MQTT协议

作者: Mr_不靠谱_先森 | 来源:发表于2016-12-15 17:12 被阅读322次

            最近项目需要做到网络环境复杂 网络环境差的情况下 实时刷新终端(净化器)状态,客户端数据,相比较于http 定时刷新,以及tcp 协议的一些优缺点,最终使用mqtt 最适合当前项目业务逻辑,学习了一些资料,总结一下。

    MQTT 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。

    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百TCP/IP网络,如:ZigBee。

    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。其特点包括:

    1、使用的发布/订阅消息模式,它提供了一对多消息分发,以实现与应用程序的解耦。

    2、对负载内容屏蔽的消息传输机制。

    3、对传输消息有三种服务质量(QoS):

    最多一次,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

    至多一次,这一级别会确保消息到达,但消息可能会重复。即:>=1

    只有一次,确保消息只有一次到达。即:=1。在一些要求比较严格的计费系统中,可以使用此级别

    4、数据传输和协议交换的最小化(协议头部只有2字节),以减少网络流量

    5、通知机制,异常中断时通知传输双方

    消息模型

    MQTT是一种基于代理的发布/订阅的消息协议。提供一对多的消息分发,解除应用程序耦合。一个发布者可以对应多个订阅者,当发布者发生变化的时候,他可以将消息一一通知给所有的订阅者。这种模式提供了更大的网络扩展性和更动态的网络拓扑。

    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

    消息质量

    MQTT提供三种质量的服务:

    至多一次,可能会出现丢包的现象。使用在对实时性要求不高的情况。这一级别可应用于如下情景,如环境传感器数据,丢失一次读记录无所谓,因为很快下一次读记录就会产生。

    至少一次,保证包会到达目的地,但是可能出现重包。

    正好一次,保证包会到达目的地,且不会出现重包的现象。这一级别可用于如计费系统等场景,在计费系统中,消息丢失或重复可能会导致生成错误的费用。

    主题名称

    主题名称(Topic name)用来标识已发布消息的信息的渠道。订阅者用它来确定接收到所关心的信息。它是一个分层的结构,用斜线“/”作为分隔符。有两种通配符可以在主题发布、订阅时使用:“#”和“+”。前者可以通配多层结构,而后者只能通配一层结构。例如一个topic : “a/b/c”,则“a/+/c”和“a/#”都可以和它相等。发布不支持模糊匹配,必须是确定的主题

    开发一个MQTT库需要提供如下命令:

    Connect :当一个TCP/IP套接字在服务器端和客户端连接建立时需要使用的命令。

    publish  : 是由客户端向服务端发送,告诉服务器端自己感兴趣的Topic。每一个publishMessage 都会与一个Topic的名字联系在一起。

    pubRec:  是publish命令的响应,只不过使用了2级QoS协议。它是2级QoS协议的第二条消息

    pubRel:    是2级QoS协议的第三条消息

    publComp: 是2级QoS协议的第四条消息

    subscribe: 允许一个客户端注册自已感兴趣的Topic 名字,发布到这些Topic的消息会以publish Message的形式由服务器端发送给客户端。

    unsubscribe:  从客户端到服务器端,退订一个Topic。

    Ping: 有客户端向服务器端发送的“are you alive”的消息。

    disconnect:断开这个TCP/IP协议。

    应用场景

    推送

    再给大家普及下“推送”这个概念,推送这个词大部分人都会有印象的。比如PC端的推送广告,比如安卓的推送服务,还有一些即时通信软件如微信、易信等也是采用的推送技术。

    现在的推送实现的方式已经非常多了,主流的有C2DM服务(Google Cloud Messaging),基于XML协议的通讯协议XMPP协议(Openfire + Spark + Smack), 轻量级的、基于代理的“发布/订阅”模式的消息传输协议MQTT协议,还可以通过嵌入SDK使用第三方提供的推送服务,如百度云推送极光推送智游推送腾讯信鸽等。

    推送利用的也是类似于上面提到的代理技术,从而将数据源源不断地推向客户机。笔者对其它协议了解不多所以也不敢多做妄言,但是现在国内很多企业都已经广泛使用MQTT作为Android手机客户端与服务器端推送消息的协议。其中Sohu,Cmstop手机客户端中均有使用到MQTT作为消息推送消息。

    上报传感器数据

    简单的例子应用mqtt到 android 客户端实现publish 数据到服务端,和接收服务端的推流

    参考文档:Mqtt3.1.1中文文档

    MqttClientAndroid-master: https://github.com/zanyang/MqttClientAndroid-master

    paho.mqtt.androidhttps://github.com/eclipse/paho.mqtt.android



             

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