MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级的发布/订阅消息传输协议，专为资源受限设备和低带宽、高延迟、不可靠网络环境下的数据传输设计。它特别适合物联网（IoT）应用，广泛用于传感器数据采集、远程监控、消息推送等场景。该协议由IBM在1999年开发，并在2013年成为OASIS的标准（ISO/IEC 20922:2016）。

主要特点 #

1. 轻量级协议：

   • MQTT协议的数据开销极小，消息头只有2字节，非常适合低带宽网络。

2. 发布/订阅模式：

   • 采用发布/订阅（Publish/Subscribe）模式，而不是传统的请求/响应（Request/Response）模式。发布者（Publisher）将消息发布到特定主题（Topic），订阅者（Subscriber）可以订阅一个或多个主题，消息通过中间的代理（Broker）进行分发。

3. 面向消息的通信：

   • MQTT通过中间的Broker来处理消息分发，发布者与订阅者之间不直接通信，这使得系统更具扩展性和灵活性。

4. QoS（服务质量等级）：

   • MQTT支持三种消息传递质量的服务等级（QoS），以确保消息可靠传输：
     • QoS 0：最多一次（At most once），不确保消息到达，可能丢失。
     • QoS 1：至少一次（At least once），确保消息至少到达一次，但可能重复。
     • QoS 2：只有一次（Exactly once），确保消息准确到达，且不会重复。

5. 持久会话：

   • MQTT支持持久会话，即使设备断开网络，Broker也会缓存未发送的消息，等设备重新连接后推送给它。

6. 遗嘱消息（Last Will and Testament）：

   • 发布者在断开连接时，Broker可以发送它预先指定的"遗嘱消息"给订阅者，通知它们发布者的离线状态。

7. 消息保留（Retained Message）：

   • MQTT允许保留某个主题的最后一条消息，当新的订阅者加入时，Broker会将保留的消息推送给它。

8. 轻松扩展：

   • MQTT协议的设计非常适合构建大规模的分布式物联网系统，易于扩展并能处理成千上万的设备。

MQTT的工作原理 #

• Broker：消息代理，负责接收、过滤并将发布者发送的消息转发给订阅者。
• Publisher：消息发布者，负责向Broker发送消息。
• Subscriber：消息订阅者，订阅主题并接收来自Broker的消息。

典型的通信流程： #

1. 订阅者向Broker订阅一个或多个主题。
2. 发布者向Broker发布消息，指定发布的主题。
3. Broker接收到消息后，转发给所有订阅了该主题的订阅者。

MQTT的应用场景 #

由于其轻量级和高效的数据传输方式，MQTT广泛应用于以下场景：

1. 物联网（IoT）：

   • 适用于各种IoT设备之间的通信，如智能家居、环境监测、工业物联网（IIoT）等。

2. 远程监控与数据采集（SCADA）：

   • 由于其低带宽需求和实时通信特性，适合用于电力、水务、能源等行业的远程监控和数据采集。

3. 车联网（V2X）：

   • 可用于车辆间通信、远程诊断、远程控制等应用。

4. 消息推送系统：

   • 应用程序的实时消息推送，如新闻推送、社交应用的实时通知。

5. 医疗物联网：

   • 适用于低功耗、低带宽的设备，如可穿戴健康设备的数据传输和监控。

MQTT与其他协议的比较 #

• 与HTTP相比：HTTP是基于请求/响应的模式，适合一次性数据传输。而MQTT基于长连接和发布/订阅模式，适合需要实时通信和频繁数据更新的场景。MQTT的开销更小，尤其适合资源受限的设备和网络环境。

• 与CoAP相比：CoAP（Constrained Application Protocol）是另一种轻量级协议，专门为受限设备设计。它使用请求/响应模式，类似HTTP，但更加轻量化。而MQTT的发布/订阅模式更灵活，适合需要双向通信的场景。

总结 #

MQTT凭借其轻量级、低带宽、发布/订阅模式和高可靠性，已成为物联网通信领域的关键协议之一。它特别适合低功耗、低资源环境中的设备通信，推动了智能设备之间的高效数据交换和实时控制。