Smarte Städte und Gebäude: MQTT-Protokoll vernetzt das Internet of Things

Als das MQTT-Protokoll (Message Queue Telemetry Transport) vor mehr als zwei Jahrzehnten entwickelt wurde, konnten seine Schöpfer noch nicht wissen, wie weitreichend und branchenübergreifend ihre Erfindung heute eingesetzt wird.

Das MQTT-Protokoll hat sich als De-Facto-Standard für den Nachrichtenaustausch zwischen verbundenen Geräten (Internet of Things) etabliert. Es ermöglicht IoT-Sensoren, darunter auch Kameras, die Kommunikation miteinander, zum Beispiel in smarten Städten und Gebäuden sowie in Einsatzgebieten wie Handel, Gesundheitswesen und Produktion.

Warum MQTT?

MQTT eignet sich ideal für diese Anwendungsbereiche, weil es ein extrem zuverlässiges und leichtgewichtiges Nachrichtenübertragungsprotokoll ist, das nur geringe Netzwerkbandbreite benötigt und nur einen kleinen Code-Footprint hat. Beim verwendeten Publish-Subscribe-Ansatz werden Nachrichten auf hoch effiziente Weise aufgereiht, verteilt und weitergeleitet. Dadurch empfiehlt sich das Protokoll insbesondere auch für Verbindungen zwischen Geräten, die an weit entfernten Standorten mit begrenzten Ressourcen und Netzwerkbandbreiten gehostet werden. Da es auf offenen Standards basiert, kann es zudem flexibel mit unterschiedlichsten Geräten eingesetzt werden, zum Beispiel für Straßenbeleuchtung, Zugangskontrolle, Verkehrsüberwachung, Parkraummanagement oder Überwachung von Umweltparametern.

Dank MQTT arbeiten viele vernetzte Videokameras von Hanwha Vision nahtlos mit einer beliebigen Anzahl von Sensoren in Ihren Installationen zusammen. Deshalb kann Ihre Videoüberwachung heute in vielen Bereichen des Stadt- und Geschäftsbetriebes gewinnbringend eingesetzt werden, die weit über Sicherheit hinausgehen. Tatsächlich könnte man sagen, dass durch die Verbindung von MQTT und Video viele Träume von smarten Städten, Gebäuden und Händlern der Realität ein ganzes Stück näherkommen.

Sofort verwertbare Erkenntnisse in Echtzeit

Die Zahl der IoT-Geräte steigt exponentiell an. Laut aktuellen Prognosen wird es bis Ende 2023 weltweit mehr als 13,1 Milliarden verbundene Geräte geben. Dadurch entstehen immense Datenmengen und eine Vielzahl von Chancen für smartere und effizientere Organisationen mit mehr Personalisierung.

Werfen wir zum Beispiel einen Blick auf eine Person, die ein leeres Gebäude betritt. Mithilfe des MQTT-Protokolls können die im Gebäude installierten Geräte miteinander kommunizieren, sodass die Ankunft des Besuchers eine ganze Reihe abgestimmter Aktionen auslöst. Dazu gehört zum Beispiel das Anschalten der intelligenten Beleuchtung bzw. der Heizung oder Klimaanlage. Da MQTT auf offenen Standards basiert, funktioniert es mit unzähligen intelligenten Geräten, bis hin zur smarten Kaffeemaschine. Wenn sich also ein Besucher durch ein smartes Gebäude bewegt und schließlich in der Küche eintrifft, wartet da vielleicht schon ein frisch gebrühter Kaffee.

In Bereichen mit Publikumsverkehr überwacht die Videoanalyse möglicherweise die Auslastung und schlägt Alarm, falls die Anzahl der Besucher sichere Obergrenzen übersteigt. Personen werden dann automatisch von überfüllten Räumen in ruhigere Bereiche geleitet. Solche automatischen, vordefinierten Reaktionen werden möglich durch die Kommunikation der Geräte über das MQTT-Protokoll. Alternativ können auch Benachrichtigungen an Smartphones und Tablets gesendet werden, um zusätzliches Personal in belebtere Bereiche zu dirigieren. Dies könnte sich besonders für Einkaufszentren oder andere Verkehrsknotenpunkte als nützlich erweisen, weil die allgemeine Kundenzufriedenheit dort stark vom Besuchererlebnis abhängt.

Smart Cities sprechen MQTT

Auf stadtweiter Ebene lässt sich durch Sensoren die Luftqualität auf den Straßen überwachen. Über MQTT werden diese Daten mit Live-Verkehrsdaten von Kameras und Straßensensoren verknüpft, um festzustellen, wie und wo Staus zu einer Verschlechterung der Luftqualität führen. Durch eine Umleitung des Verkehrs auf weniger stark befahrene Straßen kann dann die Luftverschmutzung auf ein akzeptableres Niveau reduziert werden.

Vielleicht wird die Verschlechterung der Luftqualität aber gar nicht durch ein erhöhtes Verkehrsaufkommen, sondern durch einen Notfall verursacht. In diesem Fall ermöglicht die Kommunikation der Geräte schnellere Reaktionen, die unter Umständen Leben retten. Bei einem schlagartigen Absinken der Luftqualität können zum Beispiel automatisch im Kontrollraum Bilder einer Thermalkamera angezeigt werden, um sofort gefährliche Rauchentwicklungen aufgrund von Bränden zu identifizieren. Mithilfe digitaler Beschilderung und öffentlicher Durchsagen könnten Personen dann zu ihrer eigenen Sicherheit aus den betroffenen Gebieten weggeleitet werden. Dadurch wird nicht nur eine Verschlimmerung der Situation verhindert, sondern auch Raum und Zeit für das Eintreffen der Rettungskräfte geschaffen.

Langfristige Vorteile

Die MQTT-Kommunikation zwischen Geräten hat nicht nur unmittelbare Vorteile, sondern unterstützt auch Entscheidungen über langfristige Strategien. Geschäftsführungen erkennen zunehmend den Wert einer soliden Datenbasis für die Zukunftsplanung. Videokameras und IoT-Geräte sind reichhaltige Quellen für Bild-, Umwelt-, Audio-, Temperatur- und andere Daten. Die Zusammenführung all dieser Datenquellen in einem kohärenten und leicht verständlichen Interface ermöglicht die Verwendung aller verfügbaren Erkenntnisse als Entscheidungsgrundlage.

Im Einzelhandel wird dies zu einem noch besseren Verständnis des eigenen Geschäftsbetriebes führen, zum Beispiel hinsichtlich der Ausnutzung von Ladenflächen, der Steuerung von Kundenströmen in bestimmten Bereichen oder der Optimierung des Personaleinsatzes und Energieverbrauchs. Wenn regelmäßig wiederkehrende Kundenanstürme identifiziert werden, lässt sich die Personalplanung entsprechend anpassen. Das Ladenlayout kann für Besucheraufkommen und – bewegungen optimiert werden, um Bestseller-Produkte an Punkten mit besonders hohem Kundenverkehr zu platzieren. Sogar die Programmierung der Heizung und Belüftung auf Basis der Besucherzahlen ist möglich. Dadurch verbessert sich natürlich auch die Energieeffizienz, da Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanalagen (HLK) nur in Betrieb sind, wenn sie auch wirklich benötigt werden.

Ein verbessertes Verständnis dafür, wie sich Fahrzeuge und Personen durch bestimmte Gebiete bewegen, leistet wertvolle Unterstützung für Stadtplaner in der Smart City. So können Straßen, Bürgersteige und öffentliche Räume konzipiert werden, die für alle Bürger unabhängig vom eingesetzten Verkehrsmittel funktionieren. In verkehrsintensiven Gebieten wird die Straßeninstandhaltung verstärkt, während Bereiche mit wenigen Passanten von zusätzlicher Sicherheitspräsenz profitieren. Alle Stadtverantwortlichen möchten, dass sich Bürger in der Smart City zufrieden und sicher fühlen. Die Nutzung kombinierter IoT- und Videodaten ist ein einfacher Weg zu Echtzeit-Einblicken in das Stadtleben, verkürzten Reaktionszeiten und einer besseren Anpassung der Stadt an die Bedürfnisse ihrer Bürger.

MQTT und KI: Ein perfektes Paar

Natürlich darf die Rolle der künstlichen Intelligenz (KI) bei diesen Anwendungsszenarien nicht vernachlässigt werden. Neben grundlegenden Videoanalysen und dem verbreiteten Machine Learning bieten moderne Kameras auch Deep-Learning-Verfahren. Eine wachsende Zahl von Analysen kann daher heute per Edge Computing, also auf dem Gerät selbst, durchgeführt werden. Das macht die Integration zusätzlicher Daten, die aus dem gesamten IoT via MQTT-Kommunikation eingehen, immens wertvoll. So können Alarme generiert, Aktionen ausgelöst und Einblicke geliefert werden, die auf einem verbesserten Kontextverständnis und tieferen Erkenntnissen beruhen.

In vielerlei Hinsicht in MQTT für den weiteren Vormarsch der KI im Videobereich von zentraler Bedeutung, denn das Protokoll ermöglicht erst die Kommunikation zwischen Kameras und anderen Geräten. Andernfalls würden die von den einzelnen Geräten gesammelten Daten in getrennten Informationssilos verbleiben, sodass eine kontinuierliche und konsistente Nutzung unmöglich wäre.