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强大的MQTT,关于它你应该知道什么

09/24 12:40 作者:瑞科慧联(RAK)
阅读需 8 分钟
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作为物联网世界玩家,我们知道你想通过设备快速传递信息。你希望一直保持更新,从而获得最新的实时信息。然而,我们也知道要找到合适的技术来实现此愿望是十分困难的。幸运的是,MQTT或许对你有所帮助。

MQTT指消息队列遥测传输,是物联网的机器对机器(M2M,machine-to-machine)连接协议。MQTT是一个轻量级的发布和订阅协议,通过它可以在低带宽环境中发送和接收机器对机器的遥测消息。例如,通过卫星链路与broker沟通或在家庭自动化和一些小型设备场景中,MQTT是非常适用的。因为它体积小,功耗低,数据包最小化,并能有效地将信息分发到一个或多个接收者,因此MQTT也是移动应用的理想选择。

MQTT最初由Andy Stanford-Clark(IBM)和Arlen Nipper(Arcom)于1999年设计,用于通过卫星连接石油管道遥测系统。尽管MQTT是在很久之前创建的,目的仅在特定场景下进行有限使用,但它正在迅速成为物联网(Internet of Things)的主要协议之一,其中包含了大量的应用程序。它一开始只是一个专有协议,但这些年来对它的需求日益增大,因此它在2010年发布了免税版,并在2014年成为OASIS标准。

自从其标准化以来,该协议一直很容易适应各种物联网设备、平台和操作系统。Microsoft、Azure等企业云平台通过MQTT公开其IoT PaaS,而那些没有使用MQTT的物联网应用开发者都无法取得更进一步的突破。

不同的 MQTT 版本

  • MQTT v3.1.0 - 最初的版本,设计于1999年,为TCP/IP网络创建。
  • MQTT v3.1.1 - 目前开发者最常使用的版本,与v3.1.0版本差别极小。
  • MQTT v5 - 这是该协议的最新版本(2018年1月),从1.6版开始,Mosquito broker除了支持MQTT v3.1.1之外还支持MQTT v6,因此你可以继续通过旧的客户端使用最新的 broker。
  • MQTT-SN – 在2013年左右指定,旨在通过UDP、ZigBee和其他传输协议工作。MQTT-SN目前还不是很流行,且该规范几年来没有改变。随着物联网的部署开始大大增加,这种情况可能会改变。

MQTT功能的基本概念与定义

首先是发布和订阅机制。在一个发布和订阅系统中,一个设备可以在一个主题上发布消息,或者它可以订阅一个特定的主题来接收消息。当有更新时,消息会自动推送给相应主题的订阅者。


Figure 2: MQTT流量

Messages是在设备之间交换的信息,是一个命令或一组数据。

另一个重要的概念是topics。它是为传入信息注册感兴趣的方式,或者指定要在何处发布消息的方式。

主题用字符串表示,用正斜杠隔开。每一个正斜杠表示一个主题级别。

MQTT clients就是我们所说的订阅了一个或多个主题的设备(如果没有选择一个特定的主题,将会看到它们全部)。当其他客户端在这些主题中发布东西时,它们要以信息的形式接收数据包。对于MQTT 3.1.1版本,Eclipse Paho项目提供了几乎所有编程语言和主要操作系统Linux、Windows、Mac的客户端软件。

MQTT client的对应部MQTT broker。Broker是任何发布和订阅协议的核心。根据不同的实现方式,一个broker可以处理多达数千个同时连接的MQTT client。Broker负责接收和过滤所有信息,确定每条信息的订阅者,并将信息发送给这些订阅的客户端。Broker还持有所有持续存在的客户端的会话,包括订阅和错过的消息。

MQTT Security 是指其支持各种认证和数据安全机制的能力。需要注意的是,这些安全机制是在MQTT broker上配置的,而客户端则要遵守现有的机制。

MQTT使用发布和订阅模式,将有关各方相互连接起来。它通过将该模式与接收和订阅模式解耦来实现这一点。发布者向一个中心主题发送消息,该主题有多个订阅者等待接收消息。发布者和订阅者是自主的,这意味着他们不需要知道对方的存在。

MQTT协议的小缺点

  • MQTT不是RESTful,所以它没有利用现有协议的优势。
  • MQTT工作在灵活的主题订阅上,所以它没有一个稳定的资源发现机制。
  • MQTT 是不加密的,需要使用TLS/SSL来保证安全。
     

尽管有缺点,MQTT仍然是物联网项目中最受欢迎的协议之一,因为使用它的好处远远超过了缺点。例如,RAKwireless通过使用内置的MQTT桥接器增强了他们的LoRaWAN网关的能力。商业网关,如RAK7249和RAK7258具有带有MQTT桥接器的嵌入式LoRa网络和应用服务器

这将Semtech Packet-forwarder UDP协议抽象为MQTT上的JSON,直接安全地将数据传输到应用程序。这正在成为其他制造商的一种做法,并不限于LoRaWAN,也包括其他物联网技术。

MQTT一些独特的功能

  • 这是一个轻量级协议。它在快速数据传输方面最终是高效的。此外,使用MQTT可以减少系统的计算负担。
  • 小尺寸的数据包最大限度地减少了开销并降低了流量。
  • 这是一个非常节能的机制。这使得它非常适合使用LoRaWAN的项目,因为它可以节省电池寿命,而电池是很多LoRa-end节点的主要电源。
  • 它是实时的,所以它是物联网应用的理想选择。
  • 它是开源的,除了容易实现和配置外,还可以免费使用。同样,在RAKwireless商业网关系列中设置你的MQTT桥接器是快速而简单的。如果想在LoRaWAN网关中获得一个好的实现示例,可以参考本文档了解如何做到这一点。
     

最后,MQTT有很多优势,因此我们相信,在未来的几年里,通过更多自然的采用和改进它会变得更加主流。

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