MQTT通信協(xié)議簡(jiǎn)介

概述

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議），是一種基于發(fā)布/訂閱(Publish/Subscribe)模式的“輕量級(jí)”通訊協(xié)議，該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上，由IBM在1999年發(fā)布。MQTT最大優(yōu)點(diǎn)在于，可以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠(yuǎn)程設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù)。

MQTT是輕量、簡(jiǎn)單、開(kāi)放和易于實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)作為一種低開(kāi)銷(xiāo)、低帶寬占用的即時(shí)通訊協(xié)議，使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用等方面有較廣泛的應(yīng)用。

圖 1

MQTT具有如下特點(diǎn)：

1.輕量可靠：MQTT的報(bào)文格式精簡(jiǎn)、緊湊，可在嚴(yán)重受限的硬件設(shè)備和低帶寬、高延遲的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳輸。

2.發(fā)布/訂閱模式(Publish/Subscribe)：發(fā)布/訂閱模式的優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)布者與訂閱者的解耦，實(shí)現(xiàn)異步協(xié)議。即訂閱者與發(fā)布者無(wú)需建立直接連接，亦無(wú)需同時(shí)在線。

3.為物聯(lián)網(wǎng)而生：提供心跳機(jī)制、遺囑消息、QoS質(zhì)量等級(jí) + 離線消息、主題和安全管理等全面的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特性。

4.生態(tài)更完善：覆蓋范圍廣，已成為眾多云廠商物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。

應(yīng)用場(chǎng)景

MQTT作為一種低開(kāi)銷(xiāo)，低帶寬占用的即時(shí)通訊協(xié)議，可以極少的代碼和帶寬為聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù)，適用于硬件資源有限的設(shè)備及帶寬有限的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景如下：

1.物聯(lián)網(wǎng)M2M通信，物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)采集。

2.移動(dòng)即時(shí)消息及消息推送。

3.智能硬件、智能家居、智能電器。

4.車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信，電動(dòng)車(chē)站樁采集。

5.智慧城市、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育。

6.電力能源、石油能源。

Mosquitto工具安裝

Mosquitto是一款開(kāi)源的MQTT消息代理（服務(wù)器）軟件，提供輕量級(jí)的、支持可發(fā)布/可訂閱的的消息推送模式。我司提供的評(píng)估板文件系統(tǒng)已支持Mosquitto工具，本文mqtt_client案例采用Mosquitto工具演示MQTT通信協(xié)議的通信功能。由于上位機(jī)Ubuntu系統(tǒng)作為通信對(duì)象，因此需在Ubuntu終端執(zhí)行如下命令安裝Mosquitto工具，出現(xiàn)提示時(shí)輸入"Y"并按下回車(chē)即可。

Host# sudo apt-get install mosquitto-clients

圖 2

mqtt_client案例

案例說(shuō)明

案例功能：使用libmosquitto(MQTT version 5.0/3.1.1)的API與MQTT代理服務(wù)器通信?；贛QTT通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)發(fā)布和訂閱消息功能。

程序流程圖如下圖所示。

圖 3

案例測(cè)試

本案例使用公網(wǎng)MQTTHiveMQ服務(wù)器與上位機(jī)Ubuntu Mosquitto工具通信。請(qǐng)通過(guò)網(wǎng)線將評(píng)估板千兆網(wǎng)口ETH0RGMII和上位機(jī)連接至公網(wǎng)，確保可正常訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。

下表提供了可用的在線公共MQTT服務(wù)器，可根據(jù)需要自行切換。

表 1

評(píng)估板啟動(dòng)，將案例bin目錄下mqtt_client可執(zhí)行文件拷貝至評(píng)估板文件系統(tǒng)的任意目錄下，執(zhí)行如下命令查看程序參數(shù)說(shuō)明。

Target# ./mqtt_client --help

圖 4

評(píng)估板發(fā)布/上位機(jī)訂閱

在上位機(jī)執(zhí)行如下命令，使用mosquitto_sub工具訂閱MQTT主題。

Host# mosquitto_sub -h broker.hivemq.com -p 1883 -t test/data

參數(shù)解析：

-h：指定MQTT服務(wù)器；

-p：指定MQTT服務(wù)器TCP端口；

-t：定義MQTT主題，可自定義命名。

圖 5

在評(píng)估板文件系統(tǒng)執(zhí)行如下命令發(fā)布消息至MQTT服務(wù)器。

Target# ./mqtt_client -h broker.hivemq.com -p 1883 -M publish -t test/data -m 'www.tronlong.com'

參數(shù)解析：

-h：MQTT服務(wù)器

-p：MQTT服務(wù)器端口

-M：模式，publish為發(fā)布，subscribe為訂閱

-t：MQTT主題，可隨便命名

-m：發(fā)布的MQTT消息

圖 6?評(píng)估板發(fā)布

消息發(fā)布成功后，上位機(jī)將從MQTT服務(wù)器接收到對(duì)應(yīng)的消息。

圖 7?上位機(jī)訂閱

評(píng)估板訂閱/上位機(jī)發(fā)布

在評(píng)估板文件系統(tǒng)執(zhí)行如下命令訂閱MQTT主題。

Target# ./mqtt_client -h broker.hivemq.com -p 1883 -M subscribe -t test/data

圖 8

在上位機(jī)執(zhí)行如下命令發(fā)布消息至MQTT服務(wù)器。

Host# mosquitto_pub -h broker.hivemq.com -p 1883 -t test/data -m www.tronlong.com

圖 9?上位機(jī)發(fā)布

消息發(fā)布成功后，評(píng)估板將從MQTT服務(wù)器接收到對(duì)應(yīng)消息。

圖 10?評(píng)估板訂閱

案例編譯

將案例src文件夾拷貝至Ubuntu工作目錄下，請(qǐng)先確保已參考《Debian系統(tǒng)使用手冊(cè)》編譯過(guò)LinuxSDK。在案例src目錄執(zhí)行如下命令，配置交叉編譯工具鏈環(huán)境變量，并修改Makefile文件。

Host# export PATH=/home/tronlong/RK3588/rk3588_linux_release_v1.2.1/extra-tools/gcc-linaro-10.2.1-2021.01-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin:$PATH

Host# vimMakefile

圖 11

修改的內(nèi)容如下：

SDK_PATH = /home/tronlong/RK3588/rk3588_linux_release_v1.2.1 //設(shè)置LinuxSDK源碼路徑

圖 12

執(zhí)行如下命令，進(jìn)行案例編譯。編譯完成后在當(dāng)前目錄下生成可執(zhí)行文件。

Host# make CC=aarch64-linux-gnu-gcc

圖 13

關(guān)鍵代碼

1.創(chuàng)建Mosquitto實(shí)例。

圖 14

2.設(shè)置回調(diào)函數(shù)。

圖 15

3.連接MQTT服務(wù)器。

圖 16

4.發(fā)布消息。

圖 17

5.訂閱主題。

圖 18

mqtt_sinewave_pub案例

案例說(shuō)明

案例功能：使用libmosquitto(MQTT version 5.0/3.1.1)的API與MQTT代理服務(wù)器通信。評(píng)估板生成正弦波數(shù)據(jù)，每秒發(fā)送512個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)至MQTT服務(wù)器；上位機(jī)通過(guò)Web頁(yè)面從MQTT服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后，將會(huì)繪制波形。

程序流程圖如下圖所示。

圖 19

案例測(cè)試

本案例使用公網(wǎng)MQTT HiveMQ服務(wù)器與上位機(jī)UbuntuWeb程序通信。請(qǐng)通過(guò)網(wǎng)線將評(píng)估板千兆網(wǎng)口ETH0RGMII和上位機(jī)連接至公網(wǎng)，確保可正常訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。

評(píng)估板啟動(dòng)，將案例bin目錄下mqtt_sinewave_pub可執(zhí)行文件拷貝至評(píng)估板文件系統(tǒng)的任意目錄下，執(zhí)行如下命令查看程序參數(shù)說(shuō)明。

Target# ./mqtt_sinewave_pub --help

圖 20

執(zhí)行如下命令運(yùn)行程序，連接MQTT服務(wù)器，并發(fā)送正弦波數(shù)據(jù)至MQTT服務(wù)器。

Target# ./mqtt_sinewave_pub -h broker.hivemq.com -p 1883

圖 21

評(píng)估板程序運(yùn)行后，在上位機(jī)使用瀏覽器打開(kāi)"toolsweb_mqtt_sub"目錄下的index.html文件。在彈出的Web頁(yè)面（如下圖），依次輸入MQTT服務(wù)器：broker.hivemq.com，端口號(hào)：8000，最后點(diǎn)擊連接，Web頁(yè)面將會(huì)從MQTT服務(wù)器獲取正弦波數(shù)據(jù)并進(jìn)行波形繪制。

備注：ARM端MQTT通信協(xié)議基于TCP協(xié)議，Web端MQTT通信協(xié)議基于WebSocket協(xié)議，因此使用的端口號(hào)不同。

圖 22

圖 23

案例編譯

將案例src文件夾拷貝至Ubuntu工作目錄下，請(qǐng)先確保已參考《Debian系統(tǒng)使用手冊(cè)》編譯過(guò)LinuxSDK。在案例src目錄執(zhí)行如下命令，配置交叉編譯工具鏈環(huán)境變量，并修改Makefile文件。

Host# export PATH=/home/tronlong/RK3588/rk3588_linux_release_v1.2.1/extra-tools/gcc-linaro-10.2.1-2021.01-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin:$PATH

Host# vimMakefile

圖 24

修改的內(nèi)容如下：

SDK_PATH = /home/tronlong/RK3588/rk3588_linux_release_v1.2.1 //設(shè)置LinuxSDK源碼路徑

圖 25

執(zhí)行如下命令，進(jìn)行案例編譯。編譯完成后在當(dāng)前目錄下生成可執(zhí)行文件。

Host# make CC=aarch64-linux-gnu-gcc

圖 26

關(guān)鍵代碼

1.創(chuàng)建Mosquitto實(shí)例。

圖 27

2.設(shè)置回調(diào)函數(shù)。

圖 28

3.連接MQTT服務(wù)器。

圖 29

4.發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖 30


審核編輯 黃宇