MQTT协议的认识与应用

MQTT协议的认识与应用

一、什么是MQTT协议

MQTT(消息队列遥测传输)是ISO 标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在 TCP/IP协议族上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议，为此，它需要一个消息中间件。

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。

二、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

（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。

（2）对负载内容屏蔽的消息传输。

（3）使用TCP/IP提供网络连接。

（4）有三种消息发布服务质量（Qos）：

“至多一次（Qos=0）”，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（Qos=1）”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。

“只有一次（Qos=2）”，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。

最常用的Qos为Qos0

（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。

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 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。

三、Qos的进阶分析

Qos可以设置在服务端（Publisher）与客户端（Subscriber），所以他们会有多种排列组合

P(QOS0)、S(QOS0)
P(QOS0)、S(QOS1)
P(QOS0)、S(QOS2)

P(QOS1)、S(QOS0)
P(QOS1)、S(QOS1)
P(QOS1)、S(QOS2)

P(QOS2)、S(QOS0)
P(QOS2)、S(QOS1)
P(QOS2)、S(QOS2)

这些都是理论上的组合，但是EMQ的服务端认为订阅端的QOS等级要基于发布端的QOS等级，所以实际的组合为：

P(QOS0)、S(QOS0)
P(QOS1)、S(QOS0)
P(QOS1)、S(QOS1)
P(QOS2)、S(QOS0)
P(QOS2)、S(QOS1)
P(QOS2)、S(QOS2)

可以参考这篇文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/80203905

四、主题通配符

单层通配符（+）：单层通配符只能匹配一层主题。比如： aaa/+ 可以匹配 aaa/bbb ，但是不能匹配aaa/bbb/ccc。单独的+号可以匹配单层的所有推送、

多层通配符（#）：多层通配符可以匹配于多层主题。比如: aaa/# 不但可以匹配aaa/bbb，还可以匹配aaa/bbb/ccc/ddd。也就是说，多层通配符可以匹配符合通配符之前主题层级的所有子集主题。单独的#匹配所有的消息主题.

注：单层与多层通配符只能用于订阅，而不能用于发布

疑惑：当订阅端遗嘱的主题使用了通配符，会报错

五、MQTT服务器搭建

这次的服务器使用EMQX作为MQTT协议的服务器，EMQ X 基于 Erlang/OTP 平台开发的 MQTT 消息服务器，是开源社区中最流行的 MQTT 消息服务器，支持丰富的物联网协议，包括 MQTT、LwM2M、MQTT-SN、CoAP、 LoRaWAN、 HTTP 和 WebSocket 等。

我们下载开源版的EMQX版本，这里我放到了我的个人服务器上，版本为Centos8.0

下载链接：https://www.emqx.io/downloads#broker

下载zip，然后放到服务器进行解压