物联网IoT系列之MQTT协议基础知识
文章目录
- 物联网IoT系列之MQTT协议基础知识
- 物联网IoT是什么?
- 什么是MQTT?
- 为什么说MQTT是适用于物联网的协议?
- MQTT工作原理
- 核心组件
- 核心机制
- MQTT工作流程
- 1. 建立连接
- 2. 发布和订阅
- 3. 消息确认
- 4. 断开连接
- MQTT工作流程图
- MQTT在物联网中的应用
物联网IoT系列之MQTT协议基础知识
物联网IoT是什么?
物联网(Internet of Things,简称IoT)是一个由互联网、传统电信网、传感器网络等组成的庞大网络,它通过嵌入式传感器、设备和软件,将物理世界中的物体连接起来,实现物与物、物与人、物与网络之间的智能化交互。简单来说,物联网就是让“万物互联”,让设备能够自主地感知、传输和处理数据,从而为人类生活和工业生产带来更高的效率和便利。
什么是MQTT?
MQTT(Message Quelemetry Transport)是一种轻量级的、基于发布订阅模式的网络传输协议,适用于资源受限的设备和低带宽、高延迟或不稳定的网络环境。它在物联网环境中应用广泛,能够实现传感器、执行器和其他设备之间的高效通信。
为什么说MQTT是适用于物联网的协议?
- 轻量级设计:MQTT协议头部最小仅2字节,网络传输开销极小,适合在窄带网络(如NB-IoT)中使用。
- 低功耗:使用异步传输机制和较小的数据包传输,使得设备在通信过程中的能耗更低。
- 高可靠性:提供3种QoS级别(0/1/2),确保消息必达。
- 灵活扩展:通过主题(Topic)和通配符机制,设备可以灵活订阅和发布消息,支持大规模设备接入。
- 适应不稳定网络:心跳机制和会话恢复功能,确保设备在断网后能够快速恢复连接并获取未读消息。
MQTT工作原理
核心组件
- 发布者(Publisher):将消息发布到指定的主题(Topic),例如温度传感器、智能开关等。
- 消息代理(Broker):作为中间节点,负责接收发布者的消息并转发给订阅者,例如EMQX、Mosquitto、AWS IoT等。
- 订阅者(Subscriber):订阅特定Topic的消息,例如手机App、云端控制台等。
核心机制
- Topic通配符
- 示例:
home/floor1/#,订阅floor1下所有子主题的消息。
- 示例:
- QoS机制
- QoS是MQTT中用于控制信息传输质量的机制,MQTT定义了三种不同的QoS等级:QoS 0、QoS 1和QoS 2。
| QoS等级 | 传输过程 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 0 | 最多发送一次(无需确认) | 实时性高但允许丢失数据的场景 |
| 1 | 至少一次(Broker确认) | 设备控制指令 |
| 2 | 精确一次(四次握手确保唯一性) | 支付、安全告警 |
MQTT工作流程
1. 建立连接
客户端向Broker发送CONNECT报文,包含客户端ID、用户名和密码等认证信息。Broker验证后返回CONNACK报文,表示连接成功。
2. 发布和订阅
- 发布:发布者将消息通过
PUBLISH报文发送到Broker指定的主题(Topic),Broker根据订阅关系将消息发送给指定的订阅者。 - 订阅:订阅者发送
SUBSCRIBE报文,指定要订阅的主题(Topic)和QoS级别。
3. 消息确认
根据QoS级别,消息可能需要确认:
- QoS 0:消息“最多发送一次”,无需确认。
- QoS 1:消息“至少发送一次”,需要确认。
- QoS 2:消息“仅发送一次”,需要复杂的确认流程。
4. 断开连接
客户端发送DISCONNECT报文,通知Broker主动断开连接。
MQTT工作流程图
以下是文字描述的流程图结构:
客户端|v
[建立连接] -> [发送CONNECT报文] -> [接收CONNACK报文]|v
[发布消息] -> [发送PUBLISH报文] -> [Broker转发消息]|v
[订阅消息] -> [发送SUBSCRIBE报文] -> [接收消息]|v
[消息确认] -> [根据QoS级别确认消息]|v
[断开连接] -> [发送DISCONNECT报文]
MQTT工作流程图:

MQTT在物联网中的应用
MQTT广泛应用于设备监控、车联网、智能家居等领域。例如:
- 工业设备监控:通过MQTT实现设备状态的实时传输。
- 智慧城市:用于环境传感器实时传输温度、湿度等数据。
- 智能家居:通过MQTT连接智能设备,实现远程控制和自动化管理。
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