1、MQTT概述

  MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，音讯行列遥测传输协议)，是一种根据发布/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最大长处在于，能够以很少的代码和有限的带宽，为衔接远程设备供给实时可靠的音讯效劳。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是一个根据客户端-效劳器的音讯发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简略、敞开和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多状况下，包括受限的环境中，如：机器与机器(M2M)通讯和物联网(IoT)。其在，经过卫星链路通讯传感器、偶然拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛运用。

  2014年发布的MQTT v3.1.1是当前MQTT协议的最新版本。除标准版外，还有一个简化版MQTT-SN，该协议首要针对嵌入式设备，这些设备一般作业于TCP/IP网络，如：ZigBee。

  2、MQTT规划准则

  由于物联网的环境是非常特别的，所以MQTT遵循以下规划准则：

  (1)精简，不增加可有可无的功用;

  (2)发布/订阅(Pub/Sub)模式，便利音讯在传感器之间传递;

  (3)允许用户动态创立主题，零运维成本;

  (4)把传输量降到最低以提高传输功率;

  (5)把低带宽、高延迟、不稳定的网络等因素考虑在内;

  (6)支撑接连的会话控制;

  (7)理解客户端计算才能或许很低;

  (8)供给效劳质量管理;

  (9)假设数据不可知，不强求传输数据的类型与格局，保持灵活性。

  3、MQTT特性

  MQTT协议作业在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而规划的协议，它具有以下首要的几项特性：

  (1)运用发布/订阅音讯模式，供给一对多的音讯发布，解除应用程序耦合。

  这一点很类似于XMPP，可是MQTT的信息冗余远小于XMPP，,由于XMPP运用XML格局文原本传递数据。

  (2)对负载内容屏蔽的音讯传输。

  (3)运用TCP/IP供给网络衔接。

  主流的MQTT是根据TCP衔接进行数据推送的，可是同样有根据UDP的版本，叫做MQTT-SN。这两种版本由于根据不同的衔接办法，优缺点自然也就各有不同了。

  (4)有三种音讯发布效劳质量：

  “至多一次”，音讯发布彻底依靠底层TCP/IP网络。会发作音讯丢掉或重复。这一等级可用于如下状况，环境传感器数据，丢掉一次读记录无所谓，由于不久后还会有第2次发送。这一种办法首要普通APP的推送，倘若你的智能设备在音讯推送时未联网，推送过去没收到，再次联网也就收不到了。

  “至少一次”，保证音讯到达，但音讯重复或许会发作。

  “只要一次”，保证音讯到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中，能够运用此等级。在计费系统中，音讯重复或丢掉会导致不正确的成果。这种最高质量的音讯发布效劳还能够用于即时通讯类的APP的推送，保证用户收到且只会收到一次。

  (5)小型传输，开销很小(固定长度的头部是2字节)，协议交流最小化，以下降网络流量。

  这便是为什么在介绍里说它非常适合“在物联网领域，传感器与效劳器的通讯，信息的收集”，要知道嵌入式设备的运算才能和带宽都相对单薄，运用这种协议来传递音讯再适合不过了。

  (6)运用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衔接。

  Testament：遗言机制，功用类似于Last Will。

  4、MQTT协议原理

  4.1 MQTT协议实现办法

  实现MQTT协议需求客户端和效劳器端通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者(Publish)、署理(Broker)(效劳器)、订阅者(Subscribe)。其中，音讯的发布者和订阅者都是客户端，音讯署理是效劳器，音讯发布者能够同时是订阅者。

  MQTT传输的音讯分为：主题(Topic)和负载(payload)两部分：

  (1)Topic，能够理解为音讯的类型，订阅者订阅(Subscribe)后，就会收到该主题的音讯内容(payload);

  (2)payload，能够理解为音讯的内容，是指订阅者具体要运用的内容。

  4.2 网络传输与应用音讯

  MQTT会构建底层网络传输：它将树立客户端到效劳器的衔接，供给两者之间的一个有序的、无损的、根据字节省的双向传输。

  当应用数据经过MQTT网络发送时，MQTT会把与之相关的效劳质量(QoS)和主落款(Topic)相干系。

  4.3MQTT客户端

  一个运用MQTT协议的应用程序或许设备，它总是树立到效劳器的网络衔接。客户端能够：

  (1)发布其他客户端或许会订阅的信息;

  (2)订阅其它客户端发布的音讯;

  (3)退订或删除应用程序的音讯;

  (4)断开与效劳器衔接。

  4.4 MQTT效劳器

  MQTT效劳器以称为“音讯署理”(Broker)，可所以一个应用程序或一台设备。它是坐落音讯发布者和订阅者之间，它能够：

  (1)接受来自客户的网络衔接;

  (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音讯。

  4.5 MQTT协议中的订阅、主题、会话

  （1）订阅(Subscription)

  订阅包括主题挑选器(Topic Filter)和最大效劳质量(QoS)。订阅会与一个会话(Session)相关。一个会话能够包括多个订阅。每一个会话中的每个订阅都有一个不同的主题挑选器。

  （2）会话(Session)

  每个客户端与效劳器树立衔接后便是一个会话，客户端和效劳器之间有状况交互。会话存在于一个网络之间，也或许在客户端和效劳器之间跨过多个接连的网络衔接。

  （3）主落款(Topic Name)

  衔接到一个应用程序音讯的标签，该标签与效劳器的订阅相匹配。效劳器会将音讯发送给订阅所匹配标签的每个客户端。

  （4）主题挑选器(Topic Filter)

  一个对主落款通配符挑选器，在订阅表达式中运用，表明订阅所匹配到的多个主题。

  （5）负载(Payload)

  音讯订阅者所具体接收的内容。

  4.6 MQTT协议中的办法

  MQTT协议中界说了一些办法(也被称为动作)，来于表明对确定资源所进行操作。这个资源能够代表预先存在的数据或动态生成数据，这取决于效劳器的实现。通常来说，资源指效劳器上的文件或输出。首要办法有：

  1)Connect。等待与效劳器树立衔接。

  2)Disconnect。等待MQTT客户端完成所做的作业，并与效劳器断开TCP/IP会话。

  3)Subscribe。等待完成订阅。

  4)UnSubscribe。等待效劳器撤销客户端的一个或多个topics订阅。

  5)Publish。MQTT客户端发送音讯请求，发送完成后返回应用程序线程。