一、前言
物联网是新一代信息技术的重要组成部分,也是”信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是:”Internet of things(IoT)”。顾名思义,物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思:
其一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;
其二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信,也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术,广泛应用于网络的融合中,也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。
而在物联网的应用上,对于信息传输,MQTT是一种再合适不过的协议工具了。
二、MQTT简介
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输协议),是 IBM 在1999年 开发的一个即时通讯协议,它是一种轻量级的、基于代理的” 发布/订阅“(publish/subscribe)模式的消息传输协议。
该协议构建于TCP/IP协议之上,MQTT最大优点在于, 可以以极少的代码和有限的带宽,为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议,使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。
MQTT最大优点在于, 用极少的代码和有限的带宽,为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。
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 具有协议简洁、小巧、可扩展性强、省流量、省电等优点,比较适合于在低带宽、不可靠的网络的进行远程传感器和控制设备通讯等,正在日益成为物联网通信协议的重要组成部分。
三、设计规范
由于物联网的环境是非常特别的,所以MQTT遵循以下设计原则:
四、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:
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。
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。
“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。
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。
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。
五、MQTT特性
MQTT协议当前版本为,2014年发布的MQTT v3.1.1。除标准版外,还有一个简化版MQTT-SN,该协议主要针对嵌入式设备,这些设备一般工作于TCP/IP网络,如:ZigBee。
MQTT 与 HTTP 一样,MQTT 运行在传输控制协议/互联网协议 (TCP/IP) 堆栈之上,提供有序、无损、双向连接。
其特点包括:
六、发布和订阅
MQTT使用的发布/订阅消息模式,它提供了一对多的消息分发机制,从而实现与应用程序的解耦。
这是一种消息传递模式, 消息不是直接从发送器发送到接收器(即点对点),而是由MQTT server(或称为 MQTT Broker)分发的。
MQTT 服务器是发布-订阅架构的核心。
它可以非常简单地在Raspberry Pi或NAS等单板计算机上实现,当然也可以在大型机或 Internet 服务器上实现。
服务器分发消息,因此必须是发布者,但绝不是订阅者!
客户端可以发布消息(发送方)、订阅消息(接收方)或两者兼而有之。
客户端(也称为节点)是一种智能设备,如微控制器或具有 TCP/IP 堆栈和实现 MQTT 协议的软件的计算机。
消息在允许过滤的主题下发布。主题是分层划分的 UTF-8 字符串。不同的主题级别用斜杠/作为分隔符号。
我们来看看下面的设置。
- 光伏发电站是发布者(Publisher)。
- 主要主题(Topic)级别是”PV”,这个工厂发布两个子级别”sunshine”和”data”;
- “PV/sunshine”是一个布尔值(true/false,也可以是 1/0),充电站需要它来知道是否应该装载电动汽车(仅在阳光普照时 :))。
- 充电站(EVSE)是订阅者,订阅”PV/sunshine”从服务器获取信息。
- “PV/data” 另一方面,以 kW 为单位传输工厂产生的瞬时功率,并且该主题可以例如通过计算机或平板电脑订阅,以生成一天内传输功率的图表。
这就是一个简单的MQTT的应用场景,具体如下图所示;
七、服务质量QoS(Quality of Service levels)
服务质量是 MQTT 的一个重要特性。当我们使用 TCP/IP 时,连接已经在一定程度上受到保护。但是在无线网络中,中断和干扰很频繁,MQTT 在这里帮助避免信息丢失及其服务质量水平。这些级别在发布时使用。如果客户端发布到 MQTT 服务器,则客户端将是发送者,MQTT 服务器将是接收者。当MQTT服务器向客户端发布消息时,服务器是发送者,客户端是接收者。
这一级别会发生消息丢失或重复,消息发布依赖于底层TCP/IP网络。即:
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Author: 格物致知_Tony
Title: 01第一章:【1】_MQTT简介
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