实现MQTT协议接入onenet云平台----ESP32

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）

1999 年由 IBM 开发，轻量级、发布 / 订阅模式的物联网专用传输协议；
基于 TCP/IP，也支持 WebSocket（网页端 MQTT），专为带宽小、算力弱、网络不稳定的嵌入式设备设计（ESP32/STM32、传感器、单片机）。

区别于 HTTP 一问一答的点对点，MQTT 引入Broker（消息服务器 / 中间件） 做中转，解耦发送方与接收方：

发布者 Publisher：设备产生数据（传感器上报温湿度、硬件上报状态），向主题发送消息；
Broker 服务端：接收、缓存、转发消息，管理所有客户端连接与订阅关系；
订阅者 Subscriber：客户端订阅指定主题，Broker 收到对应消息后自动推送给它；
主题 Topic ：消息的分类标识，分层字符串（用/分隔，类似路径），例： device/esp32_001/temp、platform/one_net/control

MQTT通信流程

所有客户端先和 Broker 建立 TCP 长连接；
订阅者提前订阅感兴趣的 Topic；
发布者往 Topic 发消息；
Broker 匹配订阅关系，把消息推送给所有订阅该 Topic 的客户端；
订阅者收到消息后本地处理。

MQTT规定了14种报文包类型

连接请求（CONNECT）：设备向云发起连接登录。
连接应答（CONNACK）：云端响应CONNECT，告知登录成功/失败。
发布消息（PUBLISH）：双向通用，设备上报数据，云端下发指令。主要任务：a.提取topic，载荷payload。b.区分云端业务数据，解析JSON存业务变量。c.根据QOS等级回复握手包。（QOS0无需应答，QOS1回复PUBACK,QOS2回复PUBREC）
订阅主题（SUBSCRIBE）：订阅主题，设备主动订阅下发主题。该条报文仅设备发送，云端回复 SUBACK；设备不会接收该包。
取消订阅（UBSBUCRIBE）：设备主动取消订阅主题。
订阅应答（SUBACK）：云端确认订阅结果。
取消订阅应当（UNSUBACK）：云端确认取消订阅结果。
PUBACK（发布确认QOS1）：QOSI消息级别应答。
PUBREC（发布收到，QOS2第一步）：QOS2握手第一段。
PUBERL（发布释放，QOS2第二步）：QOS2握手第二段。
PUBCOMP（发布完成，QOS2第三步）：QOS2握手收尾。
PINGREQ（心跳请求）：设备定时发送保活心跳。
PINGRESP（心跳响应）：云端回复心跳，链路正常。
DISCONNECED（断开连接）：设备主动下发离线通知。

接下来具体看ESP32官方如何实现mqtt协议。

协议接入流程如下

1.配置mqtt结构体，并将该配置初始化。

在配置结构体中，有以上参数可配置。

最小配置参数如下，最必要的参数就是你要接入的网址端口。（uri配置为你要接入的网址端口）其余参数比如verification和credentials（校验层相关参数）可按需自行配置。接下来需要创建一个mqtt客户端，并将该参数初始化到该客户端中，注册事件处理函数实时监控mqtt事件的发生，最后开启mqtt客户端即可。

cs 复制代码

const esp_mqtt_client_config_t mqtt_cfg = {
    .broker.address.uri = "mqtt://mqtt.eclipseprojects.io",
};
esp_mqtt_client_handle_t client = esp_mqtt_client_init(&mqtt_cfg);
esp_mqtt_client_register_event(client, ESP_EVENT_ANY_ID, mqtt_event_handler, client);
esp_mqtt_client_start(client);

这里再详细介绍一下结构体esp_mqtt_client_config_t中各参数。

broker.address：用代理相关的配置（比如服务器网址端口）

broker.verification：用于ESP32验证mqtt服务器身份，防止连接到假服务器。（单向TLS认证）

credentials：客户端凭证层，用于服务器校验ESP32身份，服务器根据此配置来判断是否允许设备接入topic集群。

cs 复制代码

//普通账号密码认证
credentials.username = "设备用户名";
credentials.authentication.password = "设备密码/签名密钥";
credentials.client_id = "自定义设备ID";

对应 MQTT CONNECT 报文中的 ClientID、Username、Password 字段，明文或 TLS 加密后发给 Broker 鉴权。

cs 复制代码

//双向TLS客户端根证书认证
credentials.authentication.certificate = 设备客户端证书;
credentials.authentication.key = 设备私钥;

对应双向 TLS（Mutual TLS）：TLS 握手时 ESP32 把自己的设备证书发给 Broker，服务器校验设备合法性，属于 TLS 层客户端鉴权。

可以看到，在ESP32中，规定了八个mqtt事件，因此，在mqtt_event_handler事件处理函数中，就可以处理这些事件。

cs 复制代码

static void mqtt_event_handler(void *handler_args, esp_event_base_t base, int32_t event_id, void *event_data)
{
    ESP_LOGD(TAG, "Event dispatched from event loop base=%s, event_id=%" PRIi32 "", base, event_id);
    esp_mqtt_event_handle_t event = event_data;
    esp_mqtt_client_handle_t client = event->client;
    int msg_id;
    switch ((esp_mqtt_event_id_t)event_id) {
    case MQTT_EVENT_CONNECTED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_CONNECTED");
        msg_id = esp_mqtt_client_publish(client, "/topic/qos1", "data_3", 0, 1, 0);
        ESP_LOGI(TAG, "sent publish successful, msg_id=%d", msg_id);

        msg_id = esp_mqtt_client_subscribe(client, "/topic/qos0", 0);
        ESP_LOGI(TAG, "sent subscribe successful, msg_id=%d", msg_id);

        msg_id = esp_mqtt_client_subscribe(client, "/topic/qos1", 1);
        ESP_LOGI(TAG, "sent subscribe successful, msg_id=%d", msg_id);

        msg_id = esp_mqtt_client_unsubscribe(client, "/topic/qos1");
        ESP_LOGI(TAG, "sent unsubscribe successful, msg_id=%d", msg_id);
        break;
    case MQTT_EVENT_DISCONNECTED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_DISCONNECTED");
        break;

    case MQTT_EVENT_SUBSCRIBED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_SUBSCRIBED, msg_id=%d, return code=0x%02x ", event->msg_id, (uint8_t)*event->data);
        msg_id = esp_mqtt_client_publish(client, "/topic/qos0", "data", 0, 0, 0);
        ESP_LOGI(TAG, "sent publish successful, msg_id=%d", msg_id);
        break;
    case MQTT_EVENT_UNSUBSCRIBED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_UNSUBSCRIBED, msg_id=%d", event->msg_id);
        break;
    case MQTT_EVENT_PUBLISHED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_PUBLISHED, msg_id=%d", event->msg_id);
        break;
    case MQTT_EVENT_DATA:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_DATA");
        printf("TOPIC=%.*s\r\n", event->topic_len, event->topic);
        printf("DATA=%.*s\r\n", event->data_len, event->data);
        break;
    case MQTT_EVENT_ERROR:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_ERROR");
        if (event->error_handle->error_type == MQTT_ERROR_TYPE_TCP_TRANSPORT) {
            log_error_if_nonzero("reported from esp-tls", event->error_handle->esp_tls_last_esp_err);
            log_error_if_nonzero("reported from tls stack", event->error_handle->esp_tls_stack_err);
            log_error_if_nonzero("captured as transport's socket errno",  event->error_handle->esp_transport_sock_errno);
            ESP_LOGI(TAG, "Last errno string (%s)", strerror(event->error_handle->esp_transport_sock_errno));

        }
        break;
    default:
        ESP_LOGI(TAG, "Other event id:%d", event->event_id);
        break;
    }
}