工业互联网数据采集技术-课件25.MQTT通信协议

主讲人：王超宁波城市职业技术学院工业互联网数据采集技术——MQTT通信协议序言MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。它轻量、简单、开放且易于实现，基于这些特点使它的适用范围非常广泛。目录CONTENTSMQTT的发展历程1MQTT的通信机制2MQTT的行业应用3MQTT的发展历程01PARTONEMQTT的发展历程01MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport，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协议之上，所有的物联网终端都通过TCP连接到云端，云端通过主题的方式管理各个设备关注的通讯内容，负责将设备与设备之间的消息进行转发。MQTT的发展历程01MQTT通信协议原本是IBM（InternationalBusinessMachinesCorporation，国际商业机器公司）在1999年其某款产品上发布使用的通信协议；到了2010年，IBM公开发布了MQTT3.1版本，使之成为了开源协议。2014年，MQTT协议正式成为了OASIS（OrganizationfortheAdvancementofStructuredInformationStandards，结构化信息标准促进组织）的标准协议。MQTT的发展历程01目前，MQTT协议已经成为了物联网系统上的网络协议标准。大多数工业互联网平台都不约而同的选择MQTT协议作为设备联网的“第一语言”，如华为云、腾讯云、阿里云，以及国外一些知名的互联网企业。02PARTTWOMQTT的通信机制MQTT的通信机制02实现MQTT协议需要客户端和服务器端相互完成通讯。在通讯过程中，MQTT协议有三种身份，分别是：发布者（Publish）、中介（Broker）、订阅者（Subscribe）。MQTT的通信机制02如图右图所示是MQTT的通信机制，MQTT交换的消息都附带“主题”地址，各个客户端把这个“主题”视为收信地址，对其执行传输消息的操作。MQTT的通信机制02首先，中介在等待各个客户端对其进行连接；订阅者连接中介，把自己想订阅的主题名称告诉中介，这就叫做订阅；发布者连接中介，以主题为收信地址发送消息，这就是发布。MQTT的通信机制02发布者一发布主题，中介就会把消息传递给订阅了该主题的订阅者。比如，如果订阅者订阅了主题A，那么只有在发布者发布了主题A的情况下，中介才会把消息传递给订阅者。订阅者和中介总是处于连接状态，而发布者则只需要在发布时建立连接，如果要在短期内数次发布，就需要保持连接状态了。因为中介起着转发消息的作用，所以各个客户端彼此之间没有必要知道对方的IP地址等位置信息。MQTT的通信机制02（1）客户端与服务器客户端（Client）：使用MQTT的程序或设备。客户端总是通过网络连接到服务端。发布者和订阅者都属于客户端，至于客户端到底是发布者还是订阅者，只取决于该客户端当前的状态——是在发布消息还是在订阅消息。当然，一个客户端可以同时是发布者和订阅者。客户端的范围很广，任何终端、嵌入式设备、服务器只要运行了MQTT的库或者代码，都可以称为MQTT客户端。服务端（Server）：一个程序或设备，作为发送消息的客户端和请求订阅的客户端之间的中介。MQTT的通信机制02（2）发布者、订阅者、中介发布者与订阅者：发布者和订阅者是相对于主题来说的身份，如果一个客户端以某个主题发布消息，那么这个客户端就是发布者；如果一个客户端订阅了某个主题，那么它就是订阅者。中介：负责接收发布者的消息，并发送给相应的订阅者，是整个MQTT订阅/发布的核心。MQTT的通信机制02（3）订阅、主题、会话主题：MQTT是通过主题对消息进行分类的，主题本质上就是一个UTF-8的字符串，不过可以通过反斜杠表示多个层级关系。主题并不需要创建，直接使用就是了。订阅（Subscription）：订阅包含一个主题过滤器（TopicFilter）和一个最大的服务质量（QoS）等级。订阅与单个会话（Session）关联。会话可以包含多于一个的订阅。会话的每个订阅都有一个不同的主题过滤器。MQTT传输的消息分为主题（Topic）和负载（payload）两部分。主题可以理解为消息的类型，订阅者订阅后，就会收到该主题的消息内容（payload）；负载可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。会话（Session）：客户端和服务端之间的状态交互。一些会话持续时长与网络连接一样，另一些可以在客户端和服务端的多个连续网络连接间扩展。03PARTTHREEMQTT的行业应用MQTT的行业应用03MQTT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为广泛的应用。MQTT的行业应用03MQTT可以用于从各种传感器和物联网设备(如温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光照传感器等)收集数据，实时检测设备工作状况，汇总数据并进行可视化监控。物联网数据采集及监控平台MQTT的行业应用03MQTT可以用于家庭设备、家庭安防、门禁系统、电梯管理、智慧路灯等设备之间的通信和协调，实现智能家居或智慧城市系统。智能家居或智慧城市系统MQTT的行业应用03MQTT可以用于在车辆、机器人和其他物理设备之间进行通信，实现物流及交通管理系统，为运营商或业务员提供更准确、快速和透明的信息。物流及交通管理系统MQTT的行业应用0