MQTT+ : enhanced syntax and broker functionalities for data filtering, processing and aggregation

In the last few years, the Message Queueing Telemetry Transport (MQTT) publish/subscribe protocol emerged as the de facto standard communication protocol for IoT, M2M and wireless sensor networks applications. Such popularity is mainly due to the extreme simplicity of the protocol at the client side, appropriate for low-cost and resource-constrained client devices. Other nice features include a very low protocol overhead, ideal for limited bandwidth scenarios, the support of different Quality of Services (QoS) and many others. However, when a client device is interested in performing processing operations over the data published by multiple sensors, the use of MQTT may result in high network bandwidth usage and high energy consumption for the end devices, which is unacceptable in resource constrained scenarios. To overcome these issues, we propose in this thesis MQTT+, which provides an enhanced protocol syntax and enrich the pub/sub broker with data filtering, processing and aggregation functionalities. MQTT+ is implemented starting from an extensible MQTT broker and evaluated in different application scenarios.

Negli ultimi anni, il protocollo di tipo publish/subscribe MQTT (Message Queueing Telemetry Transport) è diventato lo standard di fatto per quanto riguarda i protocolli di comunicazione usati per IOT, M2M e reti di sensori wireless. Questa popolarità è dovuta all’estrema semplicità del protocollo lato client e questo lo rende appropriato per dispositivi low-cost e con poche risorse computazionali a disposizione. Altre interessanti funzionalità del protocollo, includono un bassissimo overhead di gestione, ideale per casi in cui la banda di rete sia limitata, il supporto di diverse QoS (Quality Of Services) e molte altre. Nonostante ciò, quando un client è interessato ad eseguire delle operazioni di elaborazione dei dati pubblicati da diversi sensori, l’utilizzo di MQTT può comportare un alto consumo di banda di rete e un elevato consumo di energia da parte dei client, il che è inaccettabile in scenari in cui i clients siano dispositivi con poche risorse computazionali. Per superare questi limiti, in questa tesi viene proposto MQTT+, che fornisce un protocollo con una sintassi avanzata e introduce nel broker delle funzionalità di filtraggio, analisi e aggregazione di dati. MQTT+ è implementato a partire da un broker estendibile e valutato in diversi scenari applicativi.