強(qiáng)大的MQTT! 關(guān)于它你應(yīng)該知道什么

作為物聯(lián)網(wǎng)世界玩家，我們知道你想通過(guò)設(shè)備快速傳遞信息。你希望一直保持更新，從而獲得最新的實(shí)時(shí)信息。然而，我們也知道要找到合適的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)此愿望是十分困難的。幸運(yùn)的是，MQTT或許對(duì)你有所幫助。

MQTT指消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸，是物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M，machine-to-machine)連接協(xié)議。MQTT是一個(gè)輕量級(jí)的發(fā)布和訂閱協(xié)議，通過(guò)它可以在低帶寬環(huán)境中發(fā)送和接收機(jī)器對(duì)機(jī)器的遙測(cè)消息。例如，通過(guò)衛(wèi)星鏈路與broker溝通或在家庭自動(dòng)化和一些小型設(shè)備場(chǎng)景中，MQTT是非常適用的。因?yàn)樗w積小，功耗低，數(shù)據(jù)包最小化，并能有效地將信息分發(fā)到一個(gè)或多個(gè)接收者，因此MQTT也是移動(dòng)應(yīng)用的理想選擇。

MQTT最初由Andy Stanford-Clark(IBM)和Arlen Nipper(Arcom)于1999年設(shè)計(jì)，用于通過(guò)衛(wèi)星連接石油管道遙測(cè)系統(tǒng)。盡管MQTT是在很久之前創(chuàng)建的，目的僅在特定場(chǎng)景下進(jìn)行有限使用，但它正在迅速成為物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)的主要協(xié)議之一，其中包含了大量的應(yīng)用程序。它一開(kāi)始只是一個(gè)專有協(xié)議，但這些年來(lái)對(duì)它的需求日益增大，因此它在2010年發(fā)布了免稅版，并在2014年成為OASIS標(biāo)準(zhǔn)。

自從其標(biāo)準(zhǔn)化以來(lái)，該協(xié)議一直很容易適應(yīng)各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、平臺(tái)和操作系統(tǒng)。Microsoft、Azure等企業(yè)云平臺(tái)通過(guò)MQTT公開(kāi)其IoT PaaS，而那些沒(méi)有使用MQTT的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)者都無(wú)法取得更進(jìn)一步的突破。

不同的 MQTT 版本

• MQTT v3.1.0 - 最初的版本，設(shè)計(jì)于1999年，為TCP/IP網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建。
• MQTT v3.1.1 - 目前開(kāi)發(fā)者最常使用的版本，與v3.1.0版本差別極小。
• MQTT v5 - 這是該協(xié)議的最新版本(2018年1月)，從1.6版開(kāi)始，Mosquito broker除了支持MQTT v3.1.1之外還支持MQTT v6，因此你可以繼續(xù)通過(guò)舊的客戶端使用最新的 broker。
• MQTT-SN – 在2013年左右指定，旨在通過(guò)UDP、ZigBee和其他傳輸協(xié)議工作。MQTT-SN目前還不是很流行，且該規(guī)范幾年來(lái)沒(méi)有改變。隨著物聯(lián)網(wǎng)的部署開(kāi)始大大增加，這種情況可能會(huì)改變。

MQTT功能的基本概念與定義

首先是發(fā)布和訂閱機(jī)制。在一個(gè)發(fā)布和訂閱系統(tǒng)中，一個(gè)設(shè)備可以在一個(gè)主題上發(fā)布消息，或者它可以訂閱一個(gè)特定的主題來(lái)接收消息。當(dāng)有更新時(shí)，消息會(huì)自動(dòng)推送給相應(yīng)主題的訂閱者。

Messages是在設(shè)備之間交換的信息，是一個(gè)命令或一組數(shù)據(jù)。

另一個(gè)重要的概念是topics。它是為傳入信息注冊(cè)感興趣的方式，或者指定要在何處發(fā)布消息的方式。

主題用字符串表示，用正斜杠隔開(kāi)。每一個(gè)正斜杠表示一個(gè)主題級(jí)別。

MQTT clients就是我們所說(shuō)的訂閱了一個(gè)或多個(gè)主題的設(shè)備(如果沒(méi)有選擇一個(gè)特定的主題，將會(huì)看到它們?nèi)?。當(dāng)其他客戶端在這些主題中發(fā)布東西時(shí)，它們要以信息的形式接收數(shù)據(jù)包。對(duì)于MQTT 3.1.1版本，Eclipse Paho項(xiàng)目提供了幾乎所有編程語(yǔ)言和主要操作系統(tǒng)Linux、Windows、Mac的客戶端軟件。

MQTT client的對(duì)應(yīng)部MQTT broker。Broker是任何發(fā)布和訂閱協(xié)議的核心。根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)方式，一個(gè)broker可以處理多達(dá)數(shù)千個(gè)同時(shí)連接的MQTT client。Broker負(fù)責(zé)接收和過(guò)濾所有信息，確定每條信息的訂閱者，并將信息發(fā)送給這些訂閱的客戶端。Broker還持有所有持續(xù)存在的客戶端的會(huì)話，包括訂閱和錯(cuò)過(guò)的消息。

MQTT Security 是指其支持各種認(rèn)證和數(shù)據(jù)安全機(jī)制的能力。需要注意的是，這些安全機(jī)制是在MQTT broker上配置的，而客戶端則要遵守現(xiàn)有的機(jī)制。

MQTT使用發(fā)布和訂閱模式，將有關(guān)各方相互連接起來(lái)。它通過(guò)將該模式與接收和訂閱模式解耦來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。發(fā)布者向一個(gè)中心主題發(fā)送消息，該主題有多個(gè)訂閱者等待接收消息。發(fā)布者和訂閱者是自主的，這意味著他們不需要知道對(duì)方的存在。

MQTT協(xié)議的小缺點(diǎn)

• MQTT不是RESTful，所以它沒(méi)有利用現(xiàn)有協(xié)議的優(yōu)勢(shì)。
• MQTT工作在靈活的主題訂閱上，所以它沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)定的資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制。
• MQTT 是不加密的，需要使用TLS/SSL來(lái)保證安全。

盡管有缺點(diǎn)，MQTT仍然是物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中最受歡迎的協(xié)議之一，因?yàn)槭褂盟暮锰庍h(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了缺點(diǎn)。例如，RAKwireless通過(guò)使用內(nèi)置的MQTT橋接器增強(qiáng)了他們的LoRaWAN網(wǎng)關(guān)的能力。商業(yè)網(wǎng)關(guān)，如RAK7249和RAK7258具有帶有MQTT橋接器的嵌入式LoRa網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用服務(wù)器。

這將Semtech Packet-forwarder UDP協(xié)議抽象為MQTT上的JSON，直接安全地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用程序。這正在成為其他制造商的一種做法，并不限于LoRaWAN，也包括其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

MQTT一些獨(dú)特的功能

• 這是一個(gè)輕量級(jí)協(xié)議。它在快速數(shù)據(jù)傳輸方面最終是高效的。此外，使用MQTT可以減少系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。
• 小尺寸的數(shù)據(jù)包最大限度地減少了開(kāi)銷并降低了流量。
• 這是一個(gè)非常節(jié)能的機(jī)制。這使得它非常適合使用LoRaWAN的項(xiàng)目，因?yàn)樗梢怨?jié)省電池壽命，而電池是很多LoRa-end節(jié)點(diǎn)的主要電源。
• 它是實(shí)時(shí)的，所以它是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的理想選擇。
• 它是開(kāi)源的，除了容易實(shí)現(xiàn)和配置外，還可以免費(fèi)使用。同樣，在RAKwireless商業(yè)網(wǎng)關(guān)系列中設(shè)置你的MQTT橋接器是快速而簡(jiǎn)單的。如果想在LoRaWAN網(wǎng)關(guān)中獲得一個(gè)好的實(shí)現(xiàn)示例，可以參考本文檔了解如何做到這一點(diǎn)。

最后，MQTT有很多優(yōu)勢(shì)，因此我們相信，在未來(lái)的幾年里，通過(guò)更多自然的采用和改進(jìn)它會(huì)變得更加主流。