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[ASP.net教程]海鑫智圣:物联网漫谈之MQTT协议


什么是MQTT协议

  MQTT(消息队列遥测传输协议)是IBM在1999年专门针对物联网等应用场景来制订的轻量级双向消息传输协议,它主要是为了解决物联网上使用到的设备的互相通信的问题,以及这些设备与后端应用系统之间通信的问题。

为什么需要MQTT(或类似)协议

  随着智能硬件和移动互联网技术的快速发展,传统的互联网协议越来越难以满足物联网的需要,体现在:移动网络代价昂贵,带宽低、可靠性差;在嵌入设备中运行,处理器和内存资源有限;海量在线设备产生庞大数据,给云端带来很大的网络开销和处理压力。

MQTT如何工作

  MQTT包括客户端、代理(broker)两部分,以智能家居系统为例,末端智能电器与手机为客户端,云中心为代理。客户端首先向代理发起请求,代理收到后对客户端认证,认证通过后在客户端与代理之间建立一个TCP长连接通道,客户端通过该通道订阅若干关注的主题(Topic),同时在自身状态变化时,向相应的主题发布消息,代理将该消息发给正在订阅该主题的所有客户端,如下图。与HTTP不同,MQTT是一种多对多的通信协议,设备直接不直接相连,而是通过一个代理实现互相通信。它是一种天然的异步协议,可以很好地将请求端与响应端解耦。

MQTT协议有什么好处

  MQTT针对物联网场景优化设计,考虑了网络的可达性,消息的连通性,能耗等方面。具体来讲:

  一是它本身是特别轻量级的,使用一个8位的系统、30K的空间,就可以运行MQTT的客户端。

  二是它针对不稳定网络而设计,通常意义上的传输协议都是基于稳定网络的传输的,会专门为了这种稳定的网络去做一些优化。MQTT正好相反,协议较多地考虑了网络的不确定性,它本身还非常精简,最小的传输字节只有两个,使得在较恶劣的网络条件下仍然有较好的消息可达率。

  三是它的消息的交互模式跟传统意义上不太一样,它采用了发布和订阅的模式。当数据源发布一条消息的时候,可以有多个订阅端同时能收到这个消息,这对于很多设备互联的物联网场景比较灵活。

  四是有消息发布服务质量(QoS)机制,用户可根据应用场景需要,选择“至多一次”、“至少一次”或“只有一次”的传输质量,在效率与质量之间进行权衡。

  五是客户端异常中断的通知机制(Last-Will-And-Testament)。当一个设备连不上的时候,服务器端有一个专门的机制能马上知道这个设备出了什么状况,从而可以非常快的反馈,对某一个结点做出一些补偿。

MQTT取得了哪些成功实践

  1.物联网云

  Evothings:国外物联网生态平台,提供全套的软硬件开发工具,帮助开发者构建智能硬件原型、开发消息推送服务。

  Yeelink:国内最大的物联网云平台之一,为用户和智能硬件开发者提供传感器云服务,并通过实时数据处理, 实现可靠的状态监控。

  2.实时消息推送

  Facebook是较早大规模采用MQTT 协议的互联网巨头,其在移动客户端中使用MQTT来更新通知、消息和书签等。

  云吧等平台借助MQTT 协议提供实时消息服务,实时推送消息到任意设备、快速的给上百万用户发送消息,实现单台设备一对一推送,实时展示在线用户、使用情况。目前在为几万开发者、上亿终端提供推送服务。国内搜狐等企业也使用了MQTT作为Android手机客户端与服务器端推送消息的协议。

MQTT还有哪些问题

  1.在网络变化频繁或者不太稳定的2G/3G网络环境下表现不佳。

  客户端在每次TCP断开或断网后,会即刻发起TCP重连,连接成功后依次发送CONNECT命令、订阅SUBSCRIBLE命令,当网络频繁切换或者不太稳定时,上述机制一定程度上加重已经不堪的弱网络负担。一些参考资源指出在业务层面进行重连策略、等待超时等调整可优化该问题。此外,CoAP等其他基于UDP传输的物联网协议对这类网络具有更好的适应性。

  2.针对没有TCP/IP支持的终端环境MQTT无法应用。

  可以采用MQTT-SN(MQTT For Sensor Networks)协议进行补充,它是为了非常受限类似传感器设计的,能够基于IEEE 802.15.4等无线局域网发送UDP数据包,再通过MQTT-SN网关与MQTT broker建立连接。流程架构大致如下:

MQTT推荐资源

  Mosca:基于Nodejs实现的一款功能较完善的broker

  Paho: C/C++、Python、Java等语言的MQTT 客户端库

  mosquitto:一款功能完善的开源原生broker

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