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MQTT工业物联网消息传递协议介绍

发布时间:2019-09-10 10:33   类型:基础知识   人浏览

MQTT消息队列传输,在这几年物联网行业中已成为跨多个行业应用的主要物联网消息传输方式之一。现有大多数云服务或是云平台都提供MQTT 功能,越来越多的设备制造商、软件和服务正在实施基于MQTT 的产品.例如MQTT网关,MQTT路由器。

信息技术领域的阿里云、百度云、腾讯云、华为云等云服务提供商以及许多其它公司对MQTT 的采用,让大家认为MQTT 是针对云服务解决方案的,其料MQTT 的起源最初是由工业通信上。


MQTT的简介

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的,这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下,包括受限的环境中,如:机器与机器(M2M)通信和物联网(IoT)。其在,通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。

MQTT主要特性

MQTT协议工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议,它具有以下主要的几项特性:

1.使用发布/订阅消息模式,提供一对多的消息发布,解除应用程序耦合。这一点很类似于XMPP,但是MQTT的信息冗余远小于XMPP,,因为XMPP使用XML格式文本来传递数据。

2.对负载内容屏蔽的消息传输。

3.使用TCP/IP提供网络连接。主流的MQTT是基于TCP连接进行数据推送的,但是同样有基于UDP的版本,叫做MQTT-SN。这两种版本由于基于不同的连接方式,优缺点自然也就各有不同了。

4.有三种消息发布服务质量:

  • "至多一次",消息发布完全依赖底层TCP/IP网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况,环境传感器数 据,丢失一次读记录无所谓,因为不久后还会有第二次发送。这一种方式主要普通APP的推送,倘若你的智能设备在消息推 送时未联网,推送过去没收到,再次联网也就收不到了。
  • "至少一次",确保消息到达,但消息重复可能会发生。
  • "只有一次",确保消息到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中,可以使用此级别。在计费系统中,消息重复或丢 失会导致不正确的结果。这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的推送,确保用户收到且只会收到一次。

5.小型传输,开销很小(固定长度的头部是2字节),协议交换最小化,以降低网络流量。这就是为什么在介绍里说它非常适合"在物联网领域,传感器与服务器的通信,信息的收集",要知道嵌入式设备的运算能力和带宽都相对薄弱,使用这种协议来传递消息再适合不过了。

6.使用Last WillTestament特性通知有关各方客户端异常中断的机制。

Last Will:即遗言机制,用于通知同一主题下的其他设备发送遗言的设备已经断开了连接。

Testament:遗嘱机制,功能类似于Last Will。

MQTT协议实现方式

实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成,在通讯过程中,MQTT协议中有三种身份:发布者(Publish)、代理(Broker)(服务器)、订阅者(Subscribe)。其中,消息的发布者和订阅者都是客户端,消息代理是服务器,消息发布者可以同时是订阅者。

MQTT传输的消息分为:主题(Topic)和负载(payload)两部分:

(1)Topic,可以理解为消息的类型,订阅者订阅(Subscribe)后,就会收到该主题的消息内容(payload);

(2)payload,可以理解为消息的内容,是指订阅者具体要使用的内容。

网络传输与应用消息

MQTT会构建底层网络传输:它将建立客户端到服务器的连接,提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。

当应用数据通过MQTT网络发送时,MQTT会把与之相关的服务质量(QoS)和主题名(Topic)相关连。

MQTT客户端

一个使用MQTT协议的应用程序或者设备,它总是建立到服务器的网络连接。客户端可以:

(1)发布其他客户端可能会订阅的信息;

(2)订阅其它客户端发布的消息;

(3)退订或删除应用程序的消息;

(4)断开与服务器连接。

MQTT服务器

MQTT服务器以称为"消息代理"(Broker),可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅者之间,它可以:

(1)接受来自客户的网络连接;

(2)接受客户发布的应用信息;

(3)处理来自客户端的订阅和退订请求;

(4)向订阅的客户转发应用程序消息。

MQTT协议中的订阅、主题、会话

一、订阅(Subion)

订阅包含主题筛选器(Topic Filter)和最大服务质量(QoS)。订阅会与一个会话(Session)关联。一个会话可以包含多个订阅。每一个会话中的每个订阅都有一个不同的主题筛选器。

二、会话(Session)

每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话,客户端和服务器之间有状态交互。会话存在于一个网络之间,也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接。

三、主题名(Topic Name)

连接到一个应用程序消息的标签,该标签与服务器的订阅相匹配。服务器会将消息发送给订阅所匹配标签的每个客户端。

四、主题筛选器(Topic Filter)

一个对主题名通配符筛选器,在订阅表达式中使用,表示订阅所匹配到的多个主题。

五、负载(Payload)

消息订阅者所具体接收的内容。

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