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物聯網MQTT通訊，主題訂閱，發送消息
什么是 MQTT？
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一種輕量級、基于發布-訂閱模式的消息傳輸協議，適用于資源受限的設備和低帶寬、高延遲或不穩定的網絡環境。它在物聯網應用中廣受歡迎，能夠實現傳感器、執行器和其它設備之間的高效通信。
MQTT有多個版本，其中3.0、3.1.1和5.0是比較常見的版本。以下是它們之間的主要區別：
MQTT 3.0：
這是MQTT協議的早期版本，奠定了MQTT的基礎。
它具有基本的發布/訂閱功能，但相對于后續版本，其功能較為有限。
MQTT 3.1.1：
在3.0版本的基礎上進行了改進和優化。
增加了對QoS（服務質量）級別的支持，提供了消息傳遞的可靠性保證。
引入了持久化連接，減少了網絡連接的開銷。
提供了更好的跨平臺支持，適用于各種設備和操作系統。
MQTT 5.0：
這是MQTT協議的最新版本，對之前的版本進行了大量的改進和擴展。
引入了新的特性，如共享訂閱（Shared Subscriptions），增強了負載均衡和容錯能力。
增加了對消息屬性的支持，使得消息更加靈活和可擴展。
提供了更好的安全性，支持TLS/SSL加密和身份驗證。
改進了QoS級別的實現，提供了更高的消息傳遞可靠性。
總結：從MQTT 3.0到3.1.1再到5.0，MQTT協議在功能、性能、安全性和可擴展性方面不斷進行改進和擴展，以滿足物聯網應用的需求。隨著版本的升級，MQTT協議逐漸變得更加成熟和完善，為物聯網應用提供了更強大的支持。
為什么 MQTT 是適用于物聯網的最佳協議？
MQTT 所具有的適用于物聯網特定需求的特點和功能，使其成為物聯網領域最佳的協議之一。它的主要特點包括：
輕量級：物聯網設備通常在處理能力、內存和能耗方面受到限制。MQTT 開銷低、報文小的特點使其非常適合這些設備，因為它消耗更少的資源，即使在有限的能力下也能實現高效的通信。
可靠：物聯網網絡常常面臨高延遲或連接不穩定的情況。MQTT 支持多種 QoS 等級、會話感知和持久連接，即使在困難的條件下也能保證消息的可靠傳遞，使其非常適合物聯網應用。
安全通信：安全對于物聯網網絡至關重要，因為其經常涉及敏感數據的傳輸。為確保數據在傳輸過程中的機密性，MQTT 提供傳輸層安全（TLS）和安全套接層（SSL）加密功能。此外，MQTT 還通過用戶名/密碼憑證或客戶端證書提供身份驗證和授權機制，以保護網絡及其資源的訪問。
雙向通信：MQTT 的發布-訂閱模式為設備之間提供了無縫的雙向通信方式。客戶端既可以向主題發布消息，也可以訂閱接收特定主題上的消息，從而實現了物聯網生態系統中的高效數據交換，而無需直接將設備耦合在一起。這種模式也簡化了新設備的集成，同時保證了系統易于擴展。
連續、有狀態的會話：MQTT 提供了客戶端與 Broker 之間保持有狀態會話的能力，這使得系統即使在斷開連接后也能記住訂閱和未傳遞的消息。此外，客戶端還可以在建立連接時指定一個保活間隔，這會促使 Broker 定期檢查連接狀態。如果連接中斷，Broker 會儲存未傳遞的消息（根據 QoS 級別確定），并在客戶端重新連接時嘗試傳遞它們。這個特性保證了通信的可靠性，降低了因間斷性連接而導致數據丟失的風險。
大規模物聯網設備支持：物聯網系統往往涉及大量設備，需要一種能夠處理大規模部署的協議。MQTT 的輕量級特性、低帶寬消耗和對資源的高效利用使其成為大規模物聯網應用的理想選擇。通過采用發布-訂閱模式，MQTT 實現了發送者和接收者的解耦，從而有效地減少了網絡流量和資源使用。此外，協議對不同 QoS 等級的支持使得消息傳遞可以根據需求進行定制，確保在各種場景下獲得最佳的性能表現。
語言支持：物聯網系統包含使用各種編程語言開發的設備和應用。MQTT 具有廣泛的語言支持，使其能夠輕松與多個平臺和技術進行集成，從而實現了物聯網生態系統中的無縫通信和互操作性。您可以閱讀我們的 MQTT 客戶端編程系列文章，學習如何在 PHP、Node.js、Python、Golang、Node.js 等編程語言中使用 MQTT。
MQTT 的工作原理
要了解 MQTT 的工作原理，首先需要掌握以下幾個概念：MQTT 客戶端、MQTT Broker、發布-訂閱模式、主題、QoS。
MQTT 客戶端
任何運行 MQTT 客戶端庫的應用或設備都是 MQTT 客戶端。例如，使用 MQTT 的即時通訊應用是客戶端，使用 MQTT 上報數據的各種傳感器是客戶端，各種 MQTT 測試工具也是客戶端。
MQTT Broker
MQTT Broker 是負責處理客戶端請求的關鍵組件，包括建立連接、斷開連接、訂閱和取消訂閱等操作，同時還負責消息的轉發。一個高效強大的 MQTT Broker 能夠輕松應對海量連接和百萬級消息吞吐量，從而幫助物聯網服務提供商專注于業務發展，快速構建可靠的 MQTT 應用。
關于 MQTT Broker 的更多詳情，請參閱文章 2023 年最全面的 MQTT Broker 比較指南。
發布-訂閱模式
發布-訂閱模式與客戶端-服務器模式的不同之處在于，它將發送消息的客戶端（發布者）和接收消息的客戶端（訂閱者）進行了解耦。發布者和訂閱者之間無需建立直接連接，而是通過 MQTT Broker 來負責消息的路由和分發。
下圖展示了 MQTT 發布/訂閱過程。溫度傳感器作為客戶端連接到 MQTT Broker，并通過發布操作將溫度數據發布到一個特定主題（例如 Temperature）。MQTT Broker 接收到該消息后會負責將其轉發給訂閱了相應主題（Temperature）的訂閱者客戶端。
主題
MQTT 協議根據主題來轉發消息。主題通過 / 來區分層級，類似于 URL 路徑，例如：
chat/room/1
sensor/10/temperature
sensor/+/temperature
MQTT 主題支持以下兩種通配符：+ 和 #。
+：表示單層通配符，例如 a/+ 匹配 a/x 或 a/y。
#：表示多層通配符，例如 a/# 匹配 a/x、a/b/c/d。
注意：通配符主題只能用于訂閱，不能用于發布。
QoS
MQTT 提供了三種服務質量（QoS），在不同網絡環境下保證消息的可靠性。
QoS 0：消息最多傳送一次。如果當前客戶端不可用，它將丟失這條消息。
QoS 1：消息至少傳送一次。
QoS 2：消息只傳送一次。
MQTT 的工作流程
客戶端使用 TCP/IP 協議與 Broker 建立連接，可以選擇使用 TLS/SSL 加密來實現安全通信。客戶端提供認證信息，并指定會話類型（Clean Session 或 Persistent Session）。
客戶端既可以向特定主題發布消息，也可以訂閱主題以接收消息。當客戶端發布消息時，它會將消息發送給 MQTT Broker；而當客戶端訂閱消息時，它會接收與訂閱主題相關的消息。
MQTT Broker 接收發布的消息，并將這些消息轉發給訂閱了對應主題的客戶端。它根據 QoS 等級確保消息可靠傳遞，并根據會話類型為斷開連接的客戶端存儲消息。
滬公網安備31010802001143號
