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Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Übertragen von Nachrichten von zumindest einem Herausgeber an zumindest einen Abonnenten in einem auf einem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerk, ein Subsystem zum Übertragen von Nachrichten von zumindest einem Herausgeber an zumindest einen Abonnenten in einem auf einem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerk gemäß diesem Verfahren, ein System umfassend das Subsystem, den zumindest einen Herausgeber und den zumindest einen Abonnenten, ein Computerprogrammprodukt und einen computerlesbaren Datenspeicher.
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Im Bereich des loT (Abkürzung für Internet of Things, auf Deutsch: Internet der Dinge) ist MQTT (Abkürzung für Message Queuing Telemetry Transport) ein Protokoll, das in den letzten Jahren zunehmend eingesetzt wird. Unter anderem wird das MQTT-Protokoll im Bereich Connected Car (auf Deutsch: vernetztes Fahrzeug) verwendet.
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Das MQTT-Protokoll folgt den Regeln einer Publish-Subscribe-Kommunikation. In der Software-Architektur ist Publish-Subscribe ein Kommunikations- bzw. Nachrichtenmuster, bei dem die Absender von Nachrichten, die Publisher (deutsch: Herausgeber; Anmerkung: im Folgenden werden die deutschsprachigen Begriffe verwendet, soweit dies möglich ist) genannt werden, die Nachrichten nicht so programmieren, dass sie direkt an bestimmte Empfänger, die Subscriber (deutsch: Abonnenten) genannt werden, gesendet werden, sondern stattdessen veröffentlichte Nachrichten in Klassen einteilen, ohne zu wissen, welche Abonnenten es gegebenenfalls gibt. In ähnlicher Weise bekunden Abonnenten Interesse an einer oder mehreren Klassen und erhalten nur Nachrichten, die von Interesse sind, ohne zu wissen, welche Herausgeber es gibt.
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Beim MQTT-Protokoll interagieren zwei unterschiedliche Teilnehmer untereinander: Ein Broker (auf Deutsch auch als Vermittler bezeichenbar) und eine Vielzahl von Clients (deutsch: Kunden), wobei die Kunden als Herausgeber und Abonnenten nicht direkt miteinander kommunizieren, sondern Nachrichten publishen (deutsch: veröffentlichen) und subscriben (deutsch: abonnieren).
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Der Kunde kann auch als der Endnutzer der Kommunikation betrachtet werden. Es ist derjenige, der Nachrichten aktiv sendet. Ein Kunde kann auch zu einem Zeitpunkt Nachrichten eines Topics (deutsch: Thema) empfangen, wobei er als Abonnent fungiert. Er kann zu demselben oder einem anderen Zeitpunkt aber auch Nachrichten in dem gleichen Thema veröffentlichen, wobei er als Herausgeber fungiert. Jeder Kunde kann sich durch eine Client ID (deutsch: Kundenidentifikation), beispielsweise in Form eines eindeutigen Codes in Gestalt von Nummern und/oder Buchstaben, identifizieren. Diese kann auch seine Session (deutsch: Sitzung) komplett identifizieren, denn MQTT ist für die Kunden-Seite komplett stateless (deutsch: zustandlos).
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Die Kommunikation mittels des MQTT-Protokolls basiert auf dem sogenannten Thema-Prinzip, wonach jede Nachricht einem Thema zugeordnet wird. Dies bedeutet, dass jede valide MQTT-Nachricht eine Payload (deutsch: Nutzdaten) mit einem zugehörigen Thema beinhaltet.
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Die Themen können in ihrer Funktions- und Schreibsyntax Ordnern in einem Filesystem ähnlich und hierarchisch organisiert sein. So kann beispielsweise ein valides Thema in einem Fahrzeug „Rücksitze/Sitz2/Temperatursensor/Temperatur“ heißen. Die Themen müssen von den Kunden abonniert werden, um den Themen zugeordnete Nachrichten zu empfangen. Schließt sich ein neuer Kunde dem Kommunikationsnetz an und schickt dem Broker eine Subscription (deutsch: ein Abonnement) zum Thema „Rücksitze/Sitz2/Temperatursensor/Temperatur“, wird der Broker alle Nachrichten mit diesem Thema an den Abonnenten weiterleiten. Es gibt selbstverständlich auch die Möglichkeit, gewählte Themen wieder abzubestellen und deren entsprechende Nachrichten nicht mehr zu erhalten.
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Die Aufgabe des Brokers besteht in der Nachrichtenverwaltung und -verteilung. Der Broker stellt quasi das Backend für das MQTT-Protokoll dar und verwaltet und administriert jeglichen Datenverkehr. Zu den Aufgaben des Brokers zählen die Speicherung, Verwaltung und Verteilung aller Informationen zu Themen, deren Abonnenten, Kunden und deren IDs. Die Netzwerkauslastung von MQTT-Kommunikation ist zwar generell gering, dennoch sollte die Bandbreite des Brokers bei einer sehr hohen Anzahl an Kunden entsprechend dimensioniert sein.
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Beim MQTT-Protokoll sind die Herausgeber von den Abonnenten entkoppelt. Daraus ergeben sich verschiedene Vorteile. Einer davon ergibt sich in der örtlichen Entkopplung, da die Herausgeber und Abonnenten sich nicht gegenseitig kennen müssen (beispielsweise nicht die gegenseitige IP-Adresse kennen müssen). Ein weiterer Vorteil besteht in der zeitlichen Entkopplung, da die Herausgeber und die Abonnenten nicht zeitgleich agieren müssen. Ein noch weiterer Vorteil besteht in der Synchronisationsentkopplung, wonach Operationen auf den ausführenden Computern nicht für die Zeit der Nachrichtenübermittlung blockieren (sog. Asynchrones Messaging).
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Wenn das MQTT-Protokoll verwendet wird, um zwei oder mehr Subsysteme über eine Kommunikationsverbindung zu verbinden, ist es oft wünschenswert, alle Daten in allen verbundenen Subsystemen verfügbar zu haben. Ein Subsystem kann dabei durch einen einzigen Kunden gebildet werden. Es ist aber auch möglich, dass ein Subsystem durch mehrere Kunden gebildet wird oder, dass mehrere Kunden an ein Subsystem angebunden werden.
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Für viele Anwendungsfälle, insbesondere bei der Übertragung von auf physikalischen Signalen basierenden Nachrichten, ist es wichtig, dass die Informationsübertragung zwischen den Subsystemen mit geringer Latenzzeit erfolgt. Dies ist deshalb in bestehenden Systemen schwierig, weil die physikalischen Signale kontinuierliche Funktionen in der Zeit sind und sich damit im Zeitverlauf mit einer gewissen Änderungsrate ändern. Entsprechend werden kontinuierlich neue Nachrichten mit aktuellen physikalischen Signalen von den Herausgebern gesendet. Dadurch kann es zu dem Übertragen von mehreren tausend Nachrichten pro Sekunde via dem auf dem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerk, welches insbesondere drahtlos ausgeführt sein kann, kommen. Das drahtlose Kommunikationsnetzwerk aber hat einen zeitvariablen Durchsatz. Außerdem bedeutet jede Nachricht einen Nachrichtenaufwand. Dadurch wird es schwierig, die Latenzzeit gering zu halten.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Nachrichtenübertragung mittels MQTT-Protokolls bzw. zum Übertragen von Nachrichten in einem auf einem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerk vorzuschlagen, welches die beschriebenen Schwierigkeiten zumindest teilweise überwindet, d. h. mit welchem insbesondere der Nachrichtenaufwand insgesamt reduziert werden kann, ein zeitvariabler Durchsatz keinen Engpass darstellt und die Übertragung der Nachrichten an die Abonnenten ohne übermäßig hohe Latenzzeiten erfolgt.
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Die voranstehende Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche, insbesondere durch ein computerimplementiertes Verfahren zum Übertragen von Nachrichten von zumindest einem Herausgeber an zumindest einen Abonnenten in einem auf einem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 1, ein Subsystem zum Übertragen von Nachrichten von zumindest einem Herausgeber an zumindest einen Abonnenten in einem auf einem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 7, ein System nach Anspruch 10, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11 sowie einen computerlesbaren Datenspeicher nach Anspruch 12 gelöst. Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Subsystem, dem erfindungsgemäßen System, dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und dem erfindungsgemäßen computerlesbaren Datenträger sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten wechselseitig Bezug genommen werden kann.
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Demnach löst die Erfindung die Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt durch ein computerimplementiertes Verfahren zum Übertragen von Nachrichten von zumindest einem Herausgeber an zumindest einen Abonnenten in einem auf einem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerk, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- (a) Senden von zumindest auf einem physikalischen Signal basierenden Nachrichten von dem zumindest einen Herausgeber an einen Broker mittels des Kommunikationsnetzwerks,
- (b) Empfangen von Nachrichten des zumindest einen Herausgebers durch den Broker, und
- (c) Übertragen von solchen Nachrichten des zumindest einen Herausgebers von dem Broker an den zumindest einen Abonnenten mittels des Kommunikationsnetzwerks, die einem von dem zumindest einen Abonnenten abonnierten Thema angehören.
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Dabei werden die von dem Broker an den zumindest einen Abonnenten übertragenen Nachrichten des abonnierten Themas unter Einhaltung einer maximalen Latenz als Vorgabe des zumindest einen Abonnenten, insbesondere aggregiert und/oder gesammelt in einer Nachricht, übertragen.
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Bei dem Verfahren kann insbesondere, jedoch nicht notwendigerweise, vorgesehen werden, dass die einzelnen Verfahrensschritte (a) bis (c) in der aufgelisteten Reihenfolge ausgeführt werden.
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Der MQTT-Broker (im Rahmen der Beschreibung auch als Broker bezeichnet) leitet bei der Kommunikation gemäß dem Stand der Technik typischerweise Nachrichten zu bestimmten Themen an Kunden, die diese Themen abonniert haben und damit Abonnenten sind, sofort nach ihrer Veröffentlichung weiter. Dies erfolgt unabhängig von den Bedürfnissen des Kunden bzw. Abonnenten (z. B. Anpassung der Nachrichtenfrequenz) und ohne Kenntnis der tatsächlichen Nutzdaten der Nachrichten und ihrer Relevanz für den Kunden. Eine große Anzahl kleiner Nachrichten kann für die Übertragung über ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk, bei der die verfügbare Bandbreite im Laufe der Zeit stark schwankt, jedoch kritisch sein.
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Eine einfache Aggregation mehrerer aufeinanderfolgender Nachrichten zu einer großen Einzelnachricht könnte die große Anzahl der kleinen Nachrichten reduzieren. In dieser Hinsicht wurde aber festgestellt, dass dies keine allgemein anwendbare Lösung ist, da die Zustellung einiger Nachrichten zeitkritisch sein kann. Der Broker im Stand der Technik kennt jedoch keine zeitkritische Komponente von Nachrichten für einen bestimmten Kunden, da dies im Stand der Technik nicht Teil des MQTT-Protokolls ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung sieht nun eine Vorgabe einer maximalen Latenz des zumindest einen Abonnenten vor. Die maximale Latenz muss für die Übertragung der Nachrichten von dem Broker an dem zumindest einen Abonnenten eingehalten werden. Dadurch erhält der Broker erstmals eine Information über die zeitkritische Komponente einer Nachricht für den zumindest einen Abonnenten. Diese Vorgabe kann insbesondere mittels des MQTT-Protokolls bzw. des darauf basierenden Kommunikationsnetzwerks selbst von dem zumindest einen Abonnenten an den Broker übertragen werden.
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Selbstverständlich ist es möglich, dass das Verfahren in einem System eingesetzt wird, in dem mehrere Herausgeber und mehrere Abonnenten in dem auf dem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind bzw. mittels des Brokers miteinander kommunizieren. Dabei kann vorgesehen werden, dass jeder der Abonnenten eine eigene Vorgabe einer maximalen Latenz für die von ihm abonnierten Themen bzw. die diesen zugeordneten Nachrichten, selbst für gleiche Themen, hat. Dann wird der Broker die Nachrichten gleicher Themen, die von unterschiedlichen Abonnenten mit unterschiedlichen Vorgaben maximaler Latenz abonniert worden sind, an jeden der Abonnenten unter Einhaltung der jeweils von diesen Abonnenten vorgegebenen maximalen Latenz in einer aggregierten und gesammelten Nachricht übertragen bzw. veröffentlichen. Daraus kann resultieren, dass die Abonnenten Nachrichten desselben Themas zu unterschiedlichen Zeitpunkten erhalten und damit auch, dass die empfangenen Inhalte der Nachrichten aufgrund der Änderungsrate der physikalischen Signale unterschiedlich sind.
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Selbstverständlich ist es ferner möglich, dass die Abonnenten verschiedene Themen abonnieren bzw. abonniert haben. In einem solchen Falle kann vorgesehen werden, dass die Abonnenten für jedes dieser verschiedenen Themen unterschiedlichen Vorgaben einer maximalen Latenz haben können. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Vorgabe eine Vorgabe für das abonnierte Thema des Abonnenten, nicht eine Vorgabe für alle abonnierten Themen des Abonnenten bzw. den Abonnenten an sich ist, auch wenn auch dies möglich ist. Insoweit kann das Verfahren umfassen, dass der Broker bei verschiedenen von dem zumindest einen Abonnenten abonnierten Themen die an den zumindest einen Abonnenten übertragenen Nachrichten der verschiedenen Themen unter Einhaltung einer maximalen Latenz als individuelle Vorgabe für jedes der abonnierten Themen des zumindest einen Abonnenten überträgt.
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Das physikalische Signal, auf dem die Nachricht basiert, kann auch als Inhalt der Nachricht bezeichnet werden. Das physikalische Signal ist eine kontinuierliche Funktion in der Zeit. Es kann sich beispielsweise um kontinuierlich gemessene Messwerte handeln. Ein solcher Messwert kann beispielsweise eine Geschwindigkeit sein. Wenn das computerimplementierte Verfahren beispielsweise in einem Fahrzeug, insbesondere einem vernetzten Fahrzeug, angewendet wird, kann das physikalische Signal etwa eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs sein. Diese kann kontinuierlich gemessen werden. Ein entsprechendes Steuergerät, insbesondere mit Recheneinheit, bzw. ein Computer, welches diesen Messwert selbst misst oder zumindest empfängt, kann hier einen in das auf dem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerk, insbesondere drahtlos, eingebundenen Kunden repräsentieren. Da der Kunde die Messwerte als physikalisches Signal in Form eines Inhalts der Nachricht an den Broker sendet, agiert der Kunde in der Rolle eines Herausgebers des MQTT-Protokolls. Der Kunde, also das Steuergerät oder der Computer, bildet ein Subsystem als Teil des Systems, in dem Subsysteme in Form von Kunden und dem Broker miteinander auf Basis des MQTT-Protokolls kommunizieren. Der Broker kann selbst auf einem Computer ausgeführt werden und ein Subsystem bilden. Eine mögliche Struktur eines solchen Systems wird in der Figurenbeschreibung näher beschrieben. Das Ausführungsbeispiel mit der Geschwindigkeit als Messwert ist hier lediglich beispielhaft gewählt. Selbstverständlich kann es sich auch um andere physikalische Signale gemäß der obigen Definition handeln. Ferner ist auch das Anwendungsbeispiel des Fahrzeugs lediglich beispielhaft, auch wenn das computerimplementierte Verfahren ganz besonders vorteilhaft in einer vernetzten Fahrzeugumgebung bzw. in einem vernetzten Fahrzeug eingesetzt werden kann. Insoweit kann vorgesehen werden, dass das computerimplementierte Verfahren für ein vernetztes Fahrzeug vorgesehen ist. Folglich können auch die Subsysteme, wie sie später näher beschrieben werden, Teile eines Fahrzeugs und/oder einer Cloud sein, die mit dem Fahrzeug mittels des Kommunikationsnetzwerks auf Basis des MQTT-Protokolls vernetzt sind.
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Es kann vorgesehen werden, dass die von dem Broker an den zumindest einen Abonnenten übertragenen Nachrichten jeweils mit Ablauf der maximalen Latenz als Vorgabe des zumindest einen Abonnenten übertragen werden. Entsprechend können die von dem zumindest einen Herausgeber gesendeten Nachrichten jeweils zu jedem Ablauf der maximalen Latenz bzw. intervallartig gemäß der vorgegebenen maximalen Latenz von dem Broker an den zumindest einen Abonnenten übertragen werden. Dabei kann vorgesehen werden, dass nur diejenigen Nachrichten, die jeweils vor oder mit Ablauf der maximalen Latenz beim Broker ankommen auch an den zumindest einen Abonnenten übertragen werden oder aber die Nachrichten bis zum Ablauf der maximalen Latenz aggregiert und dann mit Ablauf der maximalen Latenz als eine aggregierte Nachricht an den zumindest einen Abonnenten übertragen werden. Dadurch kann die Anzahl der Nachrichten abhängig von der vorgegebenen maximalen Latenz signifikant verringert werden. Wenn die maximale Latenz für Nachrichten eines abonnierten Themas von einem Abonnenten beispielsweise auf zwei Sekunden vorgegeben wird und typischerweise 1000 Nachrichten pro Sekunde gesendet werden, wird nunmehr statt 2000 Nachrichten nur noch eine Nachricht zu diesem abonnierten Thema an den Abonnenten alle zwei Sekunden übertragen. Es ergibt sich also aus der vorgegebenen maximalen Latenz ein Takt bzw. ein Intervall, beispielsweise von 2 Sekunden, mit dem die Nachrichten an den Abonnenten übertragen werden. Das Kommunikationsnetzwerk kann insbesondere ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk sein. In einem solchen kann mit dieser Maßnahme vermieden werden, dass ein möglicher variabler Durchsatz für einen Engpass bei der Nachrichtenübertragung sorgt.
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Es kann ferner vorgesehen werden, dass das Verfahren das Definieren der Vorgabe einer maximalen Latenz des zumindest einen Abonnenten für die Nachrichten des abonnierten Themas durch den zumindest einen Abonnenten umfasst. Entsprechend kann beispielsweise vorgesehen werden, dass der Abonnent die Vorgabe als eine Nachricht mittels des auf dem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerks an den Broker sendet, der diese wiederum nutzt oder nutzbar macht für das Übertragen der Nachrichten unter Einhaltung der maximalen Latenz als Vorgabe. Dadurch kann auf einfachem Wege ermöglicht werden, dass der Broker von individuellen Vorgaben von Abonnenten zu verschiedenen abonnierten Themen in Kenntnis gesetzt wird.
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Dabei kann vorgesehen werden, dass die Vorgabe der maximalen Latenz als Unterthema des abonnierten Themas durch den zumindest einen Abonnenten definiert wird. Entsprechend kann das bereits im MQTT-Protokoll genutzte Topic- bzw. Thema-Prinzip nutzbar gemacht werden, um die Vorgabe zu definieren bzw. über das Kommunikationsnetzwerk an den Broker zu übermitteln. Ein Beispiel soll dies verdeutlichen: Das abonnierte Thema kann „/signal1“ sein. Demgemäß empfängt der Abonnent, der dieses Thema abonniert, die Nachrichten zu diesem Thema, also die physikalischen Signale die als Nachrichten zum Thema „/signal1“ gesendet werden. Die Vorgabe der maximalen Latenz wird nun als Unterthema für dieses abonnierte Thema durch den Abonnenten definiert. Das Argument kann hier beispielsweise „max_latency“ (englisch für maximalen Latenz) lauten. Entsprechend kann der Abonnent die maximale Latenz beispielsweise durch eine Angabe von Millisekunden (ms) oder Sekunden (s) in dem Unterthema vorgeben. Bei einer Vorgabe einer maximalen Latenz von 2 Sekunden beispielsweise kann das abonnierte Thema entsprechend lauten: „/signal1/max latency=2s“. Wenn der Abonnent eine Nachricht zum Abonnieren des Themas „/signal1/max latency=2s“ an den Broker sendet, weiß der Broker, dass dieser Abonnent alle Nachrichten zum Thema „/signal1“ unter der Vorgabe einer maximalen Latenz von 2 Sekunden erhalten möchte. Dies kann der Broker entsprechend umsetzen.
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Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner den Schritt eines Abtastens der von dem zumindest einen Herausgeber an den Broker mittels des Kommunikationsnetzwerks gesendeten Nachrichten mit einer Abtastrate gemäß dem Abtasttheorem aufweist und nur die abgetasteten Nachrichten von dem Broker empfangen werden. Man könnte auch sagen, dass eine Frequenzanalyse der Inhalte, also der physikalischen Signale, und ihrer Änderungsrate durchgeführt wird. Selbst wenn der Herausgeber, also die Quelle der physikalischen Signale, die Ereignisse mit einer sehr hohen Rate sendet, werden diese entsprechend nur mit einer Abtastrate, die durch das Abtasttheorem (auch Nyquist-Shannon-Abtasttheorem) gegeben ist, das heißt die Abtastfrequenz muss mindestens die doppelte Bandbreite des physikalischen Signals betragen, beim Broker empfangen. Eine höhere Frequenz der Nachrichten ist nicht erforderlich. Dadurch kann die Anzahl der Nachrichten, die übertragen werden müssen, weiter verringert werden.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Abtastrate gemäß dem Abtasttheorem durch eine Fourier-Analyse des zumindest einen physikalischen Signals der gesendeten Nachrichten bestimmt wird. Insbesondere kann der Broker mit einer Komponente, insbesondere in Gestalt eines Plugins, verbunden sein oder eine solche Komponenten aufweisen, die das Abtasten der Nachrichten und das Bestimmten der Abtastrate durchführt. Diese Komponente kann den Inhalt der Nachrichten, also die Nutzdaten, die hier als physikalische Signale gegeben sind, analysieren, um ihre Änderungsrate zu ermitteln. Dies erfolgt durch Fourier-Analyse. Das Ergebnis der Fourier-Analyse ist eine minimale Abtastfrequenz, die das Abtasttheorem erfüllt, also mindestens die doppelte Bandbreite des physikalischen Signals beträgt. Die Komponente kann also das physikalische Signal puffern, die Fourier-Analyse durchführen und eine neue Abtastfrequenz definieren, die genauso hoch ist, wie vom Abtasttheorem vorgeschrieben wird.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs erwähnte Aufgabe gelöst durch ein Subsystem zum Übertragen von Nachrichten von zumindest einem Herausgeber an zumindest einen Abonnenten in einem auf einem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerk gemäß dem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei das Subsystem im Kommunikationsnetzwerk zwischen dem zumindest einen Herausgeber und dem zumindest einen Abonnenten anordenbar ist, und wobei das Subsystem den Broker umfasst.
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Das Subsystem kann hier insbesondere ein Computer sein, der in das Kommunikationsnetzwerk eingebunden ist. Ebenso können, wie bereits zuvor beschrieben, die Kunden, die ebenso in das Kommunikationsnetzwerk zur Kommunikation mit dem Broker bzw. diesem Subsystem, das den Broker aufweist, als Softwarekomponenten auf Computern ausgeführt werden bzw. durch die Computer mit diesen Softwarekomponenten gebildet werden. Das Kommunikationsnetzwerk auf MQTT-Protokoll-Basis kann entsprechend in einer verteilten Computerumgebung zwischen den Computern ausgebildet werden, welche hier die Kunden in Form von Abonnenten und Herausgebern und den Broker abbilden. Der Broker kann eine Softwarekomponente sein, die auf dem Subsystem in der Form eines Computers ausgeführt wird. Das Subsystem mit dem Broker ist dazu eingerichtet, zumindest auf einem physikalischen Signal basierenden Nachrichten von dem zumindest einen Herausgeber zu empfangen und gemäß dem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung an den zumindest einen Abonnenten zu übertragen.
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Selbstverständlich weisen das Subsystem bzw. der Computer und auch die Herausgeber und die Abonnenten entsprechende Kommunikationsschnittstellen, insbesondere drahtlose Kommunikationsschnittstellen, zum Aufbauen des auf dem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerks zwischen dem Subsystem mit dem Broker, den Herausgebern und den Abonnenten auf, auch wenn diese nicht explizit erwähnt oder in den Figuren gezeigt werden, wenngleich dies aus den Figuren und der korrespondierenden Figurenbeschreibung deutlich wird.
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Wie nachstehend noch erläutert wird, kann der Broker zumindest eine weitere Komponente, insbesondere Softwarekomponente, aufweisen oder mit einer solchen verbunden sein. Insoweit kann das Subsystem mit dem Broker oder mit der Kombination aus Broker und dieser zumindest einen weiteren Komponente dazu eingerichtet sein, dass der Broker Nachrichten von dem zumindest einen Herausgeber empfängt und gemäß dem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung an den zumindest einen Abonnenten überträgt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Vorgaben der maximalen Latenz des zumindest einen Abonnenten auf dem Subsystem, insbesondere auf einem Datenspeicher des Subsystems, gespeichert werden.
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Dementsprechend kann vorgesehen werden, dass das Subsystem eine mit dem Broker verbundene Komponente aufweist, welche dazu eingerichtet ist, die von dem zumindest einen Herausgeber gesendeten Nachrichten zu empfangen und unter Einhaltung der maximalen Latenz als Vorgabe des zumindest einen Abonnenten an den Broker weiterzuleiten. Mit anderen Worten übernimmt diese weitere Komponente, insbesondere Softwarekomponente, die als ein Plugin des Subsystems ausgestaltet sein kann, das Filtern der Nachrichten gemäß der Vorgabe der maximalen Latenz, die der zumindest eine Abonnent akzeptiert. Der Broker bleibt dann hinsichtlich seines bisherigen Funktionsumfangs hingegen ganz oder zumindest überwiegend erhalten. Es kann gleichwohl vorgesehen werden, dass der Broker die Information der Vorgabe mittels seiner Verbindung zu der Komponente an die Komponente weiterleitet. Ansonsten muss der Broker nicht umständlich neu- bzw. umprogrammiert werden, um die Filterung der Nachrichten durch die Komponente und an den Broker gemäß der Vorgabe des zumindest einen Abonnenten zu bewerkstelligen. Es genügt, dass die Komponente auf dem Subsystem hinzugefügt wird, insbesondere auf den Datenspeicher eines als Computer ausgebildeten Subsystems hochgeladen wird.
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Ferner kann vorgesehen werden, dass das Subsystem eine mit dem Broker verbundene Komponente aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein Abtasten der von dem zumindest einen Herausgeber an den Broker mittels des Kommunikationsnetzwerks gesendeten Nachrichten mit einer Abtastrate gemäß dem Abtasttheorem durchzuführen und nur die abgetasteten Nachrichten an den Broker weiterzuleiten. Dabei kann es sich um dieselbe Komponente wie zuvor beschrieben handeln, also eine solche, die dazu eingerichtet ist, die von dem zumindest einen Herausgeber gesendeten Nachrichten zu empfangen und unter Einhaltung der maximalen Latenz als Vorgabe des zumindest einen Abonnenten an den Broker weiterzuleiten. Insoweit kann die Komponente auch als Signalanalyse-Komponente bezeichnet werden. Ferner kann die Komponente dazu eingerichtet sein, die Abtastrate gemäß dem Abtasttheorem durch eine Fourier-Analyse des zumindest einen physikalischen Signals der gesendeten Nachrichten zu bestimmen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die eingangs erwähnte Aufgabe gelöst durch ein System umfassend das Subsystem nach dem zweiten Aspekt der Erfindung, wobei das System ferner den zumindest einen Herausgeber und den zumindest einen Abonnenten aufweist, und wobei das Subsystem im auf dem MQTT-Protokoll basierenden Kommunikationsnetzwerk zwischen dem zumindest einen Herausgeber und dem zumindest einen Abonnenten angeordnet ist. Das System kann beispielsweise für ein vernetztes Fahrzeug eingerichtet sein bzw. kann es in ein vernetztes Fahrzeug eingebettet sein.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird die eingangs erwähnte Aufgabe gelöst durch ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Computer diesen veranlassen, zumindest das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung mit Ausnahme des Schritts (a) auszuführen. Das Computerprogrammprodukt kann insbesondere den Broker umfassen. Das Computerprogrammprodukt kann den Broker in Ergänzung mit der zuvor erwähnten zumindest einen Komponente umfassen. Entsprechend kann der Computer, von dem das Computerprogrammprodukt ausgeführt wird, das zuvor erläuterte Subsystem sein.
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Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird die eingangs erwähnte Aufgabe gelöst durch einen computerlesbaren Datenspeicher, auf dem das Computerprogrammprodukt nach dem vierten Aspekt der Erfindung gespeichert ist.
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Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Figur hervorgehenden Merkmale können sowohl für sich als auch in den beliebigen verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems;
- 2 eine schematische Ansicht eines Computers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 3 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Soweit ein an sich gleiches Element häufiger als einmal in einer der 1 bis 3 vorhanden ist, werden die Elemente mit demselben Bezugszeichen versehen und fortlaufend nummeriert, wobei die fortlaufende Nummerierung durch einen Punkt von ihrem Bezugszeichen getrennt wird.
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1 zeigt ein System 100 mit einem Subsystem 10, mehreren Herausgebern 1.1, 1.2 ... 1.n sowie mehreren Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n. Zwar ist das Subsystem 10 auch als solches, also als ein Subsystem 10, bezeichnet, doch stellen auch die Herausgeber 1.1, 1.2 ... 1.n und die Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n Subsysteme des Systems 100 dar.
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Das Subsystem 10, die Herausgeber 1.1, 1.2 ... 1.n und die Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n sind Steuergeräte mit Recheneinheiten oder Computer mit nicht gezeigten, insbesondere drahtlosen, Kommunikationsschnittstellen und umfassen jeweils Softwarekomponenten, die auf diesen Steuergeräten oder Computern ausgeführt werden. Über ihre Kommunikationsschnittstellen stehen das Subsystem 10, die Herausgeber 1.1, 1.2 ... 1.n und die Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n in einer Kommunikationsverbindung miteinander bzw. bilden diese ein Kommunikationsnetzwerk aus, welches auf dem MQTT-Protokoll basiert bzw. mit dem MQTT-Protokoll durchgeführt wird.
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Mittels dieses MQTT-Protokolls können Nachrichten 3.1, 3.2 ... 3.n mit physikalischen Signalen s1(t), s2(t) ... sn(t) als Inhalt von den Herausgebern 1.1, 1.2 ... 1.n mittels des Brokers 11 bzw. des Subsystems 10 an die Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n übertragen bzw. bei diesen veröffentlicht werden. Insoweit wird auf den einleitenden Teil dieser Beschreibung verwiesen, in der das MQTT-Protokoll ausführlich mit der üblicherweise verwendeten Terminologie erläutert worden ist, die im Rahmen der Beschreibung stellenweise durch geeignete Synonyme erweitert worden ist.
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Das Subsystem 10 umfasst einen Broker 11 und eine weitere Komponente 12 als Softwarekomponenten. Dem Broker 11 wird die im Stand der Technik übliche Aufgabe zu Teil, dass dieser die Nachrichten 3.1, 3.2 ... 3.n von Herausgebern 1.1, 1.2 ... 1.n empfängt und die Nachrichten 3.1, 3.2 ... 3.n bei den Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n, die diese im Rahmen eines Themas abonniert haben, veröffentlicht. Jedoch kommt gegenüber dem Stand der Technik die Komponente 12 hinzu, die mit dem Broker 11 in (Nachrichtenkommunikations-)Verbindung steht und alternativ auch in den Broker 11 als Softwarekomponente integriert sein kann.
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Wenn die Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n ein Thema abonnieren, können diese durch Angabe eines Unterthemas zudem eine Vorgabe 13.1, 13.2 ... 13.n für eine maximale Latenz, mit der sie die Nachrichten 3.1, 3.2 ... 3.n des Themas erhalten möchten, definieren. Das Abonnieren eines Themas zusammen mit der Vorgabe 13.1, 13.2 ... 13.n durch einen der Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n stellt hier einen ersten Verfahrensschritt 201 des in 3 schematisch dargestellten Verfahrens 200 dar.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, werden diese Vorgaben 13.1, 13.2 ... 13.n gemäß dem ersten Verfahrensschritt 201 insbesondere von den Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n an den Broker 11 übermittelt, der diese wiederum an die Komponente 12 übermittelt. Die Komponente 12 ist vor dem Broker 11 im Hinblick auf den Empfang der Nachrichten 3.1, 3.2 ... 3.n der Herausgeber 1.1, 1.2 ... 1.n angeordnet bzw. empfängt die Komponente 12 diese noch vor dem Broker 11.
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Dadurch kann die Komponente 12 einzig die Nachrichten 3.1', 3.2' ... 3.n' der insgesamt von der Komponente 12 empfangenen Nachrichten 3.1, 3.2 ... 3.n an den Broker 11 übermitteln, die mit Ablauf der maximalen Latenzen gemäß der Vorgaben 13.1, 13.2 ... 13.n die Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n erreichen. Dadurch werden die Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n mit den Nachrichten 3.1, 3.2 ... 3.n in einem Takt bzw. Intervall versorgt, der mit ihrer Vorgabe 13.1, 13.2 ... 13.n korrespondiert. Wenn beispielsweise die maximale Latenz mit 2 Sekunden vorgegeben wird, kann der entsprechende Abonnent 2 die Nachrichten 3 des abonnierten Themas jeweils alle 2 Sekunden statt in dem Takt, in dem die Herausgeber 1.1, 1.2 ... 1.n diese an den Broker 11 senden, erhalten.
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Dabei besteht der zweite Verfahrensschritt 202 des Verfahrens 200 in dem Senden der Nachrichten 3.1, 3.2 ... 3.n an das Subsystem 10 bzw. den Broker 11, wobei jedoch die Komponente 12, wie zuvor erläutert, die Nachrichten 3.1, 3.2 ... 3.n gemäß der Vorgaben der Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n filtert und nur diejenigen an den Broker 11 übermittelt, die den Vorgaben 13.1, 13.2 ... 13.n entsprechen, oder die Nachrichten 3.1, 3.2 ... 3.n aggregiert und nach Entsprechung der Vorgaben 13.1, 13.2 ... 13.n an den Broker 11 übermittelt, was dem dritten Verfahrensschritt 203 entspricht.
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In dem vierten Verfahrensschritt 204 werden die den Vorgaben 13.1, 13.2 ... 13.n entsprechenden Nachrichten 3.1', 3.2' ... 3.n' bzw. von der Komponente 12 gefilterten Nachrichten 3.1', 3.2' ... 3.n', die mit Ablauf der vordefinierten maximalen Latenzen bei den Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n veröffentlicht werden können, von dem Broker 11 empfangen. In dem fünften Verfahrensschritt 205 werden diese Nachrichten 3.1', 3.2' ... 3.n' schließlich als bzw. in Form einer aggregierten und gesammelten Nachricht an die Abonnenten 2.1, 2.2 ... 2.n übertragen.
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2 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Subsystems 10 als einen Computer 20, auf dem der Broker 11 und die Komponente 12 als ein Computerprogrammprodukt 23 auf einem Datenspeicher 21 gespeichert sind. Das Computerprogrammprodukt 23 wird mittels eines Prozessors 22 des Computers 20 ausgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kunde, Herausgeber
- 2
- Kunde, Abonnent
- 3
- Nachricht
- 4
- Kommunikationsnetzwerk
- 10
- Subsystem
- 11
- Broker
- 12
- Komponente
- 13
- Vorgabe
- 20
- Computer
- 21
- Datenspeicher
- 22
- Prozessor
- 23
- Computerprogrammprodukt
- 100
- System
- 200
- Verfahren
- 201... 207
- Verfahrensschritte
- s(t)
- physikalisches Signal
