MQTT(1):MQTT协议介绍

news2024/12/25 11:03:38

随着 5G 时代的来临,万物物联的伟大构想正在成为现实。联网的物联网设备在 2018 年已经达到了 70 亿,在未来两年,仅智能水电气表就将超过10亿

海量的设备接入和设备管理对网络带宽、通信协议以及平台服务架构都带来了很大挑战。对于物联网协议来说,必须针对性地解决物联网设备通信的几个关键问题:其网络环境复杂而不可靠、其内存和闪存容量小、其处理器能力有限。

MQTT 是基于 Publish/Subscribe 模式的物联网通信协议,凭借简单易实现、支持 QoS、报文小等特点,占据了物联网协议的半壁江山:

mqtt官网:http://mqtt.org/

mqtt中文网:http://mqtt.p2hp.com/

1 MQTT简介

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输协议),是一种基于发布/订阅(publish/subscribe)模式的"轻量级"通讯协议,该协议构建于TCP/IP协议上,由IBM在1999年发布。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。

 

2 MQTT协议设计规范

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:

(1)精简,不添加可有可无的功能;

(2)发布/订阅(Pub/Sub)模式,方便消息在传感器之间传递,解耦Client/Server模式,带来的好处在于不必预先知道对方的存在(ip/port),不必同时运行;

(3)允许用户动态创建主题(不需要预先创建主题),零运维成本;

(4)把传输量降到最低以提高传输效率;

(5)把低带宽、高延迟、不稳定的网络等因素考虑在内;

(6)支持连续的会话保持和控制(心跳);

(7)理解客户端计算能力可能很低;

(8)提供服务质量( quality of service level:QoS)管理;

(9)不强求传输数据的类型与格式,保持灵活性(指的是应用层业务数据)。

3 MQTT协议主要特性

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)开放消息协议,简单易实现。

(2)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。

(3)对负载(协议携带的应用数据)内容屏蔽的消息传输。

(4)基于TCP/IP网络连接,提供有序,无损,双向连接。

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。

(5)消息服务质量(QoS)支持,可靠传输保证;有三种消息发布服务质量:

  • QoS0:"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。
  • QoS1:"至少一次",确保消息到达,但消息重复可能会发生。
  • QoS2:"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。

(6)1字节固定报头,2字节心跳报文,最小化传输开销和协议交换,有效减少网络流量。

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。

(7)在线状态感知:使用Last Will和Testament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。

4 MQTT协议应用领域

MQTT协议广泛应用于物联网、移动互联网、智能硬件、车联网、电力能源等领域。

  • 物联网M2M通信,物联网大数据采集
  • Android消息推送,WEB消息推送
  • 移动即时消息,例如Facebook Messenger
  • 智能硬件、智能家具、智能电器
  • 车联网通信,电动车站桩采集
  • 智慧城市、远程医疗、远程教育
  • 电力、石油与能源等行业市场

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