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MQTT 软件包介绍

Paho MQTT 是 Eclipse 实现的 MQTT 协议的客户端,本软件包是在 Eclipse paho-mqtt 源码包的基础上设计的一套 MQTT 客户端程序。

文件目录结构

pahomqtt
├───docs 
│   └───figures                     // 文档使用图片
│   │   api.md                      // API 使用说明
│   │   introduction.md             // 介绍文档
│   │   principle.md                // 实现原理
│   │   README.md                   // 文档结构说明  
│   │   samples.md                  // 软件包示例
│   │   user-guide.md               // 使用说明
│   └───version.md                  // 版本
├───MQTTClient-RT                   // 移植文件
├───MQTTPacket                      // 源文件
├───samples                         // 示例代码
│       mqtt_sample.c               // 软件包应用示例代码
├───tests                           // mqtt 功能测试程序
│   LICENSE                         // 软件包许可证
│   README.md                       // 软件包使用说明
└───SConscript                      // RT-Thread 默认的构建脚本

RT-Thread 软件包功能特点

RT-Thread MQTT 客户端功能特点如下:

  • 断线自动重连

    RT-Thread MQTT 软件包实现了断线重连机制,在断网或网络不稳定导致连接断开时,会维护登陆状态,重新连接,并自动重新订阅 Topic。提高连接的可靠性,增加了软件包的易用性。

  • pipe 模型,非阻塞 API

    降低编程难度,提高代码运行效率,适用于高并发数据量小的情况。

  • 事件回调机制

    在建立连接、收到消息或者断开连接等事件时,可以执行自定义的回调函数。

  • TLS 加密传输

    MQTT 可以采用 TLS 加密方式传输,保证数据的安全性和完整性 。

MQTT 简述

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输协议),是一种基于发布/订阅(publish/subscribe)模式的“轻量级”通讯协议,该协议构建于 TCP/IP 协议上,由 IBM 在1999年发布。MQTT 最大优点在于,可以以极少的代码和有限的带宽,为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议,使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

MQTT 是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT 协议是轻量、简单、开放和易于实现的,这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下,包括受限的环境中,如:机器与机器(M2M)通信和物联网(IoT)。其在,通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。

MQTT 功能介绍

MQTT 协议运行在 TCP/IP 或其他网络协议之上,它将建立客户端到服务器的连接,提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。当应用数据通过 MQTT 网络发送时, MQTT 会把与之相关的服务质量(QoS)和主题名(Topic)相关连,其特点包括:

  1. 使用发布/订阅消息模式,它提供了一对多消息分发,以实现与应用程序的解耦。
  2. 对负载内容屏蔽的消息传输机制。
  3. 对传输消息有三种服务质量(QoS):
    1. 最多一次,这一级别会发生消息丢失或重复,消息发布依赖于底层 TCP/IP 网络。即:<=1
    2. 至多一次,这一级别会确保消息到达,但消息可能会重复。即:>=1
    3. 只有一次,确保消息只有一次到达。即:=1。在一些要求比较严格的计费系统中,可以使用此级别。
  4. 数据传输和协议交换的最小化(协议头部只有2字节),以减少网络流量。
  5. 通知机制,异常中断时通知传输双方。

MQTT 客户端

一个使用MQTT协议的应用程序或者设备,它总是建立到服务器的网络连接。客户端可以:

  • 与服务器建立连接
  • 发布其他客户端可能会订阅的信息
  • 接收其它客户端发布的消息
  • 退订已订阅的消息

MQTT 服务器

MQTT服务器以称为“消息代理”(Broker),可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅者之间,它可以:

  • 接受来自客户的网络连接
  • 接收客户发布的应用信息
  • 处理来自客户端的订阅和退订请求
  • 向订阅的客户转发应用程序消息

MQTT 协议中的方法

MQTT协议中定义了一些方法(也被称为动作), 用来表示对确定资源所进行操作。 这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据,这取决于服务器的实现。通常来说,资源指服务器上的文件或输出。

  • Connect:等待与服务器建立连接。
  • Disconnect:等待 MQTT 客户端完成所做的工作,并与服务器断开 TCP/IP 会话。
  • Subscribe:等待完成订阅。
  • UnSubscribe:等待服务器取消客户端的一个或多个 Topics 订阅。
  • Publish:MQTT 客户端发送消息请求,发送完成后返回应用程序线程。

MQTT 协议中的订阅、主题、会话

  • 订阅(Subscription)

    订阅包含主题筛选器(Topic Filter)和最大服务质量(QoS)。订阅会与一个会话(Session)关联。一个会话可以包含多个订阅。每一个会话中的每个订阅都有一个不同的主题筛选器。

  • 会话(Session)

    每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话,客户端和服务器之间有状态交互。会话存在于一个网络之间,也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接。

  • 主题名(Topic Name)

    连接到一个应用程序消息的标签,该标签与服务器的订阅相匹配。服务器会将消息发送给订阅所匹配标签的每个客户端。

  • 主题筛选器(Topic Filter)

    一个对主题名通配符筛选器,在订阅表达式中使用,表示订阅所匹配到的多个主题。

  • 负载(Payload)

    消息订阅者所具体接收的内容。

  • 应用消息 Application Message

    MQTT协议通过网络传输应用数据。应用消息通过MQTT传输时,它们有关联的服务质量(QoS)和主题(Topic)。

  • 控制报文 MQTT Control Packet

    通过网络连接发送的信息数据包。MQTT规范定义了十四种不同类型的控制报文,其中一个(PUBLISH报文)用于传输应用消息。

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