什么是MQTT？为什么在IIoT中需要它-济南凯发k8国际网技术有限公司官网

什么是MQTT？为什么在IIoT中需要它

2020-11-26

　　随着行业的快速成长，数据经营和接收所需的设备数量也在增加。为了解决众多设备之间的通信问题以及单个网络中设备组合的问题，已经创建了物联网(IoT)概念-基于某些功能的单个网络中设备的组合或特性，此网络进一步与类似网络组合在一起，从而创建更大的网络，依此类推。

什么是MQTT？为什么在IIoT中需要它

　　在这样的网络中，设备通过各种接口和通信协议彼此交互。当发国际天生赢家一触即发正在考虑物联网概念的工业实现时，应使用具有自己的协议和硬件的工业设备，让发国际天生赢家一触即发开始探讨IIoT概念(工业物联网)。

　　为了进行通信，设备可以使用各种工业协议。为此，MQTT很受欢迎。

　　什么是MQTT?

　　MQTT或消息队列遥测传输是一种轻巧的开放式消息传递协议，用于在要求“代码占用量小”或网络带宽受限的远程位置进行数据传输。这些优势允许在M2M系统(机器对机器)和IIoT系统(工业物联网)中实现此协议。

　　还存在一种协议变体MQTT-SN(用于传感器网络的MQTT)，以前称为MQTT-S，其设计用于不支持TCP / IP网络的嵌入式无线设备，例如ZigBee。

　　MQTT协议的功能

　　MQTT协议的首要功能：

　　● 异步协议

　　● 紧凑的消息

　　● 在数据传输线连接不稳定的情况下运行

　　● 支持多个服务质量(QoS)级别

　　● 轻松集成新设备

　　在应用程序层上，MQTT协议在TCP / IP协议之上工作，并且默认使用端口1883(如果通过SSL连接则使用端口8883)。

MQTT协议的功能

　　在MQTT协议中，消息交换在顾客端(可能是消息发布者或消息订阅者)与消息代理(例如Mosquitto MQTT)之间进行。

　　发布者在MQTT Broker上发送数据，并在消息中指定了明确的主题。订阅者可以根据对相应主题的订阅，从多个发布者接收各种数据。

　　MQTT设备使用确定类型的消息来与代理进行通信。首要类型如下：

　　● 连接–建立与Message Broker的连接

　　● 断开连接–断开与消息代理的连接

　　● 发布–在Message Broker中发布有关主题的数据

　　● 订阅–订阅消息代理上的主题

　　● 退订–退订主题

MQTT设备使用确定类型的消息来与代理进行通信。

　　消息的结构

　　MQTT消息包含以下几部分：

　　● 固定的标头(出现在所有消息中)

　　● 可变标头(出现在某些消息中)

　　● 数据，有效负载(存在于某些消息中)

　　固定头

MQTT消息包含哪那几部分

　　消息类型-例如：CONNECT，SUBSCRIBE，PUBLISH等。

　　每个MQTT数据包特有的标志–这4位用于辅助标志，辅助标志的存在和状态取决于消息类型。

　　剩余长度–当前消息长度(可变报头+数据)，大小为1到4个字节。

　　总体而言，MQTT协议中有15种消息类型：

讯息类型	值	流向	描述
已预留	0000（0）	禁止的	已预留
连接	0001（1）	C -> S *	顾客端请求连接到服务器
康纳克	0010（2）	C <-	连接确认
发布	0011（3）	C <-S，C-> S	发布讯息
回送	0100（4）	C <-S，C-> S	发布确认
PUBREC	0101（5）	C <-S，C-> S	发布收到
公开	0110（6）	C <-S，C-> S	发布发行
PUBCOMP	0111（7）	C <-S，C-> S	发布完成
订阅	1000（8）	C-> S	顾客订阅请求
后退	1001（9）	C <-	订阅确认
取消订阅	1010（10）	C-> S	退订请求
取消订阅	1011（11）	C <-	退订确认
PINGREQ	1100（12）	C-> S	PING请求
平RESP	1101（13）	C <-	PING回应
断开	1110（14）	C-> S	顾客端断开连接
已预留	1111（15）	禁止的	已预留

　　标志

　　固定标头的前4个最高有效位用作特定标志：

固定标头的前4个最高有效位用作特定标志

　　DUP –当顾客端或MQTT代理提交重发的数据包(在PUBLISH，SUBSCRIBE，UNSUBSCRIBE，PUBREL中使用)时，将设置Duplicate。如果设置了该标志，则变量头必须包含消息ID(消息标识符)。

　　QoS –服务质量(0,1,2)

　　保留-发布带有保留标志的数据时，代理将对其进行存储。建立对该主题的新订阅后，代理将立即发送带有此标志的消息。仅在PUBISH类型的消息中使用。

　　可变标题

　　某些标头中存在可变标头。

　　它包含以下数据：

　　● 数据包标识符–存在于所有类型的消息中，但以下情况除外：CONNECT，CONNACK，PUBLISH(сQoS <1)，PINGREQ，PINGRESP，DISCONNECT

　　● 协议名称–仅在CONNECT消息类型中显示

　　● 协议版本–仅在CONNECT消息类型中存在

　　● 连接标志–指定连接期间顾客端行为的标志

可变标题数据

　　客戶名–如果设置了该标志，则有效负载中必须存在一个客戶名(用于顾客端身份验证)

　　密码–如果设置了此标志，则有效负载中必须存在密码(用于顾客端身份验证)

　　将会保留-如果该标志设置为1，则代理将存储一个意愿消息。

　　Will QoS – Will Message的服务质量。如果设置了意愿标记，则必须存在意愿QoS和意愿保留。

　　意志标志-如果设置了该标志，则在顾客端断开代理而不发送DISCONNECT命令(如果发生不可预知的关闭，失败等情况)之后，代理将通过所谓的意志消息通知所有已连接的顾客端。

　　干净会话-如果将该标志设置为0，则代理存储一个会话，所有顾客端订阅都将通过顾客端的下一个连接发送，并且在顾客端断开连接时，代理将接收来自QoS1和QoS2的所有消息。因此，如果该标志设置为1，则到下一个连接，顾客端必须再次订阅所有主题。

　　● 会话存在–在CONNACK类型的消息中应用。如果Broker接受将Clean Session设置为1的连接，则必须将Session Present(SP)设置为0。如果Broker接受Clean Session设置为0的连接，则SP中设置的值取决于Broker是否已存储此顾客端的会话状态(如果是，则必须将SP设置为1，反之亦然)。会话存在标志使顾客端能够确定是否已经存储了会话状态。

　　● 连接返回码–如果代理出于某种原因无法从顾客端接收格式正确的CONNACK数据包，则必须在下表的CONNACK数据包的第二个字节中设置适当的值：

值	返回码响应	描述
0	0x00接受连接	接受连接
1个	0x01连接被拒绝，协议版本不可接受	代理不支持顾客端请求的协议版本
2	0x02连接被拒绝，标识符被拒绝	用于连接的顾客端的顾客端ID不在具有允许ID的列表中
3	0x03连接被拒绝，服务器不可用	已建立网络连接，但MQTT服务不可用
4	0x04连接被拒绝，客戶名或密码错误	客戶名或密码中的数据格式错误
5	0x05连接被拒绝，未授权	顾客端无权连接
6-255		保留以备将来使用

　　数据，有效载荷

　　通过MQTT消息传输的数据的内容和格式在设备中定义。可以通过从剩余长度中减去变量头的长度来计算数据大小。

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　　MQTT协议(QoS)中的服务质量

　　发送消息时，MQTT支持三个级别的服务质量(QoS)。

　　QoS 0最多一次。在此级别上，发布者一次向代理发送一条消息，并且不等待任何响应，即发送并忘记它。

QoS 0最多一次

　　QoS 1至少一次。此级别可确保将消息传递到代理，但是可以从发布者复制消息。一旦收到副本，代理将再次将此消息发送给订阅服务器，并将消息接收确认转发给发布服务器。如果发布者未从代理获取PUBACK消息，它将尝试重新传递此数据包，将DUP设置为1。

QoS 1至少一次。

　　QoS 2恰好一次。在此级别上，可以确保将消息传递到顾客端，并且不可能重复副本。

QoS 2恰好一次。

　　发布者向代理发送消息。该消息包含唯一的数据包ID，QoS = 2和DUP = 0。发布者存储未经确认的消息，除非它从代理获得PUBREC响应。代理回复包含相同分组ID的PUBREC消息。收到此消息后，发布者发送具有相同数据包ID的PUBREL。代理必须存储消息副本，直到获得PUBREL。代理收到PUBREL后，它将删除消息副本，并将有关已完成的事务的PUBCOMP消息发送给发布者。

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