通过node-red实现MQTT通讯

  • 一.了解MQTT通讯协议及通讯过程
    • mqtt协议
    • 主要特性
      • 发布和订阅
    • MQTT协议原理
      • MQTT协议实现方式
      • 网络传输与应用消息
      • MQTT客户端
      • MQTT服务器
      • MQTT协议中的订阅、主题、会话
      • MQTT协议中的方法
    • MQTT协议数据包结构
  • 二.学会搭建并配置mosquitto
  • 三.在node-red上搭建流，在本地实现MQTT通讯

一.了解MQTT通讯协议及通讯过程

mqtt协议

  MQTT（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年发布的即时通讯协议。MQTT最大优点在于，用 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。有可能成为物联网的重要组成部分。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，被用来当做传感器和制动器(比如通过Twitter让房屋联网)的通信协议。
  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(例如通过卫星和代理连接，通过拨号和医疗保健提供者连接，以及在一些自动化或小型设备上，而且由于小巧，省电，协议开销小和能高效的向一和多个接收者传递信息，故同样适用于称动应用设备上。)。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。

  该协议主要针对 嵌入式设备，这些设备一般工作于TCP/IP网络;MQTT 与 HTTP 一样，MQTT 运行在传输控制协议/互联网协议 (TCP/IP) 堆栈之上。

主要特性

  MQTT协议工作在低带宽、不可靠的网络；为远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：
（1）使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合。
 这一点很类似于XMPP，但是MQTT的信息冗余远小于XMPP，,因为XMPP使用XML格式文本来传递数据。

（2）对负载内容屏蔽的消息传输。

（3）使用TCP/IP提供网络连接。
 主流的MQTT是基于TCP连接进行数据推送的，但是同样有基于UDP的版本，叫做MQTT-SN。这两种版本由于基于不同的连接方式，优缺点自然也就各有不同了。

（4）有三种消息发布服务质量：
 “至多一次”，消息发布完全依赖底层TCP/IP网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。这一种方式主要是 普通 APP的推送，倘若你的智能设备在消息推送时未联网，推送过去没收到，再次联网也就收不到了。
 “至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。
 “只有一次”，确保消息到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中，可以使用此级别。在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的推送，确保用户收到且只会收到一次。

（5）小型传输，开销很小（固定长度的头部是2字节），协议交换最小化，以降低网络流量。
   这就是为什么在介绍里说它非常适合“在物联网领域，传感器与服务器的通信，信息的收集”(要知道嵌入式设备的运算能力和带宽都相对薄弱，使用这种协议来传递消息再适合不过了。)

（6）使用Last Will和Testament特性通知有关各方客户端 异常中断的机制。
Last Will：即遗言机制，用于通知同一主题下的其他设备发送遗言的设备已经断开了连接。
Testament：遗嘱机制，功能类似于Last Will。

发布和订阅

  MQTT使用的发布/订阅消息模式，它提供了一对多的消息分发机制，从而实现与应用程序的解耦。
  这是一种消息传递模式，消息不是直接从发送器发送到接收器（即点对点），而是由MQTT server（或称为 MQTT Broker）（服务器）分发的。

MQTT 服务器是发布-订阅架构的核心。
  它可以非常简单地在Raspberry Pi或NAS等单板计算机上实现，当然也可以在大型机或 Internet 服务器上实现。
  服务器分发消息，因此必须是发布者，但绝不是订阅者！
  客户端可以发布消息（发送方）、订阅消息（接收方）或两者兼而有之。
  客户端（也称为节点）是一种智能设备，如微控制器或具有 TCP/IP 堆栈和实现 MQTT 协议的软件的计算机。
  消息在允许过滤的主题下发布。主题是分层划分的 UTF-8 字符串。不同的主题级别用斜杠“/”作为分隔符号。

我们来看看下面的简单的MQTT的应用场景，具体如下图所示；