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!!!