物联网中的MQTT协议概述

MQTT协议已经成了物联网通信中的一个热词，今天我们一起来学习一下关于MQTT协议的一些知识。

1 发展

IBM公司的安迪·斯坦福-克拉克及Cirrus Link公司的阿兰·尼普于1999年撰写了该协议的第一个版本。

在2013年IBM公司向结构化资讯标准促进组织提交了MQTT 3.1版规范，并附有相关章程，以确保只能对规范进行少量更改。

2 概述

MQTT(消息队列遥测传输)协议是ISO 标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在TCP/IP协议族上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议。

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。如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。

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也被广泛使用。

3 规范

由于物联网环境具有一定的特殊性，所以MQTT设计都需要遵守以下规范：

①　精简，不添加可有可无的功能；

②　发布/订阅（Pub/Sub）模式，方便消息在传感器之间传递；

③　允许用户动态创建主题，零运维成本；

④　把传输量降到最低以提高传输效率；

⑤　把低带宽、高延迟、不稳定的网络等因素考虑在内；

⑥　支持连续的会话控制；

⑦　理解客户端计算能力可能很低；

⑧　提供服务质量管理；

⑨　假设数据不可知，不强求传输数据的类型与格式，保持灵活性。

4 特点

MQTT协议工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：

①　使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合。

②　对负载内容屏蔽的消息传输。

③　使用TCP/IP提供网络连接。

④　有“至多一次”“至少一次”“只有一次”三种消息发布服务质量。

⑤　小型传输，开销很小（固定长度的头部是2字节），协议交换最小化，以降低网络流量。

⑥　使用Last Will和Testament特性通知有关各方客户端异常中断的机制。

5 原理

实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯过程中，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。

MQTT客户端是指使用MQTT协议的应用程序或者设备，它总是建立到服务器的网络连接。

客户端可以是：

（1）发布其他客户端可能会订阅的信息；

（2）订阅其它客户端发布的消息；

（3）退订或删除应用程序的消息；

（4）断开与服务器连接。

MQTT服务器以称为"消息代理"（Broker），可以是一个应用程序或一台设备。

它是位于消息发布者和订阅者之间，它可以：

（1）接受来自客户的网络连接；

（2）接受客户发布的应用信息；

（3）处理来自客户端的订阅和退订请求；

（4）向订阅的客户转发应用程序消息。

审核编辑：刘清