微信扫一扫 分享朋友圈

已有 451 人浏览分享

开启左侧

MQTT协议介绍

[复制链接]
451 0
mqtt协议
    1 MQTT协议特点
        发布和订阅
        QoS(Quality of Service levels)

    2 MQTT 数据包结构
        2.1 MQTT固定头
        2.2 MQTT可变头 / Variable header
        2.3 Payload消息体

    3 环境搭建
        3.1 MQTT服务器搭建
        3.2 MQTT Client

    4 总结
mqtt协议
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,用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。
作为一种低开销、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。

1 MQTT协议特点
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TCP/IP网络,如:ZigBee。
MQTT 与 HTTP 一样,MQTT 运行在传输控制协议/互联网协议 (TCP/IP) 堆栈之上。
image.png
MQTT OSI
发布和订阅
MQTT使用的发布/订阅消息模式,它提供了一对多的消息分发机制,从而实现与应用程序的解耦。
这是一种消息传递模式,消息不是直接从发送器发送到接收器(即点对点),而是由MQTT server(或称为 MQTT Broker)分发的。
image.png

MQTT 服务器是发布-订阅架构的核心。
它可以非常简单地在Raspberry Pi或NAS等单板计算机上实现,当然也可以在大型机或 Internet 服务器上实现。
服务器分发消息,因此必须是发布者,但绝不是订阅者!
客户端可以发布消息(发送方)、订阅消息(接收方)或两者兼而有之。
客户端(也称为节点)是一种智能设备,如微控制器或具有 TCP/IP 堆栈和实现 MQTT 协议的软件的计算机。
消息在允许过滤的主题下发布。主题是分层划分的 UTF-8 字符串。不同的主题级别用斜杠/作为分隔符号。

我们来看看下面的设置。
    光伏发电站是发布者(Publisher)。
    主要主题(Topic)级别是"MQTT协议介绍2229 作者:huawuq 帖子ID:588 协议,介绍V",这个工厂发布两个子级别"sunshine"和"data";
    "MQTT协议介绍5976 作者:huawuq 帖子ID:588 协议,介绍V/sunshine"是一个布尔值(true/false,也可以是 1/0),充电站需要它来知道是否应该装载电动汽车(仅在阳光普照时 MQTT协议介绍2310 作者:huawuq 帖子ID:588 协议,介绍)。
    充电站(EVSE)是订阅者,订阅"MQTT协议介绍2868 作者:huawuq 帖子ID:588 协议,介绍V/sunshine"从服务器获取信息。
    "MQTT协议介绍1099 作者:huawuq 帖子ID:588 协议,介绍V/data" 另一方面,以 kW 为单位传输工厂产生的瞬时功率,并且该主题可以例如通过计算机或平板电脑订阅,以生成一天内传输功率的图表。

这就是一个简单的MQTT的应用场景,具体如下图所示;

image.png
MQTT 发布和订阅
QoS(Quality of Service levels)
服务质量是 MQTT 的一个重要特性。当我们使用 TCP/IP 时,连接已经在一定程度上受到保护。但是在无线网络中,中断和干扰很频繁,MQTT 在这里帮助避免信息丢失及其服务质量水平。这些级别在发布时使用。如果客户端发布到 MQTT 服务器,则客户端将是发送者,MQTT 服务器将是接收者。当MQTT服务器向客户端发布消息时,服务器是发送者,客户端是接收者。
QoS  0
这一级别会发生消息丢失或重复,消息发布依赖于底层TCP/IP网络。即:<=1

image.png
QoS  1
QoS 1 承诺消息将至少传送一次给订阅者。

image.png
QoS  2
使用 QoS 2,我们保证消息仅传送到目的地一次。为此,带有唯一消息 ID 的消息会存储两次,首先来自发送者,然后是接收者。QoS 级别 2 在网络中具有最高的开销,因为在发送方和接收方之间需要两个流。

image.png
2 MQTT 数据包结构
    固定头(Fixed header),存在于所有MQTT数据包中,表示数据包类型及数据包的分组类标识;
    可变头(Variable header),存在于部分MQTT数据包中,数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容;
    消息体(Payload),存在于部分MQTT数据包中,表示客户端收到的具体内容;

整体MQTT的消息格式如下图所示;

image.png
2.1 MQTT固定头
固定头存在于所有MQTT数据包中,其结构如下:

image.png
下面简单分析一下固定头的消息格式;
MQTT消息类型 / message type
**位置:**byte 1, bits 7-4。
4位的无符号值,类型如下:
image.png

标识位 / DUP
**位置:**byte 1, bits 3-0。
在不使用标识位的消息类型中,标识位被作为保留位。如果收到无效的标志时,接收端必须关闭网络连接:

image.png
  DUP:发布消息的副本。用来在保证消息的可靠传输,如果设置为 1,则在下面的变长中增加MessageId,并且需要回复确认,以保证消息传输完成,但不能用于检测消息重复发送。
    QoS发布消息的服务质量(前面已经做过介绍),即:保证消息传递的次数
        00:最多一次,即:<=1
        01:至少一次,即:>=1
        10:一次,即:=1
        11:预留
    RETAIN:发布保留标识,表示服务器要保留这次推送的信息,如果有新的订阅者出现,就把这消息推送给它,如果设有那么推送至当前订阅者后释放。

剩余长度(Remaining Length)
位置:byte 1。
固定头的第二字节用来保存变长头部和消息体的总大小的,但不是直接保存的。这一字节是可以扩展,其保存机制,前7位用于保存长度,后一部用做标识。当最后一位为 1时,表示长度不足,需要使用二个字节继续保存。例如:计算出后面的大小为0
2.2 MQTT可变头 / Variable header
MQTT数据包中包含一个可变头,它驻位于固定的头和负载之间。可变头的内容因数据包类型而不同,较常的应用是做为包的标识:

image.png
  很多类型数据包中都包括一个2字节的数据包标识字段,这些类型的包有:
PUBLISH (QoS > 0)、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、
SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK
2.3 Payload消息体
Payload消息体是MQTT数据包的第三部分,CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四种类型的消息 有消息体:
    CONNECT,消息体内容主要是:客户端的ClientID、订阅的Topic、Message以及用户名和密码
    SUBSCRIBE,消息体内容是一系列的要订阅的主题以及QoS。
    SUBACK,消息体内容是服务器对于SUBSCRIBE所申请的主题及QoS进行确认和回复。
    UNSUBSCRIBE,消息体内容是要订阅的主题。

3 环境搭建
介绍完基础理论部分,下面在Windows平台上搭建一个简单的MQTT应用,进行简单的应用,整体架构如下图所示;

image.png
3.1 MQTT服务器搭建
目前MQTT代理的主流平台有下面几个:
    Mosquitto:https://mosquitto.org/
    VerneMQ:https://vernemq.com/
    EMQTT:http://emqtt.io/

image.png
下载页面
安装成功之后,进入到安装路径下,找到mosquitto.exe;

image.png
image.png
按住Shift,右键鼠标点击空白处,然后打开Powershell,正常打开一个终端软件即可;
    输入./mosquitto.exe -h 可以查看相应的帮助;
    输入./mosquitto.exe -p 10086,就开启了MQTT服务,监听的地址是127.0.0.1,端口是10086;
具体如下图所示;

image.png
3.2 MQTT Client
服务器搭建好了,下面就是开启客户端,进行发布和订阅,这样就可以传输相应的消息。
这里我使用的是自己编译了一个QT mqtt client 程序,是基于Qt的官方库进行编译的,下面打开这个软件,下一期简单介绍一下如何完成这个客户端,并设置好相应参数:
    地址:127.0.0.1
    端口:10086
然后订阅主题,就可以互相发送数据了,具体如下图所示;

image.png
image.png


免责声明:
1,海欣资源网所发布的资源由网友上传和分享,不保证信息的正确性和完整性,且不对因信息的不正确或遗漏导致的任何损失或损害承担责任。
2,海欣资源网的资源来源于网友分享,仅限用于学习交流和测试研究目的,不得将上述内容用于商业或者非法用途,否则,一切后果请用户自负。
3,海欣资源网所发布的资源由网友上传和分享,版权争议与本站无关,您必须在下载后的24个小时之内,从您的电脑中彻底删除上述内容。
4,如果您喜欢,请支持正版,购买正版,得到更好的正版服务,如有侵权,请联系我们删除并予以真诚的道歉,联系方式邮箱 haixinst@qq.com
海欣资源-企业信息化分享平台。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

0

关注

2

粉丝

20

主题
热度排行
回复排行
最新贴子

Archiver|手机版|海欣资源 ( 湘ICP备2021008090号-1 )|网站地图

GMT+8, 2024-4-23 11:55 , Gzip On, MemCached On.

免责声明:本站所发布的资源和文章均来自网络,仅限用于学习交流和测试研究目的,不得将上述内容用于商业或者非法用途,否则,一切后果请用户自负。 本站信息来自网络,版权争议与本站无关,您必须在下载后的24个小时之内,从您的电脑中彻底删除上述内容。 如果您喜欢,请支持正版,购买正版,得到更好的正版服务,如有侵权,请联系我们删除并予以真诚的道歉。