MQTT協議及推送服務

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協議），是一種基於發佈/訂閱（publish/subscribe）模式的「輕量級」通信協議，該協議構建於TCP/IP協議上，由IBM在1999年發佈。MQTT最大優勢在於，能夠以極少的代碼和有限的帶寬，爲鏈接遠程設備提供實時可靠的消息服務。作爲一種低開銷、低帶寬佔用的即時通信協議，使其在物聯網、小型設備、移動應用等方面有較普遍的應用。

1. MQTT協議特色
2. MQTT協議原理
   • 2.1 MQTT協議實現方式
   • 2.2 網絡傳輸與應用消息
   • 2.3 MQTT客戶端
   • 2.4 MQTT服務器
   • 2.5 MQTT協議中的訂閱、主題、會話
   • 2.6 MQTT協議中的方法

 

1. MQTT協議特色

MQTT是一個基於客戶端-服務器的消息發佈/訂閱傳輸協議。MQTT協議是輕量、簡單、開放和易於實現的，這些特色使它適用範圍很是普遍。在不少狀況下，包括受限的環境中，如：機器與機器（M2M）通訊和物聯網（IoT）。其在，經過衛星鏈路通訊傳感器、偶爾撥號的醫療設備、智能家居、及一些小型化設備中已普遍使用。

MQTT協議當前版本爲，2014年發佈的MQTT v3.1.1。除標準版外，還有一個簡化版MQTT-SN，該協議主要針對嵌入式設備，這些設備通常工做於百TCP/IP網絡，如：ZigBee。

MQTT協議運行在TCP/IP或其餘網絡協議，提供有序、無損、雙向鏈接。其特色包括：

1. 使用的發佈/訂閱消息模式，它提供了一對多消息分發，以實現與應用程序的解耦。
2. 對負載內容屏蔽的消息傳輸機制。
3. 對傳輸消息有三種服務質量（QoS）：
   • 最多一次，這一級別會發生消息丟失或重複，消息發佈依賴於底層TCP/IP網絡。即：<=1
   • 至多一次，這一級別會確保消息到達，但消息可能會重複。即：>=1
   • 只有一次，確保消息只有一次到達。即：＝1。在一些要求比較嚴格的計費系統中，可使用此級別
4. 數據傳輸和協議交換的最小化（協議頭部只有2字節），以減小網絡流量
5. 通知機制，異常中斷時通知傳輸雙方

 

2. MQTT協議原理

2.1 MQTT協議實現方式

• 實現MQTT協議須要：客戶端和服務器端
• MQTT協議中有三種身份：發佈者（Publish）、代理（Broker）（服務器）、訂閱者（Subscribe）。其中，消息的發佈者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務器，消息發佈者能夠同時是訂閱者。
• MQTT傳輸的消息分爲：主題（Topic）和負載（payload）兩部分
  • Topic，能夠理解爲消息的類型，訂閱者訂閱（Subscribe）後，就會收到該主題的消息內容（payload）
  • payload，能夠理解爲消息的內容，是指訂閱者具體要使用的內容

 

2.2 網絡傳輸與應用消息

MQTT會構建底層網絡傳輸：它將創建客戶端到服務器的鏈接，提供二者之間的一個有序的、無損的、基於字節流的雙向傳輸。

當應用數據經過MQTT網絡發送時，MQTT會把與之相關的服務質量（QoS）和主題名（Topic）相關連。

 

2.3 MQTT客戶端

一個使用MQTT協議的應用程序或者設備，它老是創建到服務器的網絡鏈接。客戶端能夠：

• 發佈其餘客戶端可能會訂閱的信息
• 訂閱其它客戶端發佈的消息
• 退訂或刪除應用程序的消息
• 斷開與服務器鏈接

 

2.4 MQTT服務器

MQTT服務器以稱爲「消息代理」（Broker），能夠是一個應用程序或一臺設備。它是位於消息發佈者和訂閱者之間，它能夠：

• 接受來自客戶的網絡鏈接
• 接受客戶發佈的應用信息
• 處理來自客戶端的訂閱和退訂請求
• 向訂閱的客戶轉發應用程序消息

 

2.5 MQTT協議中的訂閱、主題、會話

訂閱（Subscription）

訂閱包含主題篩選器（Topic Filter）和最大服務質量（QoS）。訂閱會與一個會話（Session）關聯。一個會話能夠包含多個訂閱。每個會話中的每一個訂閱都有一個不一樣的主題篩選器。

會話（Session）

每一個客戶端與服務器創建鏈接後就是一個會話，客戶端和服務器之間有狀態交互。會話存在於一個網絡之間，也可能在客戶端和服務器之間跨越多個連續的網絡鏈接。

主題名（Topic Name）

鏈接到一個應用程序消息的標籤，該標籤與服務器的訂閱相匹配。服務器會將消息發送給訂閱所匹配標籤的每一個客戶端。

主題篩選器（Topic Filter）

一個對主題名通配符篩選器，在訂閱表達式中使用，表示訂閱所匹配到的多個主題。

負載（Payload）

消息訂閱者所具體接收的內容

 

2.6 MQTT協議中的方法

MQTT協議中定義了一些方法（也被稱爲動做）， 來於表示對肯定資源所進行操做。 這個資源能夠表明預先存在的數據或動態生成數據，這取決於服務器的實現。一般來講，資源指服務器上的文件或輸出。

Connect，等待與服務器創建鏈接

Disconnect，等待MQTT客戶端完成所作的工做，並與服務器斷開TCP/IP會話

Subscribe，等待完成訂閱

UnSubscribe，等待服務器取消客戶端的一個或多個topics訂閱

Publish，MQTT客戶端發送消息請求，發送完成後返回應用程序線程