[IOT] MQTT 介紹

MQTT is a machine-to-machine (M2M) "Internet of Things" connectivity protocol.

Posted by Yu-Hsuan Yen on 2017-07-17

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MQTT是為物聯網所設計的 M2M 通訊協定,網路頻寬與硬體需求非常少,是極為輕便的通訊協議。

MQTT 基本介紹

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,訊息佇列遙測傳輸)是為物聯網所設計的M2M通訊協定,其對於網路頻寬與硬體需求非常少,是極為輕便的通訊協議。
MQTT通訊協議已經在2014年經過制定電子商業標準協會(OASIS)程序,成為推薦的物聯網傳輸協議標準。其協議是基於TCP連線,提供不同QoS(Quality of Service,傳輸服務質量)層級的訊息傳遞,此技術可簡化、加速各設備間各種訊息的交流,並可確保於安全、可靠的資訊傳輸情況下完成通訊,所以我覺得MQTT有極大的潛力成為標準的物聯網通訊協議。
MQTT Logo

Source: MQTT Official Website

MQTT 特色

MQTT 是專為物聯網所設計的 M2M 通訊協定,其有以下特色:

  • 基於常用的TCP/IP連線
  • 使用發佈與訂閱的訊息傳送機制
  • 提供三種不同的傳送服務質量QoS(Quality of Service)
  • 訊息標頭檔大小固定為 2 Byte,減少封包傳送時的負擔,同時減少網路所需之頻寬
  • 最後遺囑(Last Will and Testament)機制,當 Publisher 和 Broker 之間發生異常斷線時,通知有訂閱此 Will Topic 的 Subscriber。
  • 主題萬用字元(Topic Wildcard Characters)在訂閱時可以使用特殊字元一次訂閱多個主題。

訊息傳遞原理

MQTT 使用發佈(Publish)/訂閱 (Subscribe)的訊息傳送機制,此機制中包含 4 個主要的元素:

  • 主題(Topic)
  • 發佈者(Publisher)
  • 訊息中繼站 (Broker)
  • 訂閱者(Subscriber)

Publisher 為訊息的來源,傳送夾帶有 Topic 資訊的訊息至 BrokerSubcriberBroker索取想要接受到之訊息的Topic。整個MQTT通訊流程架構如下圖:
MQTT Pub/Sub
舉個例來說,現在需要製作一溫度感測系統,使用MQTT的流程即從溫度感測器(Publisher)發送溫度訊息至中繼站(Broker)中Temp的佈告欄(Topic)上,接著透過使用筆電或手機(Subscriber)接收溫度訊息,整套溫度感測系統流程圖如下:
MQTT example

傳送服務質量QoS

MQTT 提供三種訊息傳送服務質量QoS(Quality of Service),大家可以想成_訊息的重要程度_,或參考以下表格及圖片:

QoS 0
QoS 1
QoS 2
重要程度
定義
At most onoce (最多一次)
At least once (至少一次)
Exactly once (確保一次)
解釋
訊息單向發送,故不保證一定會送達,可能會丟失 訊息發送後會確保至少得到一次回應 訊息發送後會等待回傳的訊號,得到該訊號後會再回傳告知已收到,利用此double check的方式嚴格確保訊息只送達一次
比喻
平信 掛號信 簽收包裹
用途
感測器 Email、早期的FB messanger 警報、繳費系統以及現在的FB messanger

MQTT QoS

Source: MQTT QoS

MQTT基本的介紹到這邊,接下來的實作內容請於下一章節繼續探索摟~

Reference