物联网场景中常见的方案MQTT+WebSocket

MQTT 与 WebSocket 的结合是物联网场景中非常常见的方案，核心是让 MQTT 协议运行在 WebSocket 之上 （即 MQTT over WebSocket），既保留 MQTT 轻量、适合设备通信的特性，又利用 WebSocket 的浏览器 / 网页端友好性，同时解决了部分网络环境下仅允许 HTTP/WebSocket 端口通行的问题。以下从结合原理、部署实现、使用场景三个维度详细说明：

一、MQTT 与 WebSocket 结合的核心原理

MQTT 原本是基于TCP/IP的应用层协议，而 WebSocket 是在 HTTP 基础上建立的双向长连接协议，二者的结合本质是：

协议封装：将 MQTT 的数据包封装在 WebSocket 的帧中进行传输，WebSocket 作为 "传输通道"，MQTT 作为 "应用层逻辑"；
端口复用：WebSocket 默认使用 80（ws://）或 443（wss://）端口，这些端口通常不会被防火墙 / 路由器拦截，解决了传统 MQTT 的 1883（TCP）/8883（SSL/TCP）端口被屏蔽的问题；
双向通信：二者均为长连接、双向通信，完美匹配物联网设备实时上报状态、服务器下发指令的需求。

简单来说：WebSocket 负责 "打通网络通道"，MQTT 负责 "定义设备通信的规则" 。

二、具体实现方式（以主流的 EMQX 为例）

EMQX 是开源的高性能 MQTT Broker，原生支持 MQTT over WebSocket，是物联网场景的首选，以下是从服务端配置、客户端接入的完整实现步骤：

1. 服务端：配置 EMQX 支持 MQTT over WebSocket

EMQX 默认开启了 WebSocket 监听，无需复杂配置即可使用，关键参数可参考：

默认端口：
- 非加密 WebSocket（ws://）：8083 端口（对应 MQTT TCP 的 1883）；
- 加密 WebSocket（wss://）：8084 端口（对应 MQTT TCP 的 8883）；

验证配置 ：打开 EMQX 的配置文件（emqx.conf），确认 WebSocket 监听器已启用：

ini 复制代码

# 启用WebSocket监听器
listeners.ws.default {
  bind = "0.0.0.0:8083"
  max_connections = 1024000 # 最大连接数
}
# 启用WSS（加密）监听器
listeners.wss.default {
  bind = "0.0.0.0:8084"
  ssl_options {
    certfile = "/etc/emqx/certs/emqx.pem"
    keyfile = "/etc/emqx/certs/emqx.key"
  }
}

启动 EMQX ：启动后可通过 EMQX Dashboard（默认http://localhost:18083）查看 WebSocket 连接状态，确认监听器正常运行。

2. 客户端接入：设备 / 前端通过 WebSocket 连接 MQTT Broker

根据客户端类型（嵌入式设备、网页前端、后端服务），有不同的接入方式，核心是使用支持 MQTT over WebSocket 的客户端库。

（1）网页前端（浏览器）接入（最常见场景）

浏览器本身不支持原生 MQTT，但可通过 WebSocket 连接 EMQX 的 8083 端口，使用 MQTT 客户端库（如mqtt.js）实现通信：

安装依赖：
css 复制代码
```
npm install mqtt --save
```

代码示例：

javascript

运行

javascript 复制代码

import mqtt from 'mqtt';

// 连接配置：WebSocket地址格式为 ws://broker地址:8083/mqtt
const client = mqtt.connect('ws://localhost:8083/mqtt', {
  clientId: 'web-client-123', // 唯一客户端ID
  username: 'admin', // 可选，EMQX默认用户名
  password: 'public', // 可选，EMQX默认密码
  keepalive: 60, // 心跳间隔（秒）
});

// 连接成功回调
client.on('connect', () => {
  console.log('WebSocket + MQTT 连接成功');
  // 订阅设备状态主题
  client.subscribe('device/aircon/status', (err) => {
    if (!err) console.log('订阅成功');
  });
  // 发布指令（控制空调）
  client.publish('device/aircon/control', JSON.stringify({ temp: 26 }));
});

// 接收消息回调
client.on('message', (topic, payload) => {
  console.log(`收到主题 ${topic} 的消息：${payload.toString()}`);
});

关键注意 ：WebSocket 的 URL 路径必须是/mqtt（EMQX 等 Broker 的约定），否则会连接失败。

（2）嵌入式设备接入（如小米空调 / 电视）

嵌入式设备（如基于 ESP32、Linux 的智能设备）可使用 MQTT 客户端库（如paho-mqtt、emqx-mqtt-c），通过 WebSocket 协议连接 Broker：

以 C 语言的emqx-mqtt-c为例，核心配置：

scss 复制代码

#include "emqx_mqtt_c.h"

int main() {
  // 连接参数：指定WebSocket协议，端口8083
  mqtt_client_t client;
  mqtt_client_init(&client);
  mqtt_client_set_port(&client, 8083);
  mqtt_client_set_protocol(&client, MQTT_PROTOCOL_WS); // 启用WebSocket
  mqtt_client_set_host(&client, "localhost");
  mqtt_client_set_client_id(&client, "device-aircon-456");

  // 连接Broker
  if (mqtt_client_connect(&client) == 0) {
    printf("设备通过WebSocket连接MQTT成功\n");
    // 上报状态
    mqtt_client_publish(&client, "device/aircon/status", "{"temp":26}", 0, 0);
  }
  return 0;
}

（3）后端服务接入

后端服务（如 Java、Python）可通过 MQTT 客户端库直接连接 WebSocket 端口，实现对设备的管理：

Python 示例（使用paho-mqtt）：

python

运行

python 复制代码

import paho.mqtt.client as mqtt

def on_connect(client, userdata, flags, rc):
  print(f"连接成功，状态码：{rc}")
  client.subscribe("device/#")

def on_message(client, userdata, msg):
  print(f"{msg.topic} : {msg.payload.decode()}")

# 连接WebSocket端口
client = mqtt.Client(client_id="server-client-789", transport="websockets")
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
client.username_pw_set("admin", "public")
client.connect("localhost", 8083, 60)

client.loop_forever()

三、MQTT+WebSocket 的部署优化（应对大规模设备）

当设备量上升时，需对架构进行优化，避免单点瓶颈：

负载均衡：使用 Nginx 或 HAProxy 代理 WebSocket 连接，将请求分发到多个 EMQX 节点：

nginx

ini 复制代码

# Nginx配置示例
http {
  upstream emqx_ws {
    server 192.168.1.10:8083;
    server 192.168.1.11:8083;
  }

  server {
    listen 80;
    server_name mqtt.example.com;

    location /mqtt {
      proxy_pass http://emqx_ws;
      proxy_http_version 1.1;
      proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
      proxy_set_header Connection "upgrade";
      proxy_set_header Host $host;
    }
  }
}

集群化部署：将 EMQX 部署为集群，实现连接数的水平扩展，支撑十万 / 百万级设备连接。
协议分层：
- 设备端：对低功耗设备，可使用 MQTT over WebSocket 的轻量变体（如 MQTT-SN）；
- 服务端：使用 EMQX 的规则引擎，将 MQTT 消息转发到 Kafka/Redis，降低实时转发压力。

四、适用场景与优势总结

场景	优势体现
网页端控制智能设备	浏览器无需插件，通过 WebSocket 直接与 MQTT Broker 通信，实时性强
跨网络设备通信	WebSocket 的 80/443 端口易穿透防火墙，解决传统 MQTT 端口被屏蔽的问题
混合终端接入	设备（TCP/MQTT）、网页（WebSocket/MQTT）、服务端可统一接入同一 Broker

五、核心总结

MQTT 与 WebSocket 的结合是 "协议复用 + 场景适配" 的典型应用：

底层：WebSocket 提供可靠的长连接通道，解决网络穿透和网页端接入问题；
上层：MQTT 提供轻量的发布 / 订阅机制，适配物联网设备的低带宽、高并发需求。

通过 EMQX 等成熟的 MQTT Broker，可快速实现二者的结合，且支持从中小规模到百万级设备的平滑扩展，是物联网远程控制的首选方案之一。