) de quem as recebe (assinantes), usando broker central (servidor) para rotear toda a comunicação. Essa arquitetura de publicação/assinatura garante uma comunicação eficiente de um-para-muitos, onde dados são enviados a “Tópicos” específicos.

O processo inicia com os clientes (publicadores ou assinantes) estabelecendo uma conexão com o broker, tipicamente por meio de TCP/IP. Os publicadores enviam dados para um tópico, que é uma string de endereço (ex: temperatura/sala/chao), mantida no servidor central.

Em seguida, clientes interessados nos dados agem como assinantes e informam ao broker o interesse em tópicos específicos, assinando-os. Então, o broker é responsável por receber a mensagem do publicador e distribuí-la imediatamente a todos os clientes que tenham se inscrito naquele tópico.

Este modelo resulta em uma comunicação desacoplada, eliminando a necessidade de dispositivos ou aplicações interagirem diretamente. Eles dependem do broker para gerenciar e rotear as mensagens, criando uma arquitetura flexível, escalável e ideal para ambientes com restrições de recursos.

O MQTT atua com o publicador enviando dados para o broker, que distribui as informações para os assinantes (imagem: Reprodução/Spiceworks)

Quais são as características do protocolo MQTT?

Essas são as principais características do protocolo MQTT:

• Leveza: é projetado para ser leve, usando pouca largura de banda e poder de processamento. Ideal para dispositivos com recursos limitados, como microcontroladores e sistemas de Internet das Coisas (IoT);
• Modelo publicação/assinatura: separa quem envia a mensagem (publicador) de quem a recebe (assinante) por meio de tópicos. Permite um estilo de comunicação flexível, escalável e dinâmico, sem que os dispositivos se conheçam diretamente;
• Níveis de Qualidade de Serviço (QoS): oferece três níveis de garantia na entrega das mensagens (QoS 0, 1 e 2), permitindo um controle preciso de confiabilidade no transporte da mensagem conforme a necessidade da aplicação;
• Mensagens retidas: o broker pode reter a última mensagem publicada em um tópico. Isso garante que novos assinantes recebam imediatamente a informação de status ou configuração mais recente ao se conectar;
• Última vontade e testamento (Last will and testament – LWT): o cliente pode definir uma mensagem que o broker publicará automaticamente caso a conexão caia inesperadamente. Funciona como um mecanismo para detectar falhas de cliente e notificar outros dispositivos sobre a desconexão;
• Segurança: suporta mecanismos de segurança como criptografia TLS/SSL e métodos de autenticação de usuário. Garante a confidencialidade, integridade e autenticidade dos dados trocados, sendo vital para aplicações críticas de IoT.

O protocolo MQTT está presente em dispositivos residências, como lampadas inteligentes (imagem: Darlan Helder/Tecnoblog)

Quais são os exemplos de uso do protocolo MQTT?

O protocolo MQTT é amplamente usado em aplicações de Internet das Coisas (IoT) e outros dispositivos do dia a dia. Alguns exemplos são:

• Controle de dispositivos residências: permite que usuários liguem ou desliguem remotamente lâmpadas, tomadas e eletrodomésticos inteligentes, publicando mensagens simples e diretas;
• Monitoramento de clima e ambiente (termostatos): envia continuamente dados de temperaturas, umidade e qualidade do ar para sistemas centrais, possibilitando ajustes automáticos e controle de conforto via aplicativos;
• Sistemas de segurança e alarmes: transmite alertas imediatos de câmeras e sensores de movimento ao detectar atividades suspeitas ou invasão, garantindo resposta rápida;
• Aplicativos móveis: oferece uma comunicação contínua que permite que os dispositivos recebam novas mensagens sem consumir grande quantidade de largura de banda ou gastar a bateria do telefone;
• Rastreamento de saúde e fitness: smartwatches e outros wearables publicam informações como frequência cardíaca, contagem de passos e padrões de sono, permitindo que apps de saúde analisem e exibam métricas de atividade física;
• Monitoramento remoto de pacientes: dispositivos médicos vestíveis publicam dados vitais, como batimentos cardíacos, para provedores de saúde, garantindo monitoramento contínuo e disparando alertas críticos;
• Automação industrial: coleta e envia o status de máquinas, sensores e equipamentos de manufatura para um sistema, facilitando a manutenção e a otimização de processos;
• Agricultura: disponibiliza dados de campo sobre umidade do solo, níveis de nutrientes e condições climáticas, auxiliando fazendeiros a automatizar a irrigação e otimizar recursos hídricos;
• Logística, transporte e gestão de frotas: fornece rastreamento em tempo real da localização de veículos e contêineres, além de permitir que dispositivos de tráfego comuniquem seu status para otimização de rotas;
• Carros conectados: viabiliza a troca de informações para serviços de rastreamento, diagnóstico remoto e envio de alertas de segurança para os ocupantes do veículo.

Aplicativos como Instagram usam o MQTT para o envio de mensagens (imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

Quais são as vantagens do protocolo MQTT?

Estes são os pontos fortes do protocolo MQTT:

• Leve e eficiente: possui sobrecarga mínima de dados, ideal para dispositivos IoT com hardware limitado. Isso resulta em um baixo consumo de largura de banda e de energia, otimizando a comunicação em redes com restrições;
• Entrega de mensagens confiável: oferece três níveis de qualidade de serviço (QoS) garantindo que as mensagens sejam entregues com a confiabilidade necessária. Permite escolher o nível ideal de garantia para operar mesmo em redes instáveis;
• Modelo flexível de publicação/assinatura: separa quem publica a mensagem de quem a recebe (assinante), promovendo uma arquitetura altamente escalável. Os dispositivos não precisam se conhecer diretamente, simplificando a adição e remoção de novos componentes na rede;
• Altamente escalável: os brokers são desenhados para gerenciar e coordenar inúmeros dispositivos conectados simultaneamente. É a solução ideal para rede IoT de grande escala, suportando diversas conexões em ambientes distribuídos;
• Comunicação segura: suporta protocolos de segurança modernos como SSL/TLS, que asseguram a criptografia de ponta a ponta dos dados. Isso garante a autenticação mútua dos dispositivos, protegendo a transmissão contra interceptações maliciosas;
• Ampla compatibilidade e facilidade de uso: é implementado com bibliotecas prontas para as diversas linguagens de programação. Essa ampla adoção facilita a integração rápida e o desenvolvimento de aplicações em praticamente qualquer plataforma.

Quais são as desvantagens do protocolo MQTT?

Estes são os pontos fracos do protocolo MQTT:

• Segurança não nativa: não possui criptografia embutida, exigindo a implementação de camadas adicionais como SSL/TLS. Isso aumenta a complexidade da configuração e pode gerar sobrecarga computacional em dispositivos de IoT de baixa potência;
• Não indicado para alto desempenho de banda: não é ideal para aplicações que demanda alta largura de banda ou baixa latência extrema, como streaming de vídeo ou transferência massiva de dados em tempo real;
• Dependência e ponto único de falha: a arquitetura centralizada exige um broker (servidor) para toda a comunicação. Sem um mecanismo de redundância, a falha deste componente interrompe todas as operações da rede;
• Limitações em Qualidade de Serviços (QoS) e persistência: não oferece um tratamento robusto de erros e falhas de conexão nativamente. O suporte à persistência de mensagens para clientes offline (QoS 1 e 2) é dependente da implementação do broker e pode consumir memória;
• Sem definição padrão de tópicos e esquemas: não impõe um formato padrão para os dados trocados nem um esquema de nomeação de tópicos, o que pode levar a inconsistências e dificultar a interoperabilidade em grandes ecossistemas.

O MQTT permite a conexão entre dispositivos com hardware mais modestos, mas é sujeito a falha devido à arquitetura centralizada (imagem: Maurizio Pesce/Flickr)

Qual é a diferença entre os protocolos MQTT e HTTP?

MQTT é um protocolo de mensagens leve e de publicação/assinatura, projetado para conexões com largura de banda limitada e de alta latência, sendo o padrão para comunicação em IoT. Usa um broker central para rotear mensagens, não exigindo uma conexão direta entre o remetente e o destinatário.

HTTP é o protocolo fundamental da World Wide Web, baseado no modelo requisição/resposta, onde um cliente (navegador) solicita um recurso a um servidor, que então envia a resposta. É considerado mais pesado devido aos cabeçalhos de dados maiores e exige uma conexão direta e síncrona para cada transação.

Qual é a diferença entre os protocolos MQTT e Thread?

MQTT é um protocolo de mensagens projetado para a transmissão de dados de forma leve e eficiente, ideal para IoT. Usa o modelo de publicação/assinatura, onde os dispositivos publicam dados em um broker central, e outros dispositivos se inscrevem para receber esses dados.

Thread é um protocolo de rede mesh sem fio de baixo consumo que permite a comunicação direta e segura, baseada em IP (IPv6), entre dispositivos (peer-to-peer). Cria uma rede robusta onde os dispositivos podem se comunicar entre si ou se conectar a redes externas, como Wi-Fi, por meio de um roteador de borda.

Internet das Coisas (IoT)TLS/SSLWeb