2。1 MQTT理论

2。1。1 MQTT简介

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是由IBM公司提出的一个基于代理的消息传输协议。它是一种构建于TCP/IP协议并且基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议。它最大优点在于可以通过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。尤其适合机器与机器通信和物联网环境。

2。1。2 工作原理

MQTT分为两个部分：MQTT客户端，MQTT服务端。使用MQTT协议连接到网络服务器的客户端可以：发布其他客户端可能会订阅的信息，订阅其它客户端发布的消息，退订或删除应用程序的消息，断开与服务器连接。

MQTT服务器以称为“消息代理”（Broker）可以：接受来自客户的网络连接，接受客户发布的应用信息，处理来自客户端的订阅和退订请求。向订阅的客户转发应用程序消息。

MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）[[[] 李金凤。 一种基于MQTT发布/订阅机制的冷藏运输智能监控系统[J]。 互联网天地,2014,07:30-33。]]。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。如图2-1所示：

图 2-1  MQTT原理图

MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分。 Topic，即消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息。payload，即消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。

MQTT会构建底层网络传输：它将建立客户端到服务器的连接，提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。当应用数据通过MQTT网络发送时，MQTT会把与之相关的服务质量（QoS）和主题名（Topic）相关联。并且发布/订阅这种机制通过代理服务器中的Topic作为中介相互之间进行通信。Subscribe和Publish之间并不通过TCP协议建立连接，发布的消息先进入一个队列，当订阅者对其中一个或多个主题感兴趣的时候，便接受感兴趣的消息。在这个时候，订阅者无需知道消息来自于哪个发布者。这种消息机制大大降低了程序的耦合性。让网络拓扑的形态更加的动态和可拓展性。

选择接受和处理的消息的过程被称作过滤。有两种常用的过滤形式：基于主题和基于内容。在基于主题的系统中，只有相同主题间的发布者和订阅者才能通信。发布者发布消息到消息代理，此时如果订阅者向该消息代理注册订阅，并且订阅消息的主题与发布者相同时，便接收同样的消息。消息代理将订阅者的消息行存储并转发到订阅者。由于发布/订阅的消息模式，支持一对多的订阅方式，即允许多个订阅者对同一个主题的消息进行订阅[[[] Daniel Barata,Gonçalo Louzada,Andreia Carreiro,António Damasceno。 System of Acquisition, Transmission, Storage and Visualization of Pulse Oximeter and ECG Data Using Android and MQTT[J]。 Procedia Technology,2013,9:。]]。

2。1。3 功能及特点

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。这些特点使它局限于某些场景，但不仅限制于此。该协议网络代价昂贵，带宽低、不可靠。在嵌入设备中运行，处理器和内存资源有限。

它使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，减少应用程序耦合。并且对负载内容屏蔽的消息传输。使用 TCP/IP 提供网络连接。有三种消息发布服务质量：至多一次，至少一次，只有一次[[[] 周维。 基于Web技术的智能家居控制系统的设计与实现[D]。西安电子科技大学,2014。]]。