MQTT（一）：什么是MQTT？MQTT在物联网通信中的位置

文章目录

1、什么是MQTT？
[2、 MQTT在整个物联网通信中的位置](#2、 MQTT在整个物联网通信中的位置)
- [2.1 系统架构与MQTT位置详解](#2.1 系统架构与MQTT位置详解)
- [2.2 水泵MCU ⇄ WiFi模组（无MQTT）](#2.2 水泵MCU ⇄ WiFi模组（无MQTT）)
- [2.3 WiFi模组 ⇄ 阿里云物联网平台（MQTT的核心）](#2.3 WiFi模组 ⇄ 阿里云物联网平台（MQTT的核心）)
- [2.4 阿里云物联网平台（MQTT Broker）](#2.4 阿里云物联网平台（MQTT Broker）)
- [2.5 阿里云物联网平台 ⇄ 手机App（通常无MQTT）](#2.5 阿里云物联网平台 ⇄ 手机App（通常无MQTT）)

1、什么是MQTT？

MQTT到底是什么呢？

先附上百度百科的解释：

MQTT（消息队列遥测传输，Message Queuing Telemetry Transport）是一种基于发布/订阅范式的轻量级消息传输协议，由 IBM 与 Eurotech 于 1999 年提出，现已成为国际标准（ISO/IEC 20922:2016）。该协议专为计算资源受限、带宽有限以及网络连接不稳定的设备设计，具有报文结构简洁、功耗低、传输可靠等特点，能够在复杂环境中实现高效通信。凭借其轻量、高效、易实现的特性，MQTT 已成为物联网（IoT）与机器到机器（M2M）通信领域的主流协议之一，广泛应用于智能家居、车联网、工业控制、远程医疗等场景。

下面我用个人的方法简单介绍一下MQTT（谨代表个人观点）：

其实用一个简单的例子进行概括：MQTT可以看作是一种为物联网设备设计的"微信群"协议。 它可以让设备之间能高效、可靠地互相传递消息。

如果把一个物联网比作一个微信群，那么

群主（MQTT Broker）：
- 这是一个服务器（比如阿里云物联网平台），所有信息都汇总到这里，再由它分发。它负责管理整个"群"。
群成员（MQTT Clients）：
- 这可以是我的水泵WiFi模组 ，也可以是手机App后台，或者其他任何设备。它们都加入了这个群。
话题（Topic）：
- 群里可以有很多话题，比如 #水泵状态汇报 和 #水泵控制命令。
- 设备不用直接互相联系，只需要关注自己感兴趣的话题。
发布消息（Publish）：
- 比如如果我的的水泵想汇报状态了，它就在 #水泵状态汇报 这个话题下发布一条消息："我当前压力是1.2，一切正常"。
- 它只管发出去，不用管谁在看。
订阅消息（Subscribe）：
- 云端服务或者手机App后台订阅了 #水泵状态汇报 这个话题。一旦有设备在这个话题下发布新消息，群主（Broker）就会立刻把消息推送给所有订阅者。
- 同样，手机App想控制水泵时，就在 #水泵控制命令 这个话题下发布一条"请把压力调到1.5"。而我的水泵WiFi模组订阅了这个话题，所以它能立刻收到这条命令。

那么，MQTT为什么适合物联网呢？

轻量高效：协议设计得非常简洁，数据包很小，特别适合（比如水泵上）这种计算能力和网络带宽都有限的设备。
发布/订阅模式 ：设备之间不直接连接，解耦了发送方和接收方。发送者不知道也不关心谁接收，接收者也不知道消息来自哪台具体设备，非常灵活。
可靠传递：它有"服务质量"等级。比如，对于重要的命令，可以设置为"确保对方收到"，防止因网络问题丢失指令。
适合弱网络：专门为不稳定的网络（如移动网络、WiFi）设计，连接断了会自动尝试重连。

2、 MQTT在整个物联网通信中的位置

以我的应用场景（水泵）为例，水泵上有MCU和庆科的wifi模组，，MCU向wifi模组发消息，wifi模组将消息发送给阿里云物联网平台，然后再云智能手机app中就能看到相关的状态信息了。如下图所示，那么mqtt是存在于哪一部分呢？

从图中可以看到，MQTT是存在于wifi模组向阿里云通信的过程中。

2.1 系统架构与MQTT位置详解

其实我的系统架构可以划分为以下几个部分，

复制代码

[水泵MCU] <---> [WiFi模组] <---(MQTT over WiFi)---> [阿里云物联网平台] <---(非MQTT)---> [手机App]
    │               │                       │                      │
    │               │                       │                      │
 (串口通信)    (实现MQTT客户端)        (MQTT Broker)         (通常使用HTTP/WebSocket)

2.2 水泵MCU ⇄ WiFi模组（无MQTT）

通信方式 ：串口通信，通常是UART。
通信协议 ：自定义的简单数据协议。
具体过程 ：
- MCU通过串口发送一条简单的数据帧给WiFi模组。例如，它可能只发送：TEMP:25.6,PRESS:1.2,STATUS:OK\n。
- 这个阶段没有MQTT。MCU完全不需要知道MQTT是什么，它只负责采集数据和执行控制，并通过最简单的方式与WiFi模组"对话"。
- wifi模组的固件会解析这条串口指令，将其转换为内部数据结构。

2.3 WiFi模组 ⇄ 阿里云物联网平台（MQTT的核心）

这是整个系统中最关键的一环，MQTT就运行在这里。

通信方式 ：WiFi → 互联网 → 阿里云。
通信协议 ：MQTT over TCP/IP。
WiFi模组的角色 ：它是一个内置了MQTT客户端的智能模组 。
- 它内部已经烧录了固件，这个固件完成了所有复杂的网络和MQTT协议处理。
- 它的工作流程如下 ：
  1. 初始化 ：上电后，模组根据预置的或MCU下发的ProductKey， DeviceName， DeviceSecret（设备三元组）等信息。
  2. 建立连接 ：模组通过WiFi连接到互联网，然后作为一个MQTT客户端，与阿里云的MQTT Broker（消息代理服务器）建立TCP连接，并进行鉴权登录。
  3. 数据转换与发布 ：
    - 当它从串口收到MCU发来的 "TEMP:25.6..." 数据后，固件程序会将这些数据打包成一个符合阿里云格式的JSON对象。
    - 例如：{"params": {"Temperature": 25.6, "Pressure": 1.2, "Status": "OK"}}
    - 然后，模组的MQTT客户端将这个JSON数据发布到一个特定的MQTT Topic 上，比如 /sys/${productKey}/${deviceName}/thing/event/property/post。
  4. 命令接收与转发 ：
    - 同时，模组的MQTT客户端会订阅另一个用于接收云端命令的Topic，比如 /sys/${productKey}/${deviceName}/thing/service/property/set。
    - 当手机App下发控制命令时，阿里云Broker会通过这个Topic将消息推送给模组。
    - 模组收到MQTT消息后，解析出其中的命令（例如 {"Pressure": 1.5}），然后将其转换回简单的串口指令 发送给MCU，比如 SET_PRESS:1.5。

所以，WiFi模组其实就是一个"协议转换器"，它把简单的串口协议"翻译"成了标准的、复杂的MQTT协议，并与云端通信。

2.4 阿里云物联网平台（MQTT Broker）

角色：它是整个MQTT通信的中枢大脑（Broker）。
功能：
- 接受所有设备的MQTT连接。
- 验证每个设备的身份（通过三元组）。
- 接收设备发布到某个Topic的消息。
- 将消息转发给所有订阅了该Topic的客户端（在这个场景里，订阅者不是另一个设备，而是云端的后台服务）。

2.5 阿里云物联网平台 ⇄ 手机App（通常无MQTT）

通信方式 ：HTTP/HTTPS 或 WebSocket。
原因：
- 手机App运行在用户多变的网络环境下（移动网络、WiFi切换），直接维护一个长连接的MQTT客户端比较复杂且耗电。
- 对于"查询状态"这类操作，HTTP的"请求-响应"模型更简单直接。
- 对于"实时推送"控制命令或状态更新，App通常会建立一个到应用服务器的WebSocket长连接，或者使用苹果/谷歌的原生推送服务。
具体过程 ：
- 手机App通过调用阿里云提供的HTTP API向云端服务请求设备的最新状态。
- 云端服务收到请求后，可以去阿里云IoT平台查询，或者从平台已经持久化到数据库的数据中获取，再返回给App。
- 当App下发控制命令时，也是通过HTTP API将命令发送到云端服务，云端服务再通过调用阿里云IoT平台的API，最终以MQTT消息的形式下发到设备。