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MQTT通信協(xié)議簡介

概述

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

MQTT是輕量、簡單、開放和易于實現(xiàn)的，同時作為一種低開銷、低帶寬占用的即時通訊協(xié)議，使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設備、移動應用等方面有較廣泛的應用。

圖 1

MQTT具有如下特點：

1.輕量可靠：MQTT的報文格式精簡、緊湊，可在嚴重受限的硬件設備和低帶寬、高延遲的網(wǎng)絡上實現(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)點在于發(fā)布者與訂閱者的解耦，實現(xiàn)異步協(xié)議。即訂閱者與發(fā)布者無需建立直接連接，亦無需同時在線。

3.為物聯(lián)網(wǎng)而生：提供心跳機制、遺囑消息、QoS質量等級 + 離線消息、主題和安全管理等全面的物聯(lián)網(wǎng)應用特性。

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)平臺的標準通信協(xié)議。

應用場景

MQTT作為一種低開銷，低帶寬占用的即時通訊協(xié)議，可以極少的代碼和帶寬為聯(lián)網(wǎng)設備提供實時可靠的消息服務，適用于硬件資源有限的設備及帶寬有限的網(wǎng)絡環(huán)境。常見的應用場景如下：

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

2.移動即時消息及消息推送。

3.智能硬件、智能家居、智能電器。

4.車聯(lián)網(wǎng)通信，電動車站樁采集。

5.智慧城市、遠程醫(yī)療、遠程教育。

6.電力能源、石油能源。

Mosquitto工具安裝

Mosquitto是一款開源的MQTT消息代理（服務器）軟件，提供輕量級的、支持可發(fā)布/可訂閱的的消息推送模式。我司提供的評估板文件系統(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Ubuntu系統(tǒng)作為通信對象，因此需在Ubuntu終端執(zhí)行如下命令安裝Mosquitto工具，出現(xiàn)提示時輸入"Y"并按下回車即可。

Host# sudo apt-get install mosquitto-clients

圖 2

mqtt_client案例

案例說明

案例功能：使用libmosquitto(MQTT version 5.0/3.1.1)的API與MQTT代理服務器通信。基于MQTT通信協(xié)議，實現(xiàn)發(fā)布和訂閱消息功能。

程序流程圖如下圖所示。

圖 3

案例測試

本案例使用公網(wǎng)MQTTHiveMQ服務器與上位機Ubuntu Mosquitto工具通信。請通過網(wǎng)線將評估板千兆網(wǎng)口ETH0RGMII和上位機連接至公網(wǎng)，確?？烧ＴL問互聯(lián)網(wǎng)。

下表提供了可用的在線公共MQTT服務器，可根據(jù)需要自行切換。

表 1

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

Target# ./mqtt_client --help

圖 4

評估板發(fā)布/上位機訂閱

在上位機執(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服務器；

-p：指定MQTT服務器TCP端口；

-t：定義MQTT主題，可自定義命名。

圖 5

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

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服務器

-p：MQTT服務器端口

-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?評估板發(fā)布

消息發(fā)布成功后，上位機將從MQTT服務器接收到對應的消息。

圖 7?上位機訂閱

評估板訂閱/上位機發(fā)布

在評估板文件系統(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

在上位機執(zhí)行如下命令發(fā)布消息至MQTT服務器。

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

圖 9?上位機發(fā)布

消息發(fā)布成功后，評估板將從MQTT服務器接收到對應消息。

圖 10?評估板訂閱

案例編譯

將案例src文件夾拷貝至Ubuntu工作目錄下，請先確保已參考《Debian系統(tǒng)使用手冊》編譯過Linux SDK。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

修改的內容如下：

SDK_PATH = /home/tronlong/RK3588/rk3588_linux_release_v1.2.1 //設置LinuxSDK源碼路徑

圖 12

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

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

圖 13

關鍵代碼

1.創(chuàng)建Mosquitto實例。

圖 14

2.設置回調函數(shù)。

圖 15

3.連接MQTT服務器。

圖 16

4.發(fā)布消息。

圖 17

5.訂閱主題。

圖 18

mqtt_sinewave_pub案例

案例說明

案例功能：使用libmosquitto(MQTT version 5.0/3.1.1)的API與MQTT代理服務器通信。評估板生成正弦波數(shù)據(jù)，每秒發(fā)送512個采樣點的數(shù)據(jù)至MQTT服務器；上位機通過Web頁面從MQTT服務器接收到數(shù)據(jù)后，將會繪制波形。

程序流程圖如下圖所示。

圖 19

案例測試

本案例使用公網(wǎng)MQTT HiveMQ服務器與上位機UbuntuWeb程序通信。請通過網(wǎng)線將評估板千兆網(wǎng)口ETH0RGMII和上位機連接至公網(wǎng)，確?？烧ＴL問互聯(lián)網(wǎng)。

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

Target# ./mqtt_sinewave_pub --help

圖 20

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

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

圖 21

評估板程序運行后，在上位機使用瀏覽器打開"toolsweb_mqtt_sub"目錄下的index.html文件。在彈出的Web頁面（如下圖），依次輸入MQTT服務器：broker.hivemq.com，端口號：8000，最后點擊連接，Web頁面將會從MQTT服務器獲取正弦波數(shù)據(jù)并進行波形繪制。

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，因此使用的端口號不同。

圖 22