1: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。做为一种低开销、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。

2:MQTT协议

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百TCP/IP网络,如:ZigBee。

MQTT协议技术文档:点此进入,当然也有PDF版的,百度一下,不过个人感觉不是官网上的字体和排版最舒服。

MQTT协议运行在TCP/IP或其他网络协议,提供有序、无损、双向连接。

3:MQTT特点

MQTT协议是为大量计算能力有限,且工作在低带宽、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:

3.1: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:

这一点很类似于XMPP,但是MQTT的信息冗余远小于XMPP(因为XMPP使用的是XML这种格式来传递数据,你懂的)。

3.2:对负载内容屏蔽的消息传输。

3.3:使用TCP/IP提供网络连接:

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。

3.4:有三种消息发布服务质量:

[0] “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。

[1] “至少一次”,确保消息到达,但消息重复可能会发生:

这一种方式比较鸡肋,在我的想象中没能想到这种质量的发送在常规的APP开发中有什么用处。

[2] “只有一次”,确保消息到达一次:

这一级别可用于如下情况,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。

3.5: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:

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。

3.6: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 。

4:MQTT协议原理

4.1:MQTT协议实现方式

MQTT协议简介及协议原理

实现MQTT协议需要:客户端和服务器端

MQTT协议中有三种身份:发布者(Publish)、代理(Broker)(服务器)、订阅者(Subscribe)。其中,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。

MQTT传输的消息分为:主题(Topic)和负载(payload)两部分

Topic,可以理解为消息的类型,订阅者订阅(Subscribe)后,就会收到该主题的消息内容(payload)

payload,可以理解为消息的内容,是指订阅者具体要使用的内容

4.2:网络传输与应用消息

    MQTT会构建底层网络传输:它将建立客户端到服务器的连接,提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。

当应用数据通过MQTT网络发送时,MQTT会把与之相关的服务质量(QoS)和主题名(Topic)相关连。

4.3:MQTT客户端

一个使用MQTT协议的应用程序或者设备,它总是建立到服务器的网络连接。客户端可以:

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

4.4:MQTT服务器

MQTT服务器以称为“消息代理”(Broker),可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅者之间,它可以:

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

4.5:MQTT协议中的订阅、主题、会话

订阅(Subscription)

订阅包含主题筛选器(Topic Filter)和最大服务质量(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。

主题名(Topic Name)

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。

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。

负载(Payload)

消息订阅者所具体接收的内容

4.6:MQTT协议中的方法

MQTT协议中定义了一些方法(也被称为动作), 来于表示对确定资源所进行操作。 这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据,这取决于服务器的实现。通常来说,资源指服务器上的文件或输出。

Connect,等待与服务器建立连接

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