隨著行業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)管理和接收所需的設(shè)備數(shù)量也在增加。為了解決眾多設(shè)備之間的通信問(wèn)題以及單個(gè)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備組合的問(wèn)題，已經(jīng)創(chuàng)建了物聯(lián)網(wǎng)(IoT)概念-基于某些功能的單個(gè)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的組合或特性，此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步與類似網(wǎng)絡(luò)組合在一起，從而創(chuàng)建更大的網(wǎng)絡(luò)，依此類推。

在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備通過(guò)各種接口和通信協(xié)議彼此交互。當(dāng)我們正在考慮物聯(lián)網(wǎng)概念的工業(yè)實(shí)現(xiàn)時(shí)，應(yīng)使用具有自己的協(xié)議和硬件的工業(yè)設(shè)備，讓我們開(kāi)始探討IIoT概念(工業(yè)物聯(lián)網(wǎng))。

為了進(jìn)行通信，設(shè)備可以使用各種工業(yè)協(xié)議。為此，MQTT很受歡迎。

什么是MQTT?

MQTT或消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸是一種輕巧的開(kāi)放式消息傳遞協(xié)議，用于在要求“代碼占用量小”或網(wǎng)絡(luò)帶寬受限的遠(yuǎn)程位置進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這些優(yōu)勢(shì)允許在M2M系統(tǒng)(機(jī)器對(duì)機(jī)器)和IIoT系統(tǒng)(工業(yè)物聯(lián)網(wǎng))中實(shí)現(xiàn)此協(xié)議。

還存在一種協(xié)議變體MQTT-SN(用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的MQTT)，以前稱為MQTT-S，其設(shè)計(jì)用于不支持TCP / IP網(wǎng)絡(luò)的嵌入式無(wú)線設(shè)備，例如ZigBee。

MQTT協(xié)議的功能

MQTT協(xié)議的主要功能：

● 異步協(xié)議

● 緊湊的消息

● 在數(shù)據(jù)傳輸線連接不穩(wěn)定的情況下運(yùn)行

● 支持多個(gè)服務(wù)質(zhì)量(QoS)級(jí)別

● 輕松集成新設(shè)備

在應(yīng)用程序?qū)由?，MQTT協(xié)議在TCP / IP協(xié)議之上工作，并且默認(rèn)使用端口1883(如果通過(guò)SSL連接則使用端口8883)。

在MQTT協(xié)議中，消息交換在客戶端(可能是消息發(fā)布者或消息訂閱者)與消息代理(例如Mosquitto MQTT)之間進(jìn)行。

發(fā)布者在MQTT Broker上發(fā)送數(shù)據(jù)，并在消息中指定了明確的主題。訂閱者可以根據(jù)對(duì)相應(yīng)主題的訂閱，從多個(gè)發(fā)布者接收各種數(shù)據(jù)。

MQTT設(shè)備使用確定類型的消息來(lái)與代理進(jìn)行通信。主要類型如下：

● 連接–建立與Message Broker的連接

● 斷開(kāi)連接–斷開(kāi)與消息代理的連接

● 發(fā)布–在Message Broker中發(fā)布有關(guān)主題的數(shù)據(jù)

● 訂閱–訂閱消息代理上的主題

● 退訂–退訂主題

消息的結(jié)構(gòu)

MQTT消息包含以下幾部分：

● 固定的標(biāo)頭(出現(xiàn)在所有消息中)

● 可變標(biāo)頭(出現(xiàn)在某些消息中)

● 數(shù)據(jù)，有效負(fù)載(存在于某些消息中)

固定頭

消息類型-例如：CONNECT，SUBSCRIBE，PUBLISH等。

每個(gè)MQTT數(shù)據(jù)包特有的標(biāo)志–這4位用于輔助標(biāo)志，輔助標(biāo)志的存在和狀態(tài)取決于消息類型。

剩余長(zhǎng)度–當(dāng)前消息長(zhǎng)度(可變報(bào)頭+數(shù)據(jù))，大小為1到4個(gè)字節(jié)。

總體而言，MQTT協(xié)議中有15種消息類型：

標(biāo)志

固定標(biāo)頭的前4個(gè)最高有效位用作特定標(biāo)志：

DUP –當(dāng)客戶端或MQTT代理提交重發(fā)的數(shù)據(jù)包(在PUBLISH，SUBSCRIBE，UNSUBSCRIBE，PUBREL中使用)時(shí)，將設(shè)置Duplicate。如果設(shè)置了該標(biāo)志，則變量頭必須包含消息ID(消息標(biāo)識(shí)符)。

QoS –服務(wù)質(zhì)量(0,1,2)

保留-發(fā)布帶有保留標(biāo)志的數(shù)據(jù)時(shí)，代理將對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)。建立對(duì)該主題的新訂閱后，代理將立即發(fā)送帶有此標(biāo)志的消息。僅在PUBISH類型的消息中使用。

可變標(biāo)題

某些標(biāo)頭中存在可變標(biāo)頭。

它包含以下數(shù)據(jù)：

● 數(shù)據(jù)包標(biāo)識(shí)符–存在于所有類型的消息中，但以下情況除外：CONNECT，CONNACK，PUBLISH(сQoS <1)，PINGREQ，PINGRESP，DISCONNECT

● 協(xié)議名稱–僅在CONNECT消息類型中顯示

● 協(xié)議版本–僅在CONNECT消息類型中存在

● 連接標(biāo)志–指定連接期間客戶端行為的標(biāo)志

用戶名–如果設(shè)置了該標(biāo)志，則有效負(fù)載中必須存在一個(gè)用戶名(用于客戶端身份驗(yàn)證)

密碼–如果設(shè)置了此標(biāo)志，則有效負(fù)載中必須存在密碼(用于客戶端身份驗(yàn)證)

將會(huì)保留-如果該標(biāo)志設(shè)置為1，則代理將存儲(chǔ)一個(gè)意愿消息。

Will QoS – Will Message的服務(wù)質(zhì)量。如果設(shè)置了意愿標(biāo)記，則必須存在意愿QoS和意愿保留。

意志標(biāo)志-如果設(shè)置了該標(biāo)志，則在客戶端斷開(kāi)代理而不發(fā)送DISCONNECT命令(如果發(fā)生不可預(yù)知的關(guān)閉，失敗等情況)之后，代理將通過(guò)所謂的意志消息通知所有已連接的客戶端。

干凈會(huì)話-如果將該標(biāo)志設(shè)置為0，則代理存儲(chǔ)一個(gè)會(huì)話，所有客戶端訂閱都將通過(guò)客戶端的下一個(gè)連接發(fā)送，并且在客戶端斷開(kāi)連接時(shí)，代理將接收來(lái)自QoS1和QoS2的所有消息。因此，如果該標(biāo)志設(shè)置為1，則到下一個(gè)連接，客戶端必須再次訂閱所有主題。

● 會(huì)話存在–在CONNACK類型的消息中應(yīng)用。如果Broker接受將Clean Session設(shè)置為1的連接，則必須將Session Present(SP)設(shè)置為0。如果Broker接受Clean Session設(shè)置為0的連接，則SP中設(shè)置的值取決于Broker是否已存儲(chǔ)此客戶端的會(huì)話狀態(tài)(如果是，則必須將SP設(shè)置為1，反之亦然)。會(huì)話存在標(biāo)志使客戶端能夠確定是否已經(jīng)存儲(chǔ)了會(huì)話狀態(tài)。

● 連接返回碼–如果代理出于某種原因無(wú)法從客戶端接收格式正確的CONNACK數(shù)據(jù)包，則必須在下表的CONNACK數(shù)據(jù)包的第二個(gè)字節(jié)中設(shè)置適當(dāng)?shù)闹担?br/>

數(shù)據(jù)，有效載荷

通過(guò)MQTT消息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的內(nèi)容和格式在設(shè)備中定義?？梢酝ㄟ^(guò)從剩余長(zhǎng)度中減去變量頭的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算數(shù)據(jù)大小。

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MQTT協(xié)議(QoS)中的服務(wù)質(zhì)量

發(fā)送消息時(shí)，MQTT支持三個(gè)級(jí)別的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。

QoS 0最多一次。在此級(jí)別上，發(fā)布者一次向代理發(fā)送一條消息，并且不等待任何響應(yīng)，即發(fā)送并忘記它。

QoS 1至少一次。此級(jí)別可確保將消息傳遞到代理，但是可以從發(fā)布者復(fù)制消息。一旦收到副本，代理將再次將此消息發(fā)送給訂閱服務(wù)器，并將消息接收確認(rèn)轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)布服務(wù)器。如果發(fā)布者未從代理獲取PUBACK消息，它將嘗試重新傳遞此數(shù)據(jù)包，將DUP設(shè)置為1。

QoS 2恰好一次。在此級(jí)別上，可以確保將消息傳遞到客戶端，并且不可能重復(fù)副本。

發(fā)布者向代理發(fā)送消息。該消息包含唯一的數(shù)據(jù)包ID，QoS = 2和DUP = 0。發(fā)布者存儲(chǔ)未經(jīng)確認(rèn)的消息，除非它從代理獲得PUBREC響應(yīng)。代理回復(fù)包含相同分組ID的PUBREC消息。收到此消息后，發(fā)布者發(fā)送具有相同數(shù)據(jù)包ID的PUBREL。代理必須存儲(chǔ)消息副本，直到獲得PUBREL。代理收到PUBREL后，它將刪除消息副本，并將有關(guān)已完成的事務(wù)的PUBCOMP消息發(fā)送給發(fā)布者。

關(guān)鍵詞：模擬量輸入輸出模塊