MQTT通信協議簡介

概述

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協議），是一種基于發布/訂閱(Publish/Subscribe)模式的“輕量級”通訊協議，該協議構建于TCP/IP協議上，由IBM在1999年發布。MQTT最大優點在于，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、開放和易于實現的，同時作為一種低開銷、低帶寬占用的即時通訊協議，使其在物聯網、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、高延遲的網絡上實現穩定傳輸。

2.發布/訂閱模式(Publish/Subscribe)：發布/訂閱模式的優點在于發布者與訂閱者的解耦，實現異步協議。即訂閱者與發布者無需建立直接連接，亦無需同時在線。

3.為物聯網而生：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網應用特性。

4.生態更完善：覆蓋范圍廣，已成為眾多云廠商物聯網平臺的標準通信協議。

應用場景

MQTT作為一種低開銷，低帶寬占用的即時通訊協議，可以極少的代碼和帶寬為聯網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絡環境。常見的應用場景如下：

1.物聯網M2M通信，物聯網大數據采集。

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.車聯網通信，電動車站樁采集。

5.智慧城市、遠程醫療、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、支持可發布/可訂閱的的消息推送模式。我司提供的評估板文件系統已支持Mosquitto工具，本文mqtt_client案例采用Mosquitto工具演示MQTT通信協議的通信功能。由于上位機Ubuntu系統作為通信對象，因此需在Ubuntu終端執行如下命令安裝Mosquitto工具，出現提示時輸入"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通信協議，實現發布和訂閱消息功能。

程序流程圖如下圖所示。

圖 3

案例測試

本案例使用公網MQTTHiveMQ服務器與上位機Ubuntu Mosquitto工具通信。請通過網線將評估板千兆網口ETH0RGMII和上位機連接至公網，確保可正常訪問互聯網。

下表提供了可用的在線公共MQTT服務器，可根據需要自行切換。

表 1

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

Target# ./mqtt_client --help

圖 4

評估板發布/上位機訂閱

在上位機執行如下命令，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

在評估板文件系統執行如下命令發布消息至MQTT服務器。

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

參數解析：

-h：MQTT服務器

-p：MQTT服務器端口

-M：模式，publish為發布，subscribe為訂閱

-t：MQTT主題，可隨便命名

-m：發布的MQTT消息

圖 6?評估板發布

消息發布成功后，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/上位機發布

在評估板文件系統執行如下命令訂閱MQTT主題。

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

圖 8

在上位機執行如下命令發布消息至MQTT服務器。

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

圖 9?上位機發布

消息發布成功后，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系統使用手冊》編譯過LinuxSDK。在案例src目錄執行如下命令，配置交叉編譯工具鏈環境變量，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行文件。

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

圖 13

關鍵代碼

1.創建Mosquitto實例。

圖 14

2.設置回調函數。

圖 15

3.連接MQTT服務器。

圖 16

4.發布消息。

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據，每秒發送512個采樣點的數據至MQTT服務器；上位機通過Web頁面從MQTT服務器接收到數據后，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MQTT HiveMQ服務器與上位機UbuntuWeb程序通信。請通過網線將評估板千兆網口ETH0RGMII和上位機連接至公網，確保可正常訪問互聯網。

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

Target# ./mqtt_sinewave_pub --help

圖 20

執行如下命令運行程序，連接MQTT服務器，并發送正弦波數據至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據并進行波形繪制。

備注：ARM端MQTT通信協議基于TCP協議，Web端MQTT通信協議基于WebSocket協議，因此使用的端口號不同。

圖 22

圖 23

案例編譯

將案例src文件夾拷貝至Ubuntu工作目錄下，請先確保已參考《Debian系統使用手冊》編譯過LinuxSDK。在案例src目錄執行如下命令，配置交叉編譯工具鏈環境變量，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

修改的內容如下：

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

圖 25

執行如下命令，進行案例編譯。編譯完成后在當前目錄下生成可執行文件。

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

圖 26

關鍵代碼

1.創建Mosquitto實例。

圖 27

2.設置回調函數。

圖 28

3.連接MQTT服務器。

圖 29

4.發送數據。

圖 30


審核編輯 黃宇