MQTT 介绍

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MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输协议) 是一种基于发布/订阅模式的轻量级消息传输协议,专门针对低带宽不稳定网络环境的物联网应用而设计,可以用极少的代码为联网设备提供实时可靠的消息服务

介绍

  • 特点
    • 发布/订阅(publish/subscribe)模式
      • Topic
      • 提供一对多的消息发布,解除应用程序耦合
    • 轻量高效(MQTT 的最小报文仅为 2 个字节,比 HTTP 占用更少的网络开销),节省带宽
    • 可靠的消息传递
    • 海量连接支持
    • 在线状态感知
    • 使用TCP/IP提供网络连接,支持 TLS/SSL 安全双向通信
    • QoS(Quality of Service levels)
      • QoS 0 消息会发生丢失或重复
      • QoS 1 消息将至少传送一次给订阅者
      • QoS 2 保证消息仅传送到目的地一次,在发送方和接收方之间需要两个流
      • 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
          • 一般用于如: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
        • 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
    • 使用 Last WillTestament 特性通知有关各方客户端异常中断的机制
      • Last Will(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

  • MQTT 协议中有三种身份:
    • 发布者(Publish)
    • 代理(Broker),也称为 MQTT 服务器
    • 订阅者(Subscribe)
publish <-> MQTT Broker <-> multi Subscribe
  • 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
    • 客户端
      • 发布其他客户端可能会订阅的信息
      • 订阅其它客户端发布的消息
      • 退订或删除应用程序的消息
      • 断开与服务器连接
    • 服务器
      • 接受来自客户的网络连接
      • 接受客户发布的应用信息
      • 处理来自客户端的订阅和退订请求
      • 向订阅的客户转发应用程序消息
  • MQTT传输的消息分为:
    • 主题(Topic) 即消息的类型,订阅者订阅(Subscribe)后,就会收到该主题的消息内容(payload)
      • 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
      • 目的:消息路由,类似与 url,使用 / 分割层级,支持通配符
        • + 表示通配一个层级,例如 a/+ 匹配 a/xa/y
        • # 表示通配多个层级,例如 a/# 匹配 a/xa/b/c/d
chat/room/1
sensor/1/temperature
  • 负载(payload) 即消息的内容,是指订阅者接收的内容
  • 核心概念
    • 订阅包含 主题筛选器(Topic Filter)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
    • 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
    • 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
  • MQTT协议中的方法
    • Connect 等待与服务器建立连接,使用 Clean Session 标志设置会话
      • 0 表示创建一个持久会话,在客户端断开连接时,会话仍然保持并保存离线消息,直到会话超时注销
        • 保留消息(Retained Message) 会驻留在消息服务器,后来的订阅者订阅主题时仍可以接收该消息
      • 1 表示创建一个新的临时会话,在客户端断开时,会话自动销毁
    • Disconnect 等待MQTT客户端完成所做的工作,并与服务器断开TCP/IP会话
    • Subscribe 等待完成订阅
    • UnSubscribe 等待服务器取消客户端的一个或多个topics订阅
    • Publish MQTT客户端发送消息请求,发送完成后返回应用程序线程

客户端库

参考 https://github.com/mqtt/mqtt.org/wiki/libraries

参考

  1. https://www.iso.org/standard/69466.html
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_MQTT_implementations
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