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物联网传输协议MQTT的优势

黄工的嵌入式威廉希尔官方网站 圈 来源:黄工的嵌入式威廉希尔官方网站 圈 作者:黄工的嵌入式威廉希尔官方网站 2020-01-09 14:46 次阅读

物联网IoT) 设备需要连接到互联网,联网的方式有很多种,传输协议也有很多种,为什么MQTT才是物联网的首选传输协议呢?

本文重点讲述MQTT传输协议。

一、关于MQTTMQTT:Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输。

互联网的基础网络协议是 TCP/IP,MQTT(消息队列遥测传输) 是基于 TCP/IP 协议栈而构建的。

MQTT由IBM在1999年发布,是一种基于发布/订阅(publish / subscribe)模式的“轻量级”通讯协议,在 2014 年末,它正式成为了一种 OASIS 开放标准,而且在一些流行的编程语言中受到支持(通过使用多种开源实现)。

前面文章《http和tcp/ip的关系和区别》提及了OSI(开放式系统互联),这里MQTT同HTTP属于第七层(应用层)。

参考网址:

http://mqtt.orghttp://mqtt.p2hp.comhttps://www.ibm.com/developerworks/cn/iot/https://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v5.0/mqtt-v5.0.html

二、MQTT特点

MQTT特点:

开放消息协议,简单易实现

发布订阅模式,一对多消息发布

消息QoS支持,可靠传输保证

基于TCP/IP网络连接,提供有序,无损,双向连接。

1字节固定报头,2字节心跳报文,最小化传输开销和协议交换,有效减少网络流量。

设计规范:

由于物联网的环境是非常特别的,所以MQTT遵循以下设计原则:

精简,不添加可有可无的功能;

允许用户动态创建主题,零运维成本;

把传输量降到最低以提高传输效率;

把低带宽、高延迟、不稳定的网络等因素考虑在内;

支持连续的会话控制;

理解客户端计算能力可能很低;

提供服务质量管理;

发布/订阅(Pub/Sub)模式,方便消息在传感器之间传递;

假设数据不可知,不强求传输数据的类型与格式,保持灵活性。

三、物联网为何首选MQTT

1.为何选择 MQTT

MQTT 是一种轻量级的、灵活的网络协议,致力于为 IoT 开发人员实现适当的平衡:

这个轻量级协议可在严重受限的设备硬件和高延迟/带宽有限的网络上实现。

它的灵活性使得为 IoT 设备和服务的多样化应用场景提供支持成为可能。

为了了解为什么 MQTT 如此适合 IoT 开发人员,我们首先来分析一下为什么其他流行网络协议未在 IoT 中得到成功应用。

2.为什么不选择其他众多网络协议

大多数开发人员已经熟悉 HTTP Web 服务。那么为什么不让 IoT 设备连接到 Web 服务?设备可采用 HTTP 请求的形式发送其数据,并采用 HTTP 响应的形式从系统接收更新。这种请求和响应模式存在一些严重的局限性:

A.HTTP 是一种同步协议。客户端需要等待服务器响应。Web 浏览器具有这样的要求,但它的代价是牺牲了可伸缩性。在 IoT 领域,大量设备以及很可能不可靠或高延迟的网络使得同步通信成为问题。异步消息协议更适合 IoT 应用程序。传感器发送读数,让网络确定将其传送到目标设备和服务的最佳路线和时间。

B.HTTP 是单向的。客户端必须发起连接。在 IoT 应用程序中,设备或传感器通常是客户端,这意味着它们无法被动地接收来自网络的命令。

HTTP 是一种 1-1 协议。客户端发出请求,服务器进行响应。将消息传送到网络上的所有设备上,不但很困难,而且成本很高,而这是 IoT 应用程序中的一种常见使用情况。

C.HTTP 是一种有许多标头和规则的重量级协议。它不适合受限的网络。

出于上述原因,大部分高性能、可扩展的系统都使用异步消息总线来进行内部数据交换,而不使用 Web 服务。事实上,企业中间件系统中使用的最流行的消息协议被称为 AMQP(高级消息排队协议)。但是,在高性能环境中,计算能力和网络延迟通常不是问题。AMQP 致力于在企业应用程序中实现可靠性和互操作性。它拥有庞大的特性集,但不适合资源受限的 IoT 应用程序。

除了 AMQP 之外,还有其他流行的消息协议。例如,XMPP(Extensible Messaging and Presence Protocol,可扩展消息和状态协议)是一种对等即时消息 (IM) 协议。它高度依赖于支持 IM 用例的特性,比如存在状态和介质连接。与 MQTT 相比,它在设备和网络上需要的资源都要多得多。

那么,MQTT 为什么如此轻量且灵活?因为MQTT 协议的一个关键特性是发布和订阅模型。与所有消息协议一样,它将数据的发布者与使用者分离。


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