2-1 消息队列遥测传输

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通常,终端设备具有有限的内存和CPU功率,使用电池运行,因此将它们与服务器连接需要轻型协议。MQTT,由IBM的Andy Stanford-Clark和Arcom的Arlen Nipper于1999年发明,这是一种 SCADA 协议设计,最初用于监控石油管道的电池供电设备。 2010年晚些时候,IBM将其作为免版税协议发布。 2014年,OASIS宣布MQTT v.3.1.1已成为OASIS标准,并且为所有编程语言开发了许多MQTT客户端。

MQTT的特征如下:

  • 数据不可知:MQTT可以传输所有类型的数据,从传感器数据到图像或无线更新。
  • 轻量级和带宽效率:最小的帧只有2个字节长
  • 提供QoS:三种服务质量(QoS)级别
  • 在TCP / IP堆栈之上运行
  • 易于开发:适用于所有操作系统和编程语言的客户端
  • 中央代理:可以连接不同的设备而不必担心兼容性
  • 会话感知:为订阅提供基于身份的方法
  • 灵活的订阅主题
### 关于MQTT消息队列遥测传输实现方式 MQTT是一种轻量级的消息协议,专为低带宽、高延迟或不可靠的网络环境下的设备通信而设计[^1]。该协议通过发布/订阅模式工作,在这种模式下,客户端可以向服务器(称为代理Broker)发送主题上的消息,其他监听相同主题的客户端则接收这些消息。 #### MQTT的设计原则 为了适应广泛的物联网应用场景,MQTT遵循几个核心设计原则: - **最小化开销**:减少报文大小并简化连接过程。 - **优化数据表示**:采用二进制编码提高效率。 - **支持QoS机制**:提供不同级别的服务质量保证[^2]。 #### MQTT的关键术语 理解MQTT的工作流程之前,先熟悉一些基本概念: - **Client (客户端)**:发起请求并与Broker建立会话的应用程序实例。 - **Broker (代理)**:负责转发来自Publisher的消息给Subscriber的服务端组件。 - **Topic (主题)**:用于标识特定信息流的名字空间;Publishers和Subscribers都基于此进行交互。 #### MQTT的方法与报文结构 MQTT定义了一系列操作命令(Methods),如CONNECT, PUBLISH, SUBSCRIBE等,以及相应的响应指令。每条MQTT消息由固定头、可选变量头部及有效载荷三部分组成。其中,固定头包含了消息类型和其他控制标志位,而变量头部携带额外的信息字段,具体取决于所使用的Method。 ```python import paho.mqtt.client as mqtt def on_connect(client, userdata, flags, rc): print(f"Connected with result code {rc}") client = mqtt.Client() client.on_connect = on_connect client.connect("broker.hivemq.com", 1883, 60) # Blocking call that processes network traffic, dispatches callbacks and handles reconnecting. client.loop_forever() ``` 对于确保消息可靠性的需求,MQTT提供了三种不同的服务质量(Quality of Service, QoS)级别: - **At most once delivery (最多一次交付)**: 尽力而为地尝试投递消息,可能失败也不会重试。 - **At least once delivery (至少一次交付)** : 确认收到后再继续处理后续消息,可能会有重复的情况发生。 - **Exactly once delivery (精确一次交付)** :即使在网络不稳定的情况下也能保证消息仅被成功传送一次,这是最高质量的服务选项[^3]。 当面对可能出现的重复消息问题时,通常建议开发者采取幂等性措施来应对,即无论同一份消息被接收到多少次,其最终效果保持一致。
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