MQTT协议介绍与应用_mqtt协议应用

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协议是当今世界上最受欢迎的物联网协议。它已广泛应用于车联网、智能家居、即时聊天应用和工业互联网等领域。目前通过MQTT协议连接的设备已经过亿，这些都得益于MQTT 协议为设备提供了稳定、可靠、易用的通信基础。本篇将从最基础的知识开始，向您讲解MQTT协议的应用。通过本篇的学习，您将学会MQTT协议开发物联网项目。

目录

一、介绍

MQTT历史

MQTT版本

二、特性

三、应用

 MQTT服务器

客户端软件MQTT.fx

在MQTT.fx中接入巴法云

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一、介绍

MQTT是一个客户端服务端架构的发布/订阅模式的消息传输协议。它的设计思想是轻巧、开放、简单、规范，易于实现。这些特点使得它对很多场景来说都是很好的选择，特别是对于受限的环境如机器与机器的通信（M2M）以及物联网环境（IoT）。

——MQTT协议规范中文版

以上MQTT（消息队列遥测传输）协议规范中的介绍很好地描述了MQTT的全部含义。它是一种很轻的通讯协议。与HTTP之类的协议相比，MQTT在通过网络传输数据时表现出众。该协议的另一个重要特点是易于在客户端实现。因此，MQTT成为了当今世界上最受欢迎的物联网协议。它已广泛应用于车联网、智能家居、即时聊天应用和工业互联网等领域。目前通过MQTT协议连接的设备已经过亿，这些都得益于MQTT 协议为设备提供了稳定、可靠、易用的通信基础。

MQTT历史

MQTT协议最初版本是在1999年建立的。该协议的发明人是的Andy Stanford-Clark和Arlen Nipper。

 

MQTT协议发明人之一Andy-Stanford-Clark

MQTT协议发明人之一Arlen Nipper

他们当时正在开发一个利用卫星通讯监控输油管道的项目。为了实现这个项目要求，他们需要开发一种用于嵌入式设备的通讯协议，这种通讯协议必须满足以下条件：

• 易于实现
• 数据传输的服务质量可控
• 占用带宽小
• 传输数据内容不可预知
• 设备连接状态可知

从以上几点不难看出，MQTT 从诞生之初就是专为低带宽、高延迟或不可靠的网络而设计的。虽然历经几十年的更新和变化，以上这些特点仍然是MQTT协议的核心特点。但是与最初不同的是，MQTT协议已经从嵌入式系统应用拓展到开放的物联网（IoT）领域。

OASIS标准

OASIS(结构化信息标准促进组织)

 

2014年10月29日，MQTT成为OASIS（结构化信息标准促进组织）正式批准的通讯标准。OASIS是一个推进电子商务标准的发展、融合与采纳的非盈利性国际化组织。相比其他组织，OASIS形成了Web服务标准的同时也提出了安全的电子商务标准，同时在针对公众领域和特定应用市场的标准化方面也付出很多的努力。自1993年成立开始，OASIS已经发展成为了由来自100多个国家的600多家组织、企业。简言之，由众多业内专家组成的OASIS愿意为MQTT背书，组件该协议在物联网领域的重要性。

MQTT版本

目前MQTT主流版本有两个，分别是MQTT3.1.1和MQTT5。MQTT3.1.1是在2014年10月发布的，而MQTT5是在2019年3月发布的。由于MQTT3.1.1与MQTT5的时间相差了将近五年，且MQTT5的发布时间距今不久，因此在本文书写时（2020年10月），MQTT3.1.1仍然主流版本。

MQTT5是在MQTT3.1.1的基础上进行了升级。因此MQTT5是完全兼容MQTT3.1.1的。而MQTT5是在MQTT3.1.1的基础上添加了更多的功能补充完善MQTT协议。

MQTT5与MQTT3.1.1的关系

本教程将会重点针对MQTT3.1.1进行介绍，这么做有几点原因：

1. MQTT3.1.1是MQTT5的基础，因此掌握了MQTT3.1.1后可以通过进一步学习掌握MQTT5的使用。
2. 当前多种流行编程语言的MQTT客户端库仍然只支持MQTT3.1.1，而不支持MQTT5。
3. 目前物联网环境中的大量设备仍然使用MQTT3.1.1协议而不支持MQTT5协议。

基于以上几点原因，本教程将以MQTT3.1.1作为重点讲解。毕竟掌握了MQTT3.1.1，对于学习MQTT5是没有任何浪费的。学会MQTT3.1.1后，如果想要使用MQTT5。那么无需重新学习MQTT5，而只要利用MQTT3.1.1的基础再学习MQTT5的新功能就可以了。

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。官网链接

MQTT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，为此，它需要一个消息中间件，以解决当前繁重的资料传输协议，如：HTTP。

MQTT作为一种低开销、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。

 

 

二、特性

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。

对负载内容屏蔽的消息传输。

使用TCP/IP提供网络连接。

有三种消息发布服务质量：

“至多一次”，消息发布完全依赖底层TCP/IP网络。会发生消息丢失或重复。

“至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。

“只有一次”，确保消息到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中，可以使用此级别。

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。

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

Last Will：即遗言机制，用于通知同一主题下的其他设备发送遗言的设备已经断开了连接。

Testament：遗嘱机制，功能类似于Last Will。

实现方式

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。

客户端可以建立与服务器的连接，订阅主题、接受消息、发布消息等

服务器可以是一个应用程序或一台设备。用于接受来自客户端的网络连接，接受发布的消息、转发订阅相关主题的客户端的消息等。

三、应用

应用首先需要 MQTT服务器，其次需要客户端

然后要客户端跟服务器进行连接

连接之后就可以 订阅主题 收到该主题发布的信息 ，向特定主题发布信息

 MQTT服务器

这边我们的服务器选择巴法云，官方链接

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 点击MQTT设备云

 新建主题（主题名只可由字母和数字组成）

客户端软件MQTT.fx

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 安装好后主界面：

通用设置界面 

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 安全证书设置

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在MQTT.fx中接入巴法云

点击设置

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命名配置文件名称、输入服务器ip/域名：bemfa.com、输入服务器端口：9501、输入客户端ID（即巴法云中的私钥），保存即可

 

点击connect连接服务器，输入主题，点击Subscribe订阅，即可查看接收到的消息