运营技术（OT）和信息技术（IT）的融合已成为旨在释放效率、创新和竞争力的组织的一项战略要务。这种融合需要在工业设备的物理世界和企业系统的数字信息世界之间实现无缝和安全的数据流。随着组织努力应对这一集成挑战，选择标准化软件通信协议变得至关重要。本文探讨并定位了两种流行的中间件标准，即 DDS^™（数据分发服务）和 MQTT（消息队列遥测传输），阐明了它们的架构、性能、可扩展性、可靠性和协议。此文是对最近的RTI技术论文《IIoT协议：比较DDS和MQTT》中更深入的比较的快速总结。

一、DDS&MQTT

今天，架构是任何软件开发项目的支柱，定义其结构、组织和功能。因此，架构师必须首先评估和了解所有系统要求，并确定哪种类型的网络架构（集中式、分散式或分布式）满足系统的需求。一旦了解了体系结构的类型，就可以评估用于分发应用程序的通信模型。DDS和MQTT提供了两种截然不同的通信方法：以数据为中心（DDS）和以消息为中心（MQTT）。

DDS使用RTPS协议，这是一种以数据为中心的发布-订阅模型，允许参与者直接通信，而无需集中式代理。关键通信由细粒度服务质量（QoS）控制，它引入了以数据为中心的概念——这种方法提供了数据分发和发现的灵活性。DDS专为不断变化而设计，为分布式、可扩展、容错、确定性和高性能系统提供了坚实的基础。DDS系统原理架构如下图所示：

图1.1系统原理架构框架图

相比之下，MQTT 协议以消息为中心，并遵循轻量级的发布-订阅模型和基于代理的方法。MQTT采用轻量级设计，非常适合资源受限的设备和不可靠的网络环境。但是，对于具有高数据吞吐量或严格延迟要求的应用程序来说，它可能并不理想。MQTT允许配置服务质量（QoS），确定消息的可靠性，但依赖于集中式代理进行消息分发。MQTT系统原理架构如下图所示：

图1.2系统原理架构框架图

二、并排比较

性能在分布式计算系统中至关重要，特别是对于需要低延迟、高效率和可靠性的复杂工业物联网（IIoT）应用。由于DDS专为高性能和实时数据交换而量身定制，因此支持高效的数据过滤、组播通信和可靠的传输机制。至关重要的是，它对QoS参数的细粒度控制使其特别适用于具有严格性能要求的应用。

另一方面，MQTT 针对低带宽和低延迟环境进行了优化。其简单的标头结构可减小消息大小并减少网络开销，使其非常适合资源受限的方案。但是，它可能无法满足需要高数据吞吐量或实时性能的应用程序的需求。MQTT是基于TCP/IP的应用层协议。MQTT数据包结构如下图所示：

 图1.3 MQTT数据包结构图

在可扩展性方面，可以说，可扩展性对于需要适应不断变化的需求和技术进步的分布式系统至关重要。DDS以分布式方式运行，本质上支持可伸缩性，并且能够容纳大量参与者。其点对点通信模型确保了高效的数据分发，使其适用于复杂和动态的工业自动化环境。

MQTT 还具有可扩展性，可以处理大量发布者和订阅者。但是，其可扩展性可能会受到集中式代理容量的限制，从而可能引入瓶颈。

另一个重要因素是可靠性，它是分布式系统的基石，确保数据完整性、系统可用性和业务连续性。DDS通过强大的通信功能显著增强了系统可靠性，包括高级QoS设置、可靠的消息传递、数据持久性、容错、冗余和故障转移机制。这些特性使DDS成为任务关键型应用程序的可靠选择。DDS常用的QOS如下图：

图1.4 DDS提供的QOS服务策略

尽管MQTT为消息传递提供了QoS级别，但它也需要仔细配置以实现强大的性能。网络稳定性、代理可靠性和所选的QoS级别等因素会影响MQTT的可靠性。MQTT提供的QoS机制，其核心是设计了多种消息交互机制来提供不同的服务质量，来满足用户在各种场景下对消息可靠性的要求。

在数据主题上，DDS和MQTT都利用主题来促进分布式组件之间的通信和协调。但是，虽然两者都使用主题对数据进行分类和组织，但它们的实现和预期用例不同。总结一下：

• DDS 主题 = 结构化数据通信。在DDS中，Topic表示系统内交换的特定类型的数据。它定义了数据的格式或结构，充当数据分发的通信渠道。主题与特定数据类型相关联，从而在分布式系统中实现高效和选择性的实时通信。
• MQTT 主题 = 信息组织。MQTT主题充当发布消息和订阅消息的逻辑通道或主题。主题表示为分层字符串，以树状结构对消息进行分类和组织。与DDS不同，MQTT主题只关注信息组织，缺乏消息内容的详细结构。

在现代计算环境中，标准和互操作性是不同系统和设备之间高效数据交换的基础。DDS和MQTT各自以不同的方式处理这方面的方法，与各自的设计理念保持一致。

• DDS：专注于互操作性。DDS 由对象管理组（OMG）管理，强调互操作性和标准化 API。DDS 标准确保了不同供应商实现之间的兼容性，促进了开放性和模块化。它提供了更广泛的 QoS 策略，支持与各种编程语言的集成。
• MQTT：广泛采用，实现方式多样。MQTT是OASIS标准，拥有庞大的用户群和多样化的客户端库和代理实现。虽然这有助于不同平台之间的互操作性，但MQTT代理实现和安全功能的可变性可能会给无缝集成带来挑战。

三、选择适合您用例的协议

在追求卓越的IIoT过程中，DDS和MQTT之间的选择变得至关重要。每个协议在特定领域都表现出色，提供独特的优势，以满足现代组织的多样化需求。在DDS和MQTT之间做出选择时，必须首先了解架构类型，然后才能评估和实现用于分发应用程序的正确通信模型。

凭借其以数据为中心的方法，DDS是需要实时控制、确定性通信、复杂数据建模、可靠性和高级QoS控制的应用的成熟首选标准。无论系统大小如何，DDS 都能保持高性能。其最佳性能在广泛的任务关键型系统中显而易见，在这些系统中，精度和可靠性至关重要且不容商榷。

作为一种通用协议，MQTT非常适合涉及数据聚合、物联网传感器网络、远程监控和云集成的用例，以及优先考虑广泛设备连接的场景。其轻巧的设计和简单性使其成为快速集成和高效通信的绝佳选择。

当组织驾驭复杂的IIoT环境时，使通信技术的选择与特定的用例要求保持一致至关重要。延迟、可靠性、可扩展性、数据复杂性和实时控制需求等因素在确定DDS或MQTT是否最适合特定系统方面起着至关重要的作用。正确的选择使系统设计人员能够充分利用IT/OT融合的潜力，推动其运营中的创新、效率和竞争力。