精述IBM的MQTT協議和MQTT-S協議

一．MQTT簡介

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) 是由IBM研發的構建在TCP/IP之上的簡單輕量的消息協議，目標使用場景爲受限制環境，如低帶寬、高延遲、不可靠網絡，很適用於M2M和IoT中。它的競爭協議包括XMPP協議和IETF的CoAP協議。

MQTT協議最先於1999年發佈初版並被普遍使用在各個行業中，在2013年發佈MQTT 3.1版本。
MQTT-S(MQTT for Sensor Networks)是專門爲WSN（無線傳感器網絡，Wireless Sensor Network）設計的協議，是MQTT的修改版本，1.2版本於2014年推出，可用於zigbee網絡。

The EVERYTHING IoT platform使用MQTT做爲上百萬鏈接產品的M2M協議。Facebook Messenger、Amazon Web Service也都使用了MQTT協議。

二．MQTT具體細節

MQTT消息報文的方式包括connect,disconnect,subscribe,unsubscribe,publish等（相似於HTTP請求行的方法字段）。值得注意的是，爲了保持簡單和輕量，MQTT提供的安全比較少，主要藉助其餘設施，如SSL協議和由應用程序本身解決。

MQTT的消息模型爲publish-subscribe （發佈-訂閱模式），即設計模式中的觀察者模式，接收者(subscriber)向中介(broker)提交訂閱本身感興趣的內容，發送者(broker)把消息發送給中介，再由中介發送給訂閱者。
這種模式這種通訊模式的好處是接收者和發送者輕耦合，雙方都只需與中介打交道，不須要關心另外一方是誰和在哪裏，而且方便接收者、發送者數量的增長和減小，很適用於分佈式環境中，典型模式如圖1所示。

圖1 典型的發佈/訂閱消息通訊模型

把WSN融入傳統網絡的拓撲圖如圖2所示，

圖2  WSN和傳統網絡的融合圖

而把MQTT協議應用於傳統網絡中的拓撲模式如圖3所示（結構與圖2很相近，不一樣點在於傳統網絡中增長了broker的角色，充當中介，減輕了gateway的通訊交互壓力），其中WSN的gateway充當publisher的角色，把傳感器的數據發佈給傳統網絡中的用戶。

圖3  使用發佈/訂閱通訊模式的WSN與傳統網絡融合圖

而專門爲WSN而設計的MQTT-S協議中，在WSN中進一步細化了角色，把終端傳感器和執行器看成MQTT-S Client。從圖中能夠看出，MQTT-S協議用於WSN中傳感器與WSN網關的通訊，而MQTT協議用於WSN網關與傳統網絡中broker的通訊。兩個協議是能夠互補，一塊兒工做的。

圖4 MQTT-SN的結構

而更具體地，在WSN中網關做爲WSN傳感器與傳統互聯網中broker的中間者，通訊模式可分爲透明傳輸和匯聚傳輸兩種，如圖4所示。

透明傳輸實現更簡單，可是WSN中有多少終端，broker就會收到多少鏈接，而由於WSN中傳感器、執行器數量衆多，這種模式會給broker很大的鏈接壓力。相比之下匯聚傳輸則不會有這個問題，因此有大量WSN終端時匯聚模式更合適。

圖5 網關的透明傳輸和匯聚傳輸模式