海鑫智聖：物聯網漫談之MQTT協議

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什麼是MQTT協議

　　MQTT（訊息佇列遙測傳輸協議）是IBM在1999年專門針對物聯網等應用情境來制訂的輕量級雙向訊息傳輸協議，它主要是為瞭解決物聯網上使用到的裝置的互相通訊的問題，以及這些裝置與後端應用系統之間通訊的問題。

為什麼需要MQTT（或類似）協議

　　隨著智能硬體和移動互連網技術的快速發展，傳統的互連網協議越來越難以滿足物聯網的需要，體現在：移動網路代價昂貴，頻寬低、可靠性差；在嵌入裝置中運行，處理器和記憶體資源有限；海量線上裝置產生龐大資料，給雲端帶來很大的網路開銷和處理壓力。

MQTT如何工作

　　MQTT包括用戶端、代理（broker）兩部分，以智能家居系統為例，末端智能電器與手機為用戶端，雲中心為代理。用戶端首先向代理髮起請求，代理收到後對用戶端認證，認證通過後在用戶端與代理之間建立一個TCP長串連通道，用戶端通過該通道訂閱若干關注的主題（Topic），同時在自身狀態變化時，向相應的主題發布訊息，代理將該訊息發給正在訂閱該主題的所有用戶端，如。與HTTP不同，MQTT是一種多對多的通訊協定，裝置直接不直接相連，而是通過一個代理實現互相通訊。它是一種天然的非同步協議，可以很好地將請求端與響應端解耦。

MQTT協議有什麼好處

　　MQTT針對物聯網情境最佳化設計，考慮了網路的可達性，訊息的連通性，能耗等方面。具體來講：

　　一是它本身是特別輕量級的，使用一個8位的系統、30K的空間，就可以運行MQTT的用戶端。

　　二是它針對不穩定網路而設計，通常意義上的傳輸協議都是基於穩定網路的傳輸的，會專門為了這種穩定的網路去做一些最佳化。MQTT正好相反，協議較多地考慮了網路的不確定性，它本身還非常精簡，最小的傳輸位元組只有兩個，使得在較惡劣的網路條件下仍然有較好的訊息可達率。

　　三是它的訊息的互動模式跟傳統意義上不太一樣，它採用了發布和訂閱的模式。當資料來源發布一條訊息的時候，可以有多個訂閱端同時能收到這個訊息，這對於很多裝置互聯的物聯網情境比較靈活。

　　四是有訊息發布服務品質（QoS）機制，使用者可根據應用情境需要，選擇“至多一次”、“至少一次”或“只有一次”的傳輸品質，在效率與品質之間進行權衡。

　　五是用戶端異常中斷的通知機制（Last-Will-And-Testament）。當一個裝置連不上的時候，伺服器端有一個專門的機制能馬上知道這個裝置出了什麼狀況，從而可以非常快的反饋，對某一個結點做出一些補償。

MQTT取得了哪些成功實踐

　　1.物聯網雲

　　Evothings:國外物聯網生態平台，提供全套的軟硬體開發工具，協助開發人員構建智能硬體原型、開發訊息推送服務。

　　Yeelink:國內最大的物聯網雲平台之一，為使用者和智能硬體開發人員提供感應器雲端服務，並通過即時資料處理, 實現可靠的狀態監控。

　　2.即時訊息推送

　　Facebook是較早大規模採用MQTT 協議的互連網巨頭，其在移動用戶端中使用MQTT來更新通知、訊息和書籤等。

　　雲吧等平台藉助MQTT 協議提供即時Message Service，即時推送訊息到任意裝置、快速的給上百萬使用者發送訊息，實現單台裝置一對一推送，即時展示線上使用者、使用方式。目前在為幾萬開發人員、上億終端提供推送服務。國內搜狐等企業也使用了MQTT作為Android手機用戶端與伺服器端推送訊息的協議。

MQTT還有哪些問題

　　1.在網路變化頻繁或者不太穩定的2G/3G網路環境下表現不佳。

　　用戶端在每次TCP斷開或斷網後，會即刻發起TCP重連，串連成功後依次發送CONNECT命令、訂閱SUBSCRIBLE命令，當網路頻繁切換或者不太穩定時，上述機制一定程度上加重已經不堪的弱網路負擔。一些參考資源指出在業務層面進行重連策略、等待逾時等調整可最佳化該問題。此外，CoAP等其他基於UDP傳輸的物聯網協議對這類網路具有更好的適應性。

　　2.針對沒有TCP/IP支援的終端環境MQTT無法應用。

　　可以採用MQTT-SN（MQTT For Sensor Networks）協議進行補充，它是為了非常受限類似感應器設計的，能夠基於IEEE 802.15.4等無線區域網路發送UDP資料包，再通過MQTT-SN網關與MQTT broker建立串連。流程架構大致如下：

MQTT推薦資源

　　Mosca：基於Nodejs實現的一款功能較完善的broker

　　Paho: C/C++、Python、Java等語言的MQTT 用戶端庫

　　mosquitto：一款功能完善的開源原生broker

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