Een espressomachine geabonneerd op de timeline van je wekker

Hoe een nieuw internetprotocol onze apparaten op elkaar laat reageren

Een dag begint net even lekkerder als je wekker vroeg genoeg gaat om de filedrukte voor te zijn, het koffiezetapparaat automatisch gestart is wanneer je de douche uitloopt, en je voor je vertrek weet of het meenemen van een paraplu noodzakelijk is. Eigenlijk hebben we alles al in huis om dit mogelijk te maken, maar we dienen onze apparaten en apps op elkaar aan te sluiten.

Elke dag genereren we 2,5 triljoen bytes aan gegevens, die overal vandaan komen: van sensoren die de filedruk op de snelweg meten, berichten op Facebook, tot GPS-signalen die door smartphones uitgezonden worden. Het verbinden van al deze apparaten wordt getypeerd als het ‘internet of things‘: een internet dat niet meer alleen de traditionele pc, tablet of smartphone omvat, maar via mini-sensoren ook het remblok van je auto of het vriesvak in je koelkast. Op deze wijze komen we steeds meer te weten over de wereld om ons heen; kunnen we bijvoorbeeld de exacte oorzaak van autopech voorspellen, of onze wekker koppelen aan de verwachte filedruk op de route die je naar je werk brengt.

Met de toetreding van steeds meer apparaten op het internet, neemt de totale hoeveelheid data die uitgewisseld wordt explosief toe. Een belangrijke oorzaak is het gebruik van het verouderde http-protocol voor mobiele netwerken. Net zoals je via zelfbankieren een paar keer per maand controleert of je salaris al op je bankrekening is gestort, controleren apparaten dagelijks om de 5 minuten of er nieuwe berichten binnengekomen zijn. Dat is vanuit twee belangrijke punten problematisch:

• Frequentie: Iedere keer als een apparaat controleert of er nieuwe berichten zijn, wordt er een dataverzoek verzonden. Vaak krijgt het apparaat hetzelfde antwoord terug: “nee, er is geen nieuws, check over 5 minuten maar nog een keer”. De optelsom is makkelijk gemaakt als je bedenkt dat dit tientallen, zo niet honderden keren per dag gebeurt.

• Omvang: Voor elke dataverzoek wordt er relatief veel extra data meegestuurd. Deze ‘protocol overhead’ bevat headers en applicatie-specifieke informatie, die niets wezenlijks bijdragen aan de inhoud van een bericht, maar wel veel ruimte in beslag nemen.

Kortom, de toenemende hoeveelheid dataverzoeken (frequentie), in combinatie met de protocol-overhead (omvang), drukt zwaar op de beschikbare bandbreedte van een netwerk. Daarom is er een wezenlijke behoefte ontstaan om de datahoeveelheid te verminderen.

Publish/Subscribe
Net zoals HTTP de weg vrijmaakte voor mensen om informatie te delen op het World Wide Web, zal het MQTT-protocol miljarden elektronische systemen, apparaten en sensoren aansluiten op het ‘internet of things’. Uniek aan MQTT is het publish/subscribe principe: apparaten kunnen elkaar herkennen, doorgeven welke onderwerpen ze beheren en op welke ze zich willen abonneren. Net zoals je op je Twitter of Facebook timeline de berichten binnenkrijgt van de personen waarop je geabonneerd bent. Een van de belangrijkste voordelen van MQTT is dat het initiatief bij de verzendende applicatie ligt. Deze zet pas een verbinding in stand met de ontvangende applicatie zodra het bericht daadwerkelijk verzonden wordt, waardoor de controles om de 5 minuten achterwege blijven. Ook maakt MQTT het mogelijk om je berichten zodanig te definiëren dat ze gestript worden van alle  onnodige informatie, zodat de omvang beperkt blijft en de responstijd sterk verbeterd wordt. Vooral voor (kleine) mobiele apparaten is de frequentie en omvang van groot belang, omdat dit het batterijverbruik op drastische wijze reduceert.

Honderdduizenden berichten tegelijkertijd
Via een zogeheten Message Hub (zoals MessageSight) wordt bepaald welk bericht naar welke ontvanger (apparaat) verstuurd dient te worden, en kan er gekozen om dit voor één of voor meerdere ontvangers tegelijkertijd te doen. Dit kan praktische voordelen bieden als je bijvoorbeeld aan een systeem als  Amber Alert denkt. Als de politie de honderdduizenden inwoners van Amsterdam tegelijkertijd wil informeren over een ontvoering, sturen ze nu nog een bericht uit waarop de mensen één voor één op de hoogte worden gesteld via hun smartphone of tablet. Een combinatie van MQTT en een Message Hub werkt anders: iedereen die geabonneerd is op dit bericht ontvangen tegelijkertijd hetzelfde bericht, zodat de snelheid vele malen groter wordt en de pakkans van de ontvoerder groter is. In een ziekenhuis zouden de actuele gegevens van 100 pacemakers op de tablets van vijf dienstdoende artsen terecht kunnen  komen. Met de wetenschap dat mensen alleen maar meer implanteerbare apparaten krijgen, kan er met deze technologie een betere zorgverlening gerealiseerd worden.

Dankzij het compacte formaat van MQTT en de efficiënte distributie van informatie naar één of meerdere ontvangers is het ideaal voor de communicatie tussen apparaten. Wanneer dit protocol op termijn de standaard zet, wordt een toekomstbeeld geschetst waarin de informatie die ons bereikt steeds relevanter, completer en accurater is. En kunnen we via het verbinden van bestaande en nieuwe apparaten onze manier van leven verrijken.

Deze blogpost is geschreven door Hessel Pijpker, global business agility consultant bij IBM.