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作為物聯(lián)網(wǎng)世界玩家，我們知道你想通過設(shè)備快速傳遞信息。你希望一直保持更新，從而獲得最新的實時信息。然而，我們也知道要找到合適的技術(shù)來實現(xiàn)此愿望是十分困難的。幸運的是，MQTT或許對你有所幫助。
MQTT指消息隊列遙測傳輸，是物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器對機(jī)器(M2M，machine-to-machine)連接協(xié)議。MQTT是一個輕量級的發(fā)布和訂閱協(xié)議，通過它可以在低帶寬環(huán)境中發(fā)送和接收機(jī)器對機(jī)器的遙測消息。例如，通過衛(wèi)星鏈路與broker溝通或在家庭自動化和一些小型設(shè)備場景中，MQTT是非常適用的。因為它體積小，功耗低，數(shù)據(jù)包最小化，并能有效地將信息分發(fā)到一個或多個接收者，因此MQTT也是移動應(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，用于通過衛(wèi)星連接石油管道遙測系統(tǒng)。盡管MQTT是在很久之前創(chuàng)建的，目的僅在特定場景下進(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。它一開始只是一個專有協(xié)議，但這些年來對它的需求日益增大，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，該協(xié)議一直很容易適應(yīng)各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、平臺和操作系統(tǒng)。Microsoft、Azure等企業(yè)云平臺通過MQTT公開其IoT PaaS，而那些沒有使用MQTT的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)者都無法取得更進(jìn)一步的突破。
不同的 MQTT 版本
- MQTT v3.1.0 - 最初的版本，設(shè)計于1999年，為TCP/IP網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建。
- MQTT v3.1.1 - 目前開發(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)通過舊的客戶端使用最新的 broker。
- MQTT-SN – 在2013年左右指定，旨在通過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)范幾年來沒有改變。隨著物聯(lián)網(wǎng)的部署開始大大增加，這種情況可能會改變。
MQTT功能的基本概念與定義
首先是發(fā)布和訂閱機(jī)制。在一個發(fā)布和訂閱系統(tǒng)中，一個設(shè)備可以在一個主題上發(fā)布消息，或者它可以訂閱一個特定的主題來接收消息。當(dāng)有更新時，消息會自動推送給相應(yīng)主題的訂閱者。
Figure 2: MQTT流量
Messages是在設(shè)備之間交換的信息，是一個命令或一組數(shù)據(jù)。
另一個重要的概念是topics。它是為傳入信息注冊感興趣的方式，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。每一個正斜杠表示一個主題級別。
MQTT clients就是我們所說的訂閱了一個或多個主題的設(shè)備(如果沒有選擇一個特定的主題，將會看到它們?nèi)?。當(dāng)其他客戶端在這些主題中發(fā)布東西時，它們要以信息的形式接收數(shù)據(jù)包。對于MQTT 3.1.1版本，Eclipse Paho項目提供了幾乎所有編程語言和主要操作系統(tǒng)Linux、Windows、Mac的客戶端軟件。
MQTT client的對應(yīng)部MQTT broker。Broker是任何發(fā)布和訂閱協(xié)議的核心。根據(jù)不同的實現(xiàn)方式，一個broker可以處理多達(dá)數(shù)千個同時連接的MQTT client。Broker負(fù)責(zé)接收和過濾所有信息，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)存在的客戶端的會話，包括訂閱和錯過的消息。
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。它通過將該模式與接收和訂閱模式解耦來實現(xiàn)這一點。發(fā)布者向一個中心主題發(fā)送消息，該主題有多個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方的存在。
MQTT協(xié)議的小缺點
- MQTT不是RESTful，所以它沒有利用現(xiàn)有協(xié)議的優(yōu)勢。
- MQTT工作在靈活的主題訂閱上，所以它沒有一個穩(wěn)定的資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制。
- MQTT 是不加密的，需要使用TLS/SSL來保證安全。
盡管有缺點，MQTT仍然是物聯(lián)網(wǎng)項目中最受歡迎的協(xié)議之一，因為使用它的好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了缺點。例如，RAKwireless通過使用內(nèi)置的MQTT橋接器增強了他們的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)傳輸到應(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一些獨特的功能
- 這是一個輕量級協(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)的計算負(fù)擔(dān)。
- 小尺寸的數(shù)據(jù)包最大限度地減少了開銷并降低了流量。
- 它是實時的，所以它是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的理想選擇。
- 它是開源的，除了容易實現(xiàn)和配置外，還可以免費使用。同樣，在RAKwireless商業(yè)網(wǎng)關(guān)系列中設(shè)置你的MQTT橋接器是快速而簡單的。如果想在LoRaWAN網(wǎng)關(guān)中獲得一個好的實現(xiàn)示例，可以參考本文檔了解如何做到這一點。
最后，MQTT有很多優(yōu)勢，因此我們相信，在未來的幾年里，通過更多自然的采用和改進(jìn)它會變得更加主流。
