MQTT协议介绍

MQTT协议是什么?

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport Protocol)的全称是消息队列遥感传输协议的缩写,是一种基于轻量级代理的发布/订阅模式的消息传输协议,运行在TCP协议栈之上,为其提供有序、可靠、双向连接的网络连接保证。

MQTT协议如何工作?

MQTT采用代理的发布/订阅模式实现了发布者和订阅者的解耦(decouple),因此,在MQTT协议中有三种角色:代理服务器、发布者客户端以及订阅者客户端,其中发布者和订阅者互不干扰,也就是说发布者和订阅者互不知道对方的存在,它们只知道代理服务器,代理服务器负责将来自发布者的消息进行存储处理并将这些消息发送到正确的订阅者中去。

代理服务器(Server)

代理服务器可以是一个程序或者设备,作为发送消息的客户端和请求订阅的客户端之间的中介。其主要作用是接收发布者客户端发布的应用信息,然后将信息转发给符合条件的订阅者客户端。

百度智能云天工智能物联网平台为用户提供了代理服务器的功能。

客户端(Client)

客户端指使用MQTT协议的程序或设备。客户端包括发布者客户端和订阅者客户端,同一个客户端可以即是发布者也是订阅者。客户端可以发布消息给其它相关客户端,也可以订阅其它客户端发布的消息。

因为每个用户的设备和使用场景不同,通常用户需要自己开发客户端软件。MQTT官方提供了Client SDK,可以帮助客户快速开发MQTT客户端。

如何将消息正确送达?

MQTT通过“主题”实现将消息从发布者客户端送达至接收者客户端。“主题”是附加在应用消息上的一个标签,发布者客户端将“主题”和“消息”发送至代理服务器,代理服务器将该消息转发至每一个订阅了该“主题”的订阅者客户端,如下图所示:

一个主题名可以由多个主题层级组成,每一层通过“/”斜杠分隔开,如上图所示,订阅者客户端A将主题过滤器设置为“baidu/F1”;订阅者客户端B将主题过滤器设置为“baidu/F2”。发布者客户端向“baidu/F1”发布消息,因此只有订阅者客户端A可以接收到该消息。

主题过滤器指客户端在订阅时包含的一个表达式,用于表示相关的一个或多个主题。

如何使用通配符订阅多个主题?

如果用户需要一次订阅多个具有类似结构的主题,可以在主题过滤器中包含通配符。通配符只可用在主题过滤器中,在发布应用消息时的主题名不允许包含通配符,主题通配符有两种:

  • #:表示匹配>=0个层次,比如a/#就匹配a/b,a/b/c(不能匹配a/,后面必须有其它主题)。单独的一个#表示匹配所有,不允许a#或a/#/c等形式。

  • +:表示匹配一个层次,例如a/+匹配a/b,a/c,不匹配a/b/c。单独的一个+是允许的,但a+为非法形式。

如何确保消息已被送达?

发布者客户端通过设置PUBLISH报文中的QoS标志位,对于客户端发布的消息提供三种服务质量等级,如下:

  • QoS=0,协议对此等级应用信息不要求回应确认,也没有重发机制,这类信息可能会发生消息丢失或重复,取决于TCP/IP提供的尽最大努力交互的数据包服务。

  • 最少一次(At least once delivery):QoS=1,确保信息到达,但消息重复可能发生,发送者如果在指定时间内没有收到PUBACK控制报文,应用信息会被重新发送。

  • 仅仅一次(Exactlyonce delivery):QoS=2,最高级别的服务质量,消息丢失和重复都是不可接受的。

什么是临终遗嘱?

MQTT协议利用KeepAlive机制在客户端异常断开时发现问题。当客户端断开时(例如:电量耗尽、系统崩溃或者网络断开),代理服务器会采取相应措施。

客户端设置“临终遗嘱”(LWT)信息后,当代理服务器检测到客户端离线后,就会发送保存在特定主题上的 LWT 信息,让其它订阅该主题的客户端知道该节点已经意外离线。