MQTT介绍与使用

  物联网是新一代信息技术的重要组成部分,也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是:“Internet of things(IoT)”。顾名思义,物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思:其一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;其二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信,也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术,广泛应用于网络的融合中,也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

  而在物联网的应用上,对于信息传输,MQTT是一种再合适不过的协议工具了。

一、MQTT简介

  MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输协议),是一种基于发布/订阅(publish/subscribe)模式的轻量级协议,该协议构建于TCP/IP协议之上,MQTT最大优点在于,可以以极少的代码和有限的带宽,为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议,使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

  MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的,这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下,包括受限的环境中,如:机器与机器(M2M)通信和物联网(IoT)。其在,通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。  

二、特性

  MQTT协议工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议,它具有以下主要的几项特性:

  (1)使用发布/订阅消息模式,提供一对多的消息发布,解除应用程序耦合。

  (2)对负载内容屏蔽的消息传输。

  (3)使用TCP/IP提供网络连接。

  主流的MQTT是基于TCP连接进行数据推送的,但是同样有基于UDP的版本,叫做MQTT-SN。这两种版本由于基于不同的连接方式,优缺点自然也就各有不同了。

  (4)有三种消息发布服务质量:

  “至多一次”,消息发布完全依赖底层TCP/IP网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况,环境传感器数据,丢失一次读记录无所谓,因为不久后还会有第二次发送。这一种方式主要普通APP的推送,倘若你的智能设备在消息推送时未联网,推送过去没收到,再次联网也就收不到了。

  “至少一次”,确保消息到达,但消息重复可能会发生。

  “只有一次”,确保消息到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中,可以使用此级别。在计费系统中,消息重复或丢失会导致不正确的结果。这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的推送,确保用户收到且只会收到一次。 

  (5)小型传输,开销很小(固定长度的头部是2字节),协议交换最小化,以降低网络流量。

  这就是为什么在介绍里说它非常适合“在物联网领域,传感器与服务器的通信,信息的收集”,要知道嵌入式设备的运算能力和带宽都相对薄弱,使用这种协议来传递消息再适合不过了。

三、实现方式  

  实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成,在通讯过程中,MQTT协议中有三种身份:发布者(Publish)、代理(Broker)(服务器)、订阅者(Subscribe)。其中,消息的发布者和订阅者都是客户端,消息代理是服务器,消息发布者可以同时是订阅者。

  MQTT传输的消息分为:主题(Topic)和负载(payload)两部分:

  (1)Topic,可以理解为消息的类型,订阅者订阅(Subscribe)后,就会收到该主题的消息内容(payload);

  (2)payload,可以理解为消息的内容,是指订阅者具体要使用的内容。

四、MQTT的搭建(ubuntu)

  1、apt-get安装mqtt相关包

  

  

  2、测试mosquitto是否正确运行

  

  3、本机终端测试mqtt

  打开一个终端,订阅主题

mosquitto_sub -h 192.168.1.102 -t "mqtt" -v

  【-h】指定要连接的MQTT服务器 
  【-t】订阅主题,此处为mqtt 
  【-v】打印更多的调试信息

  再打开一个终端,发布主题

mosquitto_pub -h 192.168.1.102 -t "mqtt" -m "Hello Stonegeek"

  【-h】指定要连接的MQTT服务器 
  【-t】向指定主题推送消息 
  【-m】指定消息内容

  结果展示

  

五、MQTT权限配置

  前面我们基于Mosquitto服务器已经搭建成功了,但是默认是允许匿名用户登录,对于正式上线的项目则是需要进行用户认证(当然,用户一般都会与数据库映射,不过在这里我们就会直接将用户写入配置文件中)

  1、Mosquitto服务器的配置文件为/etc/mosquitto/mosquitto.conf,关于用户认证的方式和读取的配置都在这个文件中进行

  配置文件参数说明:

ID allow_anonymous password_file  acl_file result
1 True(默认)     允许匿名方式登录
2 False password_file   开启用户验证机制
3 False password_file acl_file 开启用户验证机制,但访问控制不起作用
4 True password_file acl_file 用户名及密码不为空,将自动进行用户验证且受到访问控制的限制;用户名及密码为空,将不进行用户验证且受到访问控制的限制
5 False     无法启动服务

  allow_anonymous允许匿名

  password-file密码文件

  acl_file访问控制列表

  2、修改配置文件

  命令:sudo vi /etc/mosquitto/mosquitto.conf

  

  3、添加用户信息

  

  命令解释: -c 创建一个用户、/etc/mosquitto/pwfile.example 是将用户创建到 pwfile.example  文件中、admin 是用户名。 

        同样连续会提示连续输入两次密码。注意第二次创建用户时不用加 -c 如果加 -c 会把第一次创建的用户覆盖。

        至此两个用户创建成功,此时如果查看 pwfile.example 文件会发现其中多了两个用户。

  4、添加Topic和用户的关系

  

  5、用户认证测试

  (1)重启Mosquitto步骤    

  查看mosquitto的进程

  命令:ps -aux|grep mosquitto

  

  (2)杀死进程

  命令:sudo kill -9 pid

  

  (3)启动

  命令:mosquitto -c /etc/mosquitto/mosquitto.conf 

  (4)订阅端启动(不加用户)

  

  订阅端启动(加用户)

  

  (5)发布端启动

  

六、MQTT实现(Java语言)

  注意:由于我们在上面配置了MQTT的用户权限控制,所以下面的用户只能使用stonegeek登录,否则项目会运行报错,而且我们在上面设置的访问控制列表中只有mtopic主题,所以我们必须使用此主题,否则,订阅者会收不到已发布的主题内容(已经测试过了)

  

  下面是我们Java语言实现的MQTT服务的发布/订阅

  1、添加Maven依赖

    <dependency>
      <groupId>org.eclipse.paho</groupId>
      <artifactId>org.eclipse.paho.client.mqttv3</artifactId>
      <version>1.1.1</version>
    </dependency>

  2、ServerMQTT.class

package com.stonegeek;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttClient;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttDeliveryToken;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttException;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttPersistenceException;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttTopic;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;
/**
 * Created by StoneGeek on 2018/6/5.
 * 博客地址:http://www.cnblogs.com/sxkgeek
 * 服务器向多个客户端推送主题,即不同客户端可向服务端订阅相同的主题
 */
public class ServerMQTT {
    //tcp://MQTT安装的服务器地址:MQTT定义的端口号
    public static final String HOST = "tcp://192.168.1.102:1883";
    //定义一个主题
    public static final String TOPIC = "mtopic";
    //定义MQTT的ID,可以在MQTT服务配置中指定
    private static final String clientid = "server11";

    private MqttClient client;
    private MqttTopic topic11;
    private String userName = "stonegeek";
    private String passWord = "123456";

    private MqttMessage message;

    /**
     * 构造函数
     * @throws MqttException
     */
    public ServerMQTT() throws MqttException {
        // MemoryPersistence设置clientid的保存形式,默认为以内存保存
        client = new MqttClient(HOST, clientid, new MemoryPersistence());
        connect();
    }

    /**
     *  用来连接服务器
     */
    private void connect() {
        MqttConnectOptions options = new MqttConnectOptions();
        options.setCleanSession(false);
        options.setUserName(userName);
        options.setPassword(passWord.toCharArray());
        // 设置超时时间
        options.setConnectionTimeout(10);
        // 设置会话心跳时间
        options.setKeepAliveInterval(20);
        try {
            client.setCallback(new PushCallback());
            client.connect(options);

            topic11 = client.getTopic(TOPIC);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     *
     * @param topic
     * @param message
     * @throws MqttPersistenceException
     * @throws MqttException
     */
    public void publish(MqttTopic topic , MqttMessage message) throws MqttPersistenceException,
            MqttException {
        MqttDeliveryToken token = topic.publish(message);
        token.waitForCompletion();
        System.out.println("message is published completely! "
                + token.isComplete());
    }

    /**
     *  启动入口
     * @param args
     * @throws MqttException
     */
    public static void main(String[] args) throws MqttException {
        ServerMQTT server = new ServerMQTT();

        server.message = new MqttMessage();
        server.message.setQos(1);
        server.message.setRetained(true);
        server.message.setPayload("hello,topic11".getBytes());
        server.publish(server.topic11 , server.message);
        System.out.println(server.message.isRetained() + "------ratained状态");
    }
}

  3、ClientMQTT.class

package com.stonegeek;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttClient;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttException;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttTopic;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;
/**
 * Created by StoneGeek on 2018/6/5.
 * 博客地址:http://www.cnblogs.com/sxkgeek
 */
public class ClientMQTT {
    public static final String HOST = "tcp://192.168.1.102:1883";
    public static final String TOPIC = "mtopic";
    private static final String clientid = "client11";
    private MqttClient client;
    private MqttConnectOptions options;
    private String userName = "stonegeek";
    private String passWord = "123456";

    private ScheduledExecutorService scheduler;

    private void start() {
        try {
            // host为主机名,clientid即连接MQTT的客户端ID,一般以唯一标识符表示,MemoryPersistence设置clientid的保存形式,默认为以内存保存
            client = new MqttClient(HOST, clientid, new MemoryPersistence());
            // MQTT的连接设置
            options = new MqttConnectOptions();
            // 设置是否清空session,这里如果设置为false表示服务器会保留客户端的连接记录,这里设置为true表示每次连接到服务器都以新的身份连接
            options.setCleanSession(true);
            // 设置连接的用户名
            options.setUserName(userName);
            // 设置连接的密码
            options.setPassword(passWord.toCharArray());
            // 设置超时时间 单位为秒
            options.setConnectionTimeout(10);
            // 设置会话心跳时间 单位为秒 服务器会每隔1.5*20秒的时间向客户端发送个消息判断客户端是否在线,但这个方法并没有重连的机制
            options.setKeepAliveInterval(20);
            // 设置回调
            client.setCallback(new PushCallback());
            MqttTopic topic = client.getTopic(TOPIC);
            //setWill方法,如果项目中需要知道客户端是否掉线可以调用该方法。设置最终端口的通知消息
            options.setWill(topic, "close".getBytes(), 2, true);

            client.connect(options);
            //订阅消息
            int[] Qos  = {1};
            String[] topic1 = {TOPIC};
            client.subscribe(topic1, Qos);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws MqttException {
        ClientMQTT client = new ClientMQTT();
        client.start();
    }
}

  4、PushCallback.class

package com.stonegeek;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttCallback;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.IMqttDeliveryToken;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;

/**
* Created by StoneGeek on 2018/6/5.
* 博客地址:http://www.cnblogs.com/sxkgeek
* 发布消息的回调类
*
* 必须实现MqttCallback的接口并实现对应的相关接口方法CallBack 类将实现 MqttCallBack。
* 每个客户机标识都需要一个回调实例。在此示例中,构造函数传递客户机标识以另存为实例数据。
* 在回调中,将它用来标识已经启动了该回调的哪个实例。
* 必须在回调类中实现三个方法:
*
* public void messageArrived(MqttTopic topic, MqttMessage message)接收已经预订的发布。
*
* public void connectionLost(Throwable cause)在断开连接时调用。
*
* public void deliveryComplete(MqttDeliveryToken token))
* 接收到已经发布的 QoS 1 或 QoS 2 消息的传递令牌时调用。
* 由 MqttClient.connect 激活此回调。
*/
public class PushCallback implements MqttCallback{
public void connectionLost(Throwable cause) {
// 连接丢失后,一般在这里面进行重连
System.out.println("连接断开,可以做重连");
}

public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken token) {
System.out.println("deliveryComplete---------" + token.isComplete());
}

public void messageArrived(String topic, MqttMessage message) throws Exception {
// subscribe后得到的消息会执行到这里面
System.out.println("接收消息主题 : " + topic);
System.out.println("接收消息Qos : " + message.getQos());
System.out.println("接收消息内容 : " + new String(message.getPayload()));
}
}

  5、结果展示

  

  

  以上我们MQTT的简单搭建与应用就结束了,之后我们会深入了解MQTT协议的!!!

  

  

  

  

 

 

  

posted @ 2018-06-05 15:51  StoneGeek  阅读(...)  评论(...编辑  收藏