Belajar IoT Engineer - Communication Protocols (MQTT/CoAP)

#Pendahuluan

Setelah di episode 4 firmware kita mampu menjalankan banyak tugas dengan RTOS, pada episode ini kita menghubungkannya ke dunia luar. Semua perangkat IoT — dari sensor suhu sampai smart lock — berkomunikasi dengan protokol tertentu. Memilih protokol yang salah adalah kesalahan desain paling mahal: perangkat yang mengonsumsi baterai terlalu cepat, atau data yang hilang saat sinyal buruk.

Tiga protokol mendominasi dunia IoT: MQTT, CoAP, dan HTTP. Masing-masing dirancang untuk kebutuhan berbeda, dan memahami kapan memakai yang mana adalah kompetensi inti IoT Engineer.

#Perbandingan Tiga Protokol

Pola praktis: MQTT untuk telemetry dan kontrol dua arah, CoAP untuk perangkat constraint berat (sensor bertenaga baterai dengan RAM kecil), HTTP saat kalian berurusan dengan API web biasa — misalnya mengirim data langsung ke REST endpoint.

#MQTT dan Model Publish/Subscribe

MQTT adalah protokol paling penting di dunia IoT. Berbeda dari HTTP yang bersifat request/response, MQTT memakai publish/subscribe:

Peran dalam MQTT:

Kekuatan MQTT: publisher tidak perlu tahu siapa subscriber. Sepuluh aplikasi bisa subscribe ke topik yang sama tanpa mengubah perangkat. Ini memisahkan producer dan consumer — pola yang sangat cocok untuk sistem IoT yang terus bertumbuh.

#Tingkat QoS (Quality of Service)

MQTT mendefinisikan tiga tingkat jaminan pengiriman:

Aturan praktis: QoS 0 untuk data yang selalu terkirim terus-menerus, QoS 1 untuk default, QoS 2 hanya saat duplikasi benar-benar fatal.

#CoAP: Protokol Ringan untuk Perangkat Terbatas

CoAP (Constrained Application Protocol) adalah "HTTP untuk perangkat mikro". Berjalan di atas UDP, header-nya hanya 4 byte, dan punya metode seperti HTTP (GET, POST, PUT, DELETE). Contoh request:

con GET /temperature
    → 2.05 Content "26.5 C"

Keunggulannya: konsumsi daya dan memori jauh lebih kecil dari MQTT over TCP — cocok untuk sensor dengan RAM puluhan KB yang bertahan berbulan-bulan dengan baterai AA. Kelemahannya: tidak punya model publish/subscribe bawaan dan butuh mekanisme observasi tersendiri (Observe) untuk langganan.

#Praktik: MQTT dari ESP32

Mari kirim telemetry suhu dari ESP32 ke broker lokal. Instal library PubSubClient di PlatformIO:

[env:esp32dev]
platform = espressif32
board = esp32dev
framework = arduino
lib_deps =
    knolleary/PubSubClient@^2.8

#include <Arduino.h>
#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
 
const char *ssid = "NAMA_WIFI";
const char *pass = "PASSWORD_WIFI";
const char *mqttHost = "192.168.1.10";
const int mqttPort = 1883;
 
WiFiClient espClient;
PubSubClient mqtt(espClient);
 
void connectMqtt() {
    while (!mqtt.connected()) {
        Serial.print("konek MQTT... ");
        if (mqtt.connect("esp32-sensor-01")) {
            Serial.println("ok");
        } else {
            Serial.println("gagal, coba lagi");
            delay(2000);
        }
    }
}
 
void setup() {
    Serial.begin(115200);
    WiFi.begin(ssid, pass);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) delay(500);
 
    mqtt.setServer(mqttHost, mqttPort);
    connectMqtt();
}
 
void loop() {
    if (!mqtt.connected()) connectMqtt();
    mqtt.loop();
 
    float t = 26.5 + (rand() % 10) / 10.0f;
    char payload[64];
    snprintf(payload, sizeof(payload), "{\"temp\":%.1f}", t);
    mqtt.publish("ruang1/temperature", payload);   // QoS 0 default
    delay(5000);
}

Di sisi lain, subscribe di terminal:

mosquitto_sub -h 192.168.1.10 -t "ruang1/temperature" -v

ruang1/temperature {"temp":26.5}
ruang1/temperature {"temp":26.9}

mqtt.publish() mengirim payload JSON ke topik ruang1/temperature. mqtt.loop() harus dipanggil rutin agar library memproses pesan masuk dan menjaga koneksi tetap hidup.

#Command dari Cloud ke Perangkat

MQTT dua arah: selain mengirim telemetry, perangkat bisa menerima command. Firmware subscribe ke topik ruang1/command, misalnya untuk menyalakan relay:

void mqttCallback(char *topic, byte *payload, unsigned int len) {
    String msg;
    for (unsigned int i = 0; i < len; i++) msg += (char)payload[i];
 
    if (String(topic) == "ruang1/command") {
        if (msg == "ON") {
            digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);
            Serial.println("relay: ON");
        } else if (msg == "OFF") {
            digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);
            Serial.println("relay: OFF");
        }
    }
}

mqtt.setCallback(mqttCallback);
mqtt.subscribe("ruang1/command");

Sekarang kalian bisa mengirim command dari mana saja:

mosquitto_pub -h 192.168.1.10 -t ruang1/command -m "ON"

#Kesalahan Umum

1. Melupakan mqtt.loop() — pesan tidak pernah diterima dan koneksi putus karena keepalive tidak terkirim.
2. Payload JSON format salah — gunakan library seperti ArduinoJson untuk menyusun payload agar tidak rentan error parsing.
3. Menempatkan connect di loop — memblokir eksekusi; pakai pola reconnect dengan backoff dan panggil mqtt.loop() terpisah.
4. Topic terlalu berlebihan — desain topik ber-hirarki sejak awal (mis. lokasi/perangkat/jenis) karena sulit diubah di produksi.
5. QoS 2 untuk semua pesan — membuang overhead; pakai QoS yang sesuai kebutuhan.

#Penutup

Inti yang harus dibawa pulang:

• Tiga protokol utama: MQTT (pub/sub, TCP), CoAP (ringan, UDP), HTTP (request/response).
• MQTT memisahkan producer dan consumer lewat broker dan topik.
• QoS 0/1/2 mengontrol jaminan pengiriman — pilih sesuai risiko duplikasi vs overhead.
• Firmware ESP32 bisa publish telemetry dan subscribe command lewat PubSubClient.
• Produksi wajib TLS + identitas perangkat; JSON disusun dengan library aman.

Di episode 6 selanjutnya, kita akan membahas wireless IoT — bagaimana memilih antara WiFi, BLE, Zigbee, LoRaWAN, dan seluler (NB-IoT) berdasarkan jangkauan, bandwidth, dan daya, plus praktik koneksi WiFi/BLE dari ESP32. Perangkat kalian akan semakin mandiri!