海鑫智圣：物联网漫谈之MQTT协议

什么是MQTT协议

　　MQTT（消息队列遥测传输协议）是IBM在1999年专门针对物联网等应用场景来制订的轻量级双向消息传输协议，它主要是为了解决物联网上使用到的设备的互相通信的问题，以及这些设备与后端应用系统之间通信的问题。

为什么需要MQTT（或类似）协议

　　随着智能硬件和移动互联网技术的快速发展，传统的互联网协议越来越难以满足物联网的需要，体现在：移动网络代价昂贵，带宽低、可靠性差；在嵌入设备中运行，处理器和内存资源有限；海量在线设备产生庞大数据，给云端带来很大的网络开销和处理压力。

MQTT如何工作

　　MQTT包括客户端、代理（broker）两部分，以智能家居系统为例，末端智能电器与手机为客户端，云中心为代理。客户端首先向代理发起请求，代理收到后对客户端认证，认证通过后在客户端与代理之间建立一个TCP长连接通道，客户端通过该通道订阅若干关注的主题（Topic），同时在自身状态变化时，向相应的主题发布消息，代理将该消息发给正在订阅该主题的所有客户端，如下图。与HTTP不同，MQTT是一种多对多的通信协议，设备直接不直接相连，而是通过一个代理实现互相通信。它是一种天然的异步协议，可以很好地将请求端与响应端解耦。

MQTT协议有什么好处

　　MQTT针对物联网场景优化设计，考虑了网络的可达性，消息的连通性，能耗等方面。具体来讲：

　　一是它本身是特别轻量级的，使用一个8位的系统、30K的空间，就可以运行MQTT的客户端。

　　二是它针对不稳定网络而设计，通常意义上的传输协议都是基于稳定网络的传输的，会专门为了这种稳定的网络去做一些优化。MQTT正好相反，协议较多地考虑了网络的不确定性，它本身还非常精简，最小的传输字节只有两个，使得在较恶劣的网络条件下仍然有较好的消息可达率。

　　三是它的消息的交互模式跟传统意义上不太一样，它采用了发布和订阅的模式。当数据源发布一条消息的时候，可以有多个订阅端同时能收到这个消息，这对于很多设备互联的物联网场景比较灵活。

　　四是有消息发布服务质量（QoS）机制，用户可根据应用场景需要，选择“至多一次”、“至少一次”或“只有一次”的传输质量，在效率与质量之间进行权衡。

　　五是客户端异常中断的通知机制（Last-Will-And-Testament）。当一个设备连不上的时候，服务器端有一个专门的机制能马上知道这个设备出了什么状况，从而可以非常快的反馈，对某一个结点做出一些补偿。

MQTT取得了哪些成功实践

　　1.物联网云

　　Evothings:国外物联网生态平台，提供全套的软硬件开发工具，帮助开发者构建智能硬件原型、开发消息推送服务。

　　Yeelink:国内最大的物联网云平台之一，为用户和智能硬件开发者提供传感器云服务，并通过实时数据处理, 实现可靠的状态监控。

　　2.实时消息推送

　　Facebook是较早大规模采用MQTT 协议的互联网巨头，其在移动客户端中使用MQTT来更新通知、消息和书签等。

　　云吧等平台借助MQTT 协议提供实时消息服务，实时推送消息到任意设备、快速的给上百万用户发送消息，实现单台设备一对一推送，实时展示在线用户、使用情况。目前在为几万开发者、上亿终端提供推送服务。国内搜狐等企业也使用了MQTT作为Android手机客户端与服务器端推送消息的协议。

MQTT还有哪些问题

　　1.在网络变化频繁或者不太稳定的2G/3G网络环境下表现不佳。

　　客户端在每次TCP断开或断网后，会即刻发起TCP重连，连接成功后依次发送CONNECT命令、订阅SUBSCRIBLE命令，当网络频繁切换或者不太稳定时，上述机制一定程度上加重已经不堪的弱网络负担。一些参考资源指出在业务层面进行重连策略、等待超时等调整可优化该问题。此外，CoAP等其他基于UDP传输的物联网协议对这类网络具有更好的适应性。

　　2.针对没有TCP/IP支持的终端环境MQTT无法应用。

　　可以采用MQTT-SN（MQTT For Sensor Networks）协议进行补充，它是为了非常受限类似传感器设计的，能够基于IEEE 802.15.4等无线局域网发送UDP数据包，再通过MQTT-SN网关与MQTT broker建立连接。流程架构大致如下：

MQTT推荐资源

　　Mosca：基于Nodejs实现的一款功能较完善的broker

　　Paho: C/C++、Python、Java等语言的MQTT 客户端库

　　mosquitto：一款功能完善的开源原生broker

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