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巴法云之MQTT物联网通信协议详解

实时通信协议是物联网技术中的一项根本性技术,在数据的有效传输、及时通信方面不可或缺,在物联网领域发挥着至关重要的作用,因此物联网通信协议的制定至关重要。目前物联网设备广泛使用的有四大实时协议XMPP、REST/HTTP、CoAP以及MQTT。XMPP是一种基于标准通用标记语言的子集XML的协议,它继承了在XML环境中灵活的发展性,但对于嵌入式设备来说,解析非常困难;REST (Representational State Transfe)是一种架构风格,即表述性状态传递,它基于HTTP定义了一组约束和属性,适用于web服务,在物联网方面主要被应用于基于HTTP web服务的转化,但对于嵌入式设备而言,目前很多物联网接入设备大多属于资源受限型设备,只拥有有限的计算能力和有限的存储空间,故相比较而言REST/HTTP属于重量级协议;由于物联网中的很多设备属于资源受限型,The Internet Engineering Task Force (IETF)提出了一种基于REST架构的CoAP协议,Constrained Application Protocol (CoAP) 是一种针对受限设备的专用Internet应用协议,CoAP是一种应用层协议,它运行于UDP协议之上,但是一对一的协议;MQTT(Message Queuing Telemetry Transport) 消息队列遥测传输,是由IBM公司主导开发的物联网及时通信协议。MQTT是为大量计算能力有限的设备所设计的,使得设备工作在低带宽、不可靠网络的环境时,能够有效地进行网络数据交互,进而使得远程传感器和控制设备能够与服务器及时通讯,故本文选作MQTT协议作为本次物联网平台的通讯协议。

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云端协议MQTT介绍

一、简述 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。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。 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。在很多情况下,包括受限的环境中,如:机器与机器(M2M)通信和物联网(IoT)。其在,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已广泛使用。

03

论Iot设备在线判断

在Iot物联网中,有个关键点就是设备是否在线的判断。如果用传统的Http数据传输则通过轮询达到目的,具体就是通过不停的向服务器发送心跳包,让服务器知道设备在线;这种方式简单直接但粗爆,设备数量少可以,但如果设备上千或万,那么服务器基本只能靠分布式部署了。如果用MQTT则减少很多问题,因为MQTT有个遗嘱功能,就是当超过某时间数据断开后,就自动发送。一直以来我都没弄明白这个遗嘱的功能,因为误入了当断电或直接断线连遗嘱都发不出的矛盾圈。好在,最近看Iot的文章里面有个MQTT的说明,详细说了一下遗嘱的功能,其实在MQTT客户端与服务端链接时,就已经将遗嘱发给服务器,当服务器没再收到客户端的数据就将遗嘱拿出来。ok,其实遗嘱不是断气前发送,而是在链接时就签好的。那其实这个遗嘱在MQTT初始化时已经要写好。那么这个初始化是那个呢?经过一番找寻,终于发现签遗嘱是用setWill,怎么用好吧,上配置代码:

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MQTT协议通俗讲解

基本概念 Basic Conception Session 会话 定义 定义:某个客户端(由ClientID作为标识)和某个服务器之间的逻辑层面的通信 生命周期(存在时间):会话 >= 网络连接 ClientID 客户端唯一标识,服务端用于关联一个Session 只能包含这些 大写字母,小写字母 和 数字(0-9a-zA-Z),23个字符以内 如果 ClientID 在多次 TCP连接中保持一致,客户端和服务器端会保留会话信息(Session) 同一时间内 Server 和同一个 ClientID 只能保持一个 TCP 连接,再次连接会踢掉前一个 CleanSession 标记 在Connect时,由客户端设置 0 —— 开启会话重用机制。网络断开重连后,恢复之前的Session信息。需要客户端和服务器有相关Session持久化机制。 1 —— 关闭会话重用机制。每次Connect都是一个新Session,会话仅持续和网络连接同样长的时间。 客户端 Session 已经发送给服务端,但是还没有完成确认的 QoS 1 和 QoS 2 级别的消息 已从服务端接收,但是还没有完成确认的 QoS 2 级别的消息 服务器端 Session 会话是否存在,即使会话状态的其它部分都是空 (SessionFlag) 客户端的订阅信息 (ClientSubcription) 已经发送给客户端,但是还没有完成确认的 QoS 1 和 QoS 2 级别的消息 即将传输给客户端的 QoS 1 和 QoS 2 级别的消息 已从客户端接收,但是还没有完成确认的 QoS 2 级别的消息 (可选)准备发送给客户端的 QoS 0 级别的消息 长连接维护与管理 Keep Alive 心跳 目的是保持长连接的可靠性,以及双方对彼此是否在线的确认。 客户端在Connect的时候设置 Keep Alive 时长。如果服务端在 1.5 * KeepAlive 时间内没有收到客户端的报文,它必须断开客户端的网络连接 Keep Alive 的值由具体应用指定,一般是几分钟。允许的最大值是 18 小时 12 分 15 秒 Will 遗嘱 遗嘱消息(Will Message)存储在服务端,当网络连接关闭时,服务端必须发布这个遗嘱消息,所以被形象地称之为遗嘱,可用于通知异常断线。 客户端发送 DISCONNECT 关闭链接,遗嘱失效并删除 遗嘱消息发布的条件,包括: 服务端检测到了一个 I/O 错误或者网络故障 客户端在保持连接(Keep Alive)的时间内未能通讯 客户端没有先发送 DISCONNECT 报文直接关闭了网络连接 由于协议错误服务端关闭了网络连接 相关设置项,需要在Connect时,由客户端指定 Will Flag —— 遗嘱的总开关 0 -- 关闭遗嘱功能,Will QoS 和 Will Retain 必须为 0 1 -- 开启遗嘱功能,需要设置 Will Retain 和 Will QoS Will QoS —— 遗嘱消息 QoS 可取值 0、1、2,含义与消息QoS相同 Will Retain —— 遗嘱是否保留 0 -- 遗嘱消息不保留,后面再订阅不会收到消息 1 -- 遗嘱消息保留,持久存储 Will Topic —— 遗嘱话题 Will Payload —— 遗嘱消息内容 消息基本概念 报文标识 Packet Identifier 存在报文的可变报头部分,非零两个字节整数 (0-65535] 一个流程中重复:这些报文包含 PacketID,而且在一次通信流程内保持一致: PUBLISH(QoS>0 时),PUBACK,PUBREC,PUBREL,PUBCOMP SUBSCRIBE, SUBACK UNSUBSCIBE,UNSUBACK 新的不重复:客户端每次发送一个新的这些类型的报文时都必须分配一个当前 未使用的PacketID 当客户端处理完这个报文对应的确认后,这个报文标识符就释放可重用。 独立维护:客户端和服务端彼此独立地分配报文标识符。因此,客户端服务端组合使用相同的报文标识符可以实

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