【EMQX 5.0】1.1 MQTT协议介绍

1.1  MQTT协议介绍

        随着 5G 时代的来临，万物物联的伟大构想正在成为现实。联网的物联网设备在 2018 年已经达到了 70 亿， 在未来两年，仅智能水电气表就将超过10 亿。

        

         海量的设备接入 和设备管理对 网络带宽 、 通信协议 以及 平台服务架构 都带来了很大挑战。对于物联网协议来 说，必须针对性地解决物联网设备通信的几个关键问题：其 网络环境复杂而不可靠 、其 内存和闪存容量小 、其 处理器能力有限 。

        MQTT 是基于 Publish/Subscribe 模式的物联网通信协议，凭借 简单易实现 、 支持 QoS 、 报文小 等特点，占据 了物联网协议的半壁江山：（ MQTT市场占比 ）

• mqtt官网：http://mqtt.org/
• mqtt中文网：http://mqtt.p2hp.com/

1.2 MQTT协议设计规范

由于物联网的环境是非常特别的，所以 MQTT 遵循以下设计原则：

• 精简，不添加可有可无的功能
• 发布/订阅（Pub/Sub）模式，方便消息在传感器之间传递，解耦Client/Server模式，带来的好处在
• 于不必预先知道对方的存在（ip/port），不必同时运行
• 允许用户动态创建主题（不需要预先创建主题），零运维成本；（topic：主题，相当于通道）
• 把传输量降到最低以提高传输效率
• 把低带宽、高延迟、不稳定的网络等因素考虑在内
• 支持连续的会话保持和控制，（心跳）- 动态感知设备掉线
• 理解客户端（PLC）计算能力可能很低
• 提供服务质量（ quality of service level：QoS）管理 -- 保证订阅者能收到消息
• 不强求传输数据的类型与格式，保持灵活性（指的是应用层业务数据）

1.3 MQTT协议主要特性

        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. 开放消息协议，简单易实现。

        2. 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。

        3. 对负载（协议携带的应用数据）内容屏蔽的消息传输。- 即：不强求传输数据的类型与格式

        4. 基于TCP/IP网络连接,提供有序，无损，双向连接。  主流的MQTT是基于TCP连接进行数据推送的，但是同样有基于UDP的版本，叫做MQTT-SN。这两种版本由于基于不同的连接方式，优缺点自然也就各有不同了。

        5. 消息服务质量（QoS）支持，可靠传输保证；有三种消息发布服务质量：

• QoS0："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。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。这一种方式主要普通APP的 推送，倘若你的智能设备在消息推送时未联网，推送过去没收到，再次联网也就收不到了。
• QoS1："至少一次"，确保消息到达，但消息重复可能会发生。
• QoS2："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。在计费 系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的推送，确保用户收到且只会收到一次。

        6. 1字节固定报头，2字节心跳报文，最小化传输开销和协议交换，有效减少网络流量。

        这就是为什么在介绍里说它非常适合"在物联网领域，传感器与服务器的通信，信息的收集，要知道嵌入 式设备的运算能力和带宽都相对薄弱，使用这种协议来传递消息再适合不过了。

        7. 在线状态感知：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。

1.4 MQTT协议应用领域

MQTT协议广泛应用于物联网、移动互联网、智能硬件、车联网、电力能源等领域。

• 物联网M2M通信，物联网大数据采集
• Android消息推送，WEB消息推送
• 移动即时消息，例如Facebook Messenger
• 智能硬件、智能家具、智能电器
• 车联网通信，电动车站桩采集
• 智慧城市、远程医疗、远程教育
• 电力、石油与能源等行业市场