MQTT协议基础讲义

MQTT基础

第一章 MQTT协议

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官网：http://mqtt.org/

mqtt中文网：http://mqtt.p2hp.com/

1.1 MQTT简介

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。

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：

（1）精简，不添加可有可无的功能；

（2）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；

（3）允许用户动态创建主题（不需要预先创建主题），零运维成本；

（4）把传输量降到最低以提高传输效率；

（5）把低带宽、高延迟、不稳定的网络等因素考虑在内；

（6）支持连续的会话保持和控制（心跳）；

（7）理解客户端计算能力可能很低；

（8）提供服务质量（ quality of service level：QoS）管理；

（9）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。

（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La