MQTT ist ein schlankes Nachrichtensystem, mit dem kleine Geräte Daten austauschen, ohne direkt miteinander zu sprechen. Ein Gerät veröffentlicht eine kurze Nachricht zu einem benannten Topic, ein zentrales Programm namens Broker nimmt sie entgegen, und alles, was dieses Topic abonniert hat, erhält eine Kopie. Das anschaulichste Bild ist ein Schwarzes Brett im Klassenzimmer: Man heftet einen Zettel unter eine Überschrift, und wer sich für diese Überschrift interessiert, liest ihn, sobald er Zeit hat.

Diese eine Idee deckt fast alles ab, was Sie einer Klasse erklären müssen. Der Rest dieses Artikels benennt die vier beweglichen Teile in einfachen Worten.

Ein Schwarzes Brett, kein Telefonat

Ein Telefonat setzt voraus, dass beide gleichzeitig in der Leitung sind. Die meisten Sensorprojekte im Unterricht funktionieren nicht so. Ein Temperatursensor sendet vielleicht alle zehn Sekunden einen Messwert, aber das Dashboard, das diesen Wert anzeigt, kann geschlossen sein, oder ein Kind öffnet es erst eine Stunde später.

MQTT löst das wie ein Schwarzes Brett. Der Sensor heftet seinen Zettel an und geht weiter. Das Dashboard liest das Brett, wann immer es hinschaut. Keine Seite muss wissen, dass die andere existiert, oder gleichzeitig wach sein. Das nennt man Publish and Subscribe, und deshalb kann ein einziges kleines Board viele Bildschirme versorgen, ohne dass sie miteinander verkabelt sind.

Topics sind einfach nur Bezeichnungen

Ein Topic ist die Überschrift, unter die man den Zettel heftet. Es wird als Pfad mit Schrägstrichen geschrieben und liest sich wie eine Ordnerstruktur:

• classroom/temperature
• lab/door/status
• greenhouse/soil/moisture

Diese Namen denken Sie sich selbst aus; es gibt keine feste Liste. Ein Abonnent fragt genau die Überschrift ab, die er möchte. Es gibt außerdem Platzhalter, sodass ein Dashboard classroom/# abonnieren und auf einen Schlag jeden Zettel unter der Überschrift „classroom“ empfangen kann. Gute Topic-Namen sind die nützlichste Gewohnheit, die man vermitteln kann, denn ein aufgeräumtes Namensschema hält ein Projekt lesbar, wenn zwanzig statt zwei Sensoren im Spiel sind.

Der Broker sitzt in der Mitte

Der Broker ist das Programm, das das Schwarze Brett betreibt. Jede Nachricht geht zuerst an den Broker, und der leitet sie an alle Abonnenten weiter. Geräte sprechen immer nur mit dem Broker, nie miteinander, was jedes einzelne Gerät einfach und günstig hält. In einem Schulprojekt ist der Broker meist ein kleiner Server oder ein gehosteter Dienst; die Kinder bekommen ihn selten zu Gesicht, sie richten Board und Dashboard einfach auf dieselbe Adresse.

Retained Messages und der letzte Wille

Zwei zusätzliche Funktionen tauchen ständig auf, und beide passen ins Bild vom Schwarzen Brett.

Eine Retained Message ist ein Zettel, der hängen bleibt. Normalerweise wird eine Nachricht einmal weitergereicht und ist dann weg. Ist ein Zettel „retained“, behält der Broker den jeweils neuesten, sodass ein später geöffnetes Dashboard sofort den aktuellen Wert sieht statt eines leeren Bildschirms. Für einen Messwert wie die aktuelle Temperatur ist das ideal.

Ein letzter Wille ist ein Zettel, den der Broker stellvertretend für ein Gerät aushängt, wenn dieses unerwartet ausfällt. So kann ein Dashboard einen Sensor in dem Moment als offline anzeigen, in dem er verstummt, statt ewig einen veralteten Wert zu zeigen. Zusammen sorgen diese beiden Funktionen dafür, dass sich ein IoT-Bildschirm selbst im Griff hat.

Warum Dashboards darauf setzen und wo Sie ihm im Unterricht begegnen

Dashboards setzen auf MQTT, weil die Nachrichten winzig sind, es mit dem löchrigen WLAN eines echten Klassenzimmers zurechtkommt und ein Broker viele Geräte gleichzeitig bedienen kann. Wenn ein sheenbot-Board einen Sensor ausliest und eine Sekunde später ein Livebildschirm aktualisiert wird, hat Publish and Subscribe die Zahl transportiert. Unsere sheenIoT-Dashboards arbeiten genau so und abonnieren die Topics, die Ihre Schülerinnen und Schüler wählen.

Für die Idee brauchen Sie keine Hardware. Die Kinder können Nachrichten zunächst im verse-Simulator veröffentlichen und empfangen und erst dann auf ein echtes Board umsteigen, wenn das Denkmodell sitzt. Wenn Sie es einmal mit einer Klasse von Anfang bis Ende aufbauen möchten: Die Robotik-Workshops in den Ferien behandeln ein komplettes Projekt vom Sensor bis zum Dashboard.

Ein Denkmodell in fünf Zeilen für die Klasse

• Publish heißt: einen Zettel ans Brett heften.
• Subscribe heißt: darum bitten, informiert zu werden, wenn unter einer Überschrift Zettel auftauchen.
• Topic ist die Überschrift, geschrieben wie classroom/temperature.
• Broker ist das Schwarze Brett, das alle teilen.
• Retained heißt: Der letzte Zettel bleibt für die nächste Leserin hängen.

Hängen Sie diese Liste für die ersten Stunden an die Wand. Sobald die Kinder auf das Schwarze Brett zeigen und sagen können, wer anheftet und wer liest, hört MQTT auf, Fachjargon zu sein, und wird zur Beschreibung von etwas, das sie sich schon vorstellen können.