MQTT-基于發(fā)布/訂閱模式的輕量級通信協(xié)議

作者：Reathin 2023-12-04 08:24:23

網(wǎng)絡(luò) 通信技術(shù)

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一種輕量級的、基于發(fā)布/訂閱模式的通信協(xié)議，常用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通信。

MQTT介紹

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一種輕量級的、基于發(fā)布/訂閱模式的通信協(xié)議，常用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通信。它具有以下特點：

簡單：MQTT協(xié)議設(shè)計簡潔，易于實現(xiàn)和部署。
輕量級：協(xié)議頭部信息小，適合在帶寬有限的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用。
發(fā)布/訂閱模式：支持發(fā)布者將消息發(fā)布到特定的主題，訂閱者可以選擇性地訂閱感興趣的主題，從而實現(xiàn)消息的分發(fā)和接收。
可靠性：支持三種服務(wù)質(zhì)量等級（QoS），包括最多一次、至少一次和恰好一次的消息傳遞保證。

MQTT協(xié)議的消息格式如下：

[

固定頭部可變頭部有效載荷固定長度可變長度長度可變

]

其中，固定頭部包含控制報文類型、標(biāo)志位和剩余長度字段；可變頭部包含協(xié)議名稱、協(xié)議版本、連接標(biāo)志位等信息；有效載荷包含實際的消息內(nèi)容。

MQTT協(xié)議適合在資源受限的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行可靠的通信。

應(yīng)用場景

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通信：MQTT可以用于連接和通信各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括傳感器、執(zhí)行器、嵌入式設(shè)備等，實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和控制。例如，傳感器節(jié)點可以通過MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端服務(wù)器，或者設(shè)備之間可以通過MQTT進(jìn)行實時通信。
遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制：MQTT可以用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制系統(tǒng)，例如遠(yuǎn)程監(jiān)控工廠設(shè)備、智能家居設(shè)備、農(nóng)業(yè)自動化系統(tǒng)等。
實時數(shù)據(jù)傳輸：MQTT支持發(fā)布/訂閱模式，可以用于實時傳輸數(shù)據(jù)，例如氣象數(shù)據(jù)、交通信息、股票行情等。
移動應(yīng)用通知：MQTT可以用于向移動應(yīng)用發(fā)送實時通知，例如社交媒體更新、新聞提醒、即時消息等。
資源受限的環(huán)境：由于MQTT協(xié)議的輕量級特性，它適合在資源受限的環(huán)境中使用，例如嵌入式系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)和低帶寬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

MQTT適用于需要輕量級、可靠、實時通信的各種物聯(lián)網(wǎng)和實時數(shù)據(jù)傳輸場景。

協(xié)議說明

MQTT控制報文格式

「固定報頭（Fixed Header）」：包含報文類型和標(biāo)志位。
「可變報頭（Variable Header）」：根據(jù)報文類型不同而不同，包含一些額外的信息。
「有效載荷（Payload）」：包含實際的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

MQTT數(shù)據(jù)包類型：

「CONNECT」：客戶端連接到服務(wù)器時發(fā)送的數(shù)據(jù)包類型。
「CONNACK」：服務(wù)器對客戶端連接請求的響應(yīng)數(shù)據(jù)包類型。
「PUBLISH」：用于發(fā)布消息的數(shù)據(jù)包類型。
「PUBACK」：對PUBLISH消息的確認(rèn)數(shù)據(jù)包類型。
「PUBREC、PUBREL、PUBCOMP」：用于發(fā)布消息的QoS級別2的數(shù)據(jù)包類型。
「SUBSCRIBE」：訂閱主題的數(shù)據(jù)包類型。
「SUBACK」：對訂閱請求的確認(rèn)數(shù)據(jù)包類型。
「UNSUBSCRIBE」：取消訂閱主題的數(shù)據(jù)包類型。
「UNSUBACK」：對取消訂閱請求的確認(rèn)數(shù)據(jù)包類型。
「PINGREQ、PINGRESP」：用于保持連接的數(shù)據(jù)包類型。
「DISCONNECT」：客戶端斷開連接時發(fā)送的數(shù)據(jù)包類型。

每種數(shù)據(jù)包類型都有特定的格式和用途，用于在MQTT協(xié)議中進(jìn)行通信和消息傳遞。

MQTT報文標(biāo)志位:

「保留位（Retain）」：指示服務(wù)器是否應(yīng)保留消息。
「QoS等級（QoS Level）」：指定消息傳遞的質(zhì)量。
「主題訂閱標(biāo)識（Topic Subscription Identifier）」：指示是否使用主題訂閱標(biāo)識符。

一個PUBLISH報文的格式如下：

| 固定報頭 | 可變報頭 | 有效載荷 |

其中，固定報頭包含報文類型和標(biāo)志位，可變報頭包含主題名和報文標(biāo)識符，有效載荷包含實際的消息內(nèi)容。

MQTT使用

導(dǎo)入依賴：

repositories {
    maven {
        url "https://repo.eclipse.org/content/repositories/paho-snapshots/"
    }
}


dependencies {
    compile 'org.eclipse.paho:org.eclipse.paho.client.mqttv3:1.1.0'
    compile 'org.eclipse.paho:org.eclipse.paho.android.service:1.1.1'
}

創(chuàng)建客戶端并發(fā)布消息（服務(wù)端需搭建MQTT服務(wù)）：

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttClient;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttException;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;

public class MqttJavaExample {
    public static void main(String[] args) {
        String broker = "tcp://iot.eclipse.org:1883";
        String clientId = "JavaExample";
        try {
            MqttClient client = new MqttClient(broker, clientId);
            MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();
            connOpts.setCleanSession(true);
            System.out.println("Connecting to broker: " + broker);
            client.connect(connOpts);
            System.out.println("Connected");
            String topic = "iot/topic";
            String content = "Hello, MQTT!";
            int qos = 2;
            MqttMessage message = new MqttMessage(content.getBytes());
            message.setQos(qos);
            System.out.println("Publishing message: " + content);
            client.publish(topic, message);
            System.out.println("Message published");
            client.disconnect();
            System.out.println("Disconnected");
            System.exit(0);
        } catch (MqttException me) {
            System.out.println("reason " + me.getReasonCode());
            System.out.println("msg " + me.getMessage());
            System.out.println("loc " + me.getLocalizedMessage());
            System.out.println("cause " + me.getCause());
            System.out.println("excep " + me);
            me.printStackTrace();
        }
    }
}

這是一個簡單的使用 Eclipse Paho MQTT Java 客戶端庫的例子。

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.*;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;

public class MqttClientExample {

    public static void main(String[] args) {
        String broker = "tcp://iot.eclipse.org:1883";
        String clientId = "JavaSample";
        MemoryPersistence persistence = new MemoryPersistence();

        try {
            MqttClient client = new MqttClient(broker, clientId, persistence);
            MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();
            connOpts.setCleanSession(true);

            System.out.println("Connecting to broker: " + broker);
            client.connect(connOpts);
            System.out.println("Connected");

            String topic = "iot/topic";
            int qos = 2;
            client.subscribe(topic, qos);
            System.out.println("Subscribed to topic: " + topic);

            String content = "Hello, MQTT!";
            MqttMessage message = new MqttMessage(content.getBytes());
            message.setQos(qos);
            client.publish(topic, message);
            System.out.println("Message published");

            client.disconnect();
            System.out.println("Disconnected");
            System.exit(0);
        } catch (MqttException me) {
            System.out.println("reason " + me.getReasonCode());
            System.out.println("msg " + me.getMessage());
            System.out.println("loc " + me.getLocalizedMessage());
            System.out.println("cause " + me.getCause());
            System.out.println("excep " + me);
            me.printStackTrace();
        }
    }
}

這是一個簡單的使用 Eclipse Paho MQTT Java 客戶端的示例。在這個示例中，我們創(chuàng)建了一個 MQTT 客戶端并連接到指定的 MQTT 代理，然后訂閱了一個主題并發(fā)布了一條消息。

MQTT優(yōu)缺點

優(yōu)點

「輕量級協(xié)議」：MQTT是一種輕量級的發(fā)布/訂閱消息傳輸協(xié)議，適用于受限的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和設(shè)備。
「低帶寬消耗」：由于其精簡的協(xié)議頭和二進(jìn)制消息格式，MQTT在傳輸過程中消耗的帶寬較低。
「可靠性」：MQTT支持三種級別的服務(wù)質(zhì)量（QoS），可以根據(jù)需求選擇適當(dāng)?shù)募墑e來確保消息的可靠傳輸。
「靈活性」：MQTT支持多種場景下的消息傳輸，包括設(shè)備與云端的通信、移動應(yīng)用通知推送等。
「易于集成」：MQTT協(xié)議已經(jīng)得到廣泛支持，有許多開源的客戶端和服務(wù)器實現(xiàn)，易于集成到各種應(yīng)用中。

缺點

「安全性」：MQTT本身并不提供加密功能，需要通過TLS/SSL等方式來確保通信的安全性。
「復(fù)雜性」：在一些特定場景下，如需要實現(xiàn)高級的消息隊列功能或者大規(guī)模部署時，可能需要復(fù)雜的配置和管理。
「不適用于大數(shù)據(jù)傳輸」：由于其輕量級的特性，MQTT并不適合用于大規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸，適合傳輸小型的控制信息和傳感器數(shù)據(jù)。
「需要穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接」：由于其基于TCP的特性，MQTT需要穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接來保證消息的可靠傳輸，不適合在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的環(huán)境中使用。

責(zé)任編輯：武曉燕來源：沐雨花飛蝶

通信協(xié)議