【物聯網阿里云平臺開發項目實戰|附課件資料】智能硬件開發-數據上云，零基礎入門
4G模塊連接阿里云教程
MQTT通信協議(mosquitto)在Linux上的環境構建與測試
MQTT通信協議(mosquitto)發布訂閱例子C語言實現
MQTT客戶端軟件(MQTT.fx)的使用詳解
各類MQTT代理服務器特性對比
Web技術（七）：如何使用并實現MQTT 消息訂閱-發布模型？ 本機抓包等

目錄

• 物聯網從云到端實戰開發
• • 實現功能技術介紹
  • 基礎宏觀設計框架搭建
  • 基礎環境搭建

物聯網從云到端實戰開發

參考：【物聯網云端項目實戰】物聯網從云到端實戰開發（附課程資料&項目源碼）
地址：https://www.bilibili.com/video/BV1hf4y1b731?p=10&spm_id_from=pageDriver

實現功能技術介紹

? 物聯網通信技術流程圖

? 上圖中的物聯網通信環境包括以太網、Wi-Fi、RFID、NFC、ZigBee、6LoWPAN，藍牙、GSM、GPRS、3G、4G等。

? 每種通信的應用協議都有到一定的適用范圍，AMQP、JMS、REST/HTTP都是工作在以太網，COAP協議是專門為資源受限設備開發的協議，而DDS和MQTT兼容性是最強的，下面逐一介紹各類通信協議的特點。

REST/HTTP

適用范圍：

• REST/HTTP主要為了簡化互聯網中的系統架構，快速實現客戶端和服務器之間交互的松耦合，降低了客戶端和服務器之間的交互延遲。因此適合在物聯網的應用層面，通過REST開放物聯網中資源，實現服務被其他應用所調用。

特點：

• REST 指的是一組架構約束條件和原則。

• 客戶端和服務器之間的交互在請求之間是無狀態的。

• 在服務器端，應用程序狀態和功能可以分為各種資源，它向客戶端公開，每個資源都使用 URI 得到一個唯一的地址。所有資源都共享統一的界面，以便在客戶端和服務器之間傳輸狀態。

• 使用的是標準的 HTTP 方法，比如：GET、PUT、POST 和 DELETE。

• REST/HTTP其實是互聯網中服務調用API封裝風格，物聯網中數據采集到物聯網應用系統中，在物聯網應用系統中，可以通過開放REST API的方式，把數據服務開放出去，被互聯網中其他應用所調用。

CoAP（Constrained Application Protocol）

適用范圍：

? CoAP是簡化了HTTP協議的RESTful API，CoAP是6LowPAN協議棧中的應用層協議，它適用于在資源受限的通信的IP網絡。

特點：

• 報頭壓縮：CoAP包含一個緊湊的二進制報頭和擴展報頭。它只有短短的4Bit的基本報頭，基本報頭后面跟擴展選項。一個典型的請求報頭為10～20Bit。

• 方法和URIs：為了實現客戶端訪問服務器上的資源，CoAP支持GET、PUT、POST和DELETE等方法。CoAP還支持URIs，這是Web架構的主要特點。

• 傳輸層使用UDP協議：CoAP協議是建立在UDP協議之上，以減少開銷和支持組播功能。它也支持一個簡單的停止和等待的可靠性傳輸機制。

• 支持資源發現：為了自主的發現和使用資源，它支持內置的資源發現格式，用于發現設備上的資源列表，或者用于設備向服務目錄公告自己的資源。它支持RFC5785中的格式，在CoRE中用／．well—known／core的路徑表示資源描述。

• 支持緩存：CoAP協議支持資源描述的緩存以優化其性能。

CoAP和6LowPan，這分別是應用層協議和網絡適配層協議，其目標是解決設備直接連接到IP網絡，也就是IP技術應用到設備之間、互聯網與設備之間的通信需求。因為IPV6技術帶來巨大尋址空間，不光解決了未來巨量設備和資源的標識問題，互聯網上應用可以直接訪問支持IPV6的設備，而不需要額外的網關。

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport )

適用范圍：

? 在低帶寬、不可靠的網絡下提供基于云平臺的遠程設備的數據傳輸和監控。

? MQTT協議一般適用于設備數據采集到端（Device-》Server，Device-》Gateway），集中星型網絡架構（hub-and-spoke），不適用設備與設備之間通信，設備控制能力弱，另外實時性較差，一般都在秒級。

特點：

• 使用基于代理的發布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發布
• 使用 TCP/IP 提供網絡連接
• 小型傳輸，開銷很小（固定長度的頭部是 2 字節），協議交換最小化，以降低網絡流量
• 支持QoS，有三種消息發布服務質量：“至多一次”， “至少一次”， “只有一次”

DDS協議(Data Distribution Service for Real-Time Systems)

適用范圍：

分布式高可靠性、實時傳輸設備數據通信。目前DDS已經廣泛應用于國防、民航、工業控制等領域。

特點：

• 以數據為中心

• 使用無代理的發布/訂閱消息模式，點對點、點對多、多對多

• 提供多大21種QoS服務質量策略

協議主要實現：

• OpenDDS 是一個開源的 C++ 實現
• OpenSplice DDS

DDS很好地支持設備之間的數據分發和設備控制，設備和云端的數據傳輸，同時DDS的數據分發的實時效率非常高，能做到秒級內同時分發百萬條消息到眾多設備。DDS在服務質量（QoS）上提供非常多的保障途徑，這也是它適用于國防軍事、工業控制這些高可靠性、可安全性應用領域的原因。但這些應用都工作在有線網絡下，在無線網絡，特別是資源受限的情況下，沒有見到過實施案例。

AMQP協議(互操作性)

AMQP(Advanced Message Queuing Protocol)，先進消息隊列協議，用于業務系統例如PLM，ERP，MES等進行數據交換。

適用范圍：

最早應用于金融系統之間的交易消息傳遞，在物聯網應用中，主要適用于移動手持設備與后臺數據中心的通信和分析。

特點：

• Wire級的協議，它描述了在網絡上傳輸的數據的格式，以字節為流

• 面向消息、隊列、路由（包括點對點和發布/訂閱）、可靠性、安全

協議實現：

· Erlang中的實現有 RabbitMQ

· AMQP的開源實現，用C語言編寫OpenAMQ

· Apache Qpid

· stormMQ

XMPP協議(即時通信)

? XMPP(Extensible Messaging and Presence Protocol)可擴展通訊和表示協議，一個開源形式組織產生的網絡即時通信協議。

適用范圍：

即時通信的應用程序，還能用在網絡管理、游戲、遠端系統監控等。

特點：

• 客戶機/服務器通信模式

• 分布式網絡

• 簡單的客戶端，將大多數工作放在服務器端進行

• 標準通用標記語言的子集XML的數據格式

XMPP是基于XML的協議，由于其開放性和易用性，在互聯網及時通訊應用中運用廣泛。相對HTTP，XMPP在通訊的業務流程上是更適合物聯網系統的，開發者不用花太多心思去解決設備通訊時的業務通訊流程，相對開發成本會更低。但是HTTP協議中的安全性以及計算資源消耗的硬傷并沒有得到本質的解決。

JMS

JMS (Java Message Service)，即消息服務，這是JAVA平臺中著名的消息隊列協議。

Java消息服務應用程序接口，是一個Java平臺中關于面向消息中間件(MOM)的API，用于在兩個應用程序之間，或分布式系統中發送消息，進行異步通信。Java消息服務是一個與具體平臺無關的API，絕大多數MOM提供商都對JMS提供支持。

JMS是一種與廠商無關的 API，用來訪問消息收發系統消息，它類似于JDBC（Java Database Connectivity）。這里，JDBC 是可以用來訪問許多不同關系數據庫的 API，而 JMS 則提供同樣與廠商無關的訪問方法，以訪問消息收發服務。許多廠商都支持 JMS，包括 IBM 的 MQSeries、BEA的 Weblogic JMS service和 Progress 的 SonicMQ。 JMS 能夠通過消息收發服務（有時稱為消息中介程序或路由器）從一個 JMS 客戶機向另一個 JMS客戶機發送消息。消息是 JMS 中的一種類型對象，由兩部分組成：報頭和消息主體。報頭由路由信息以及有關該消息的元數據組成。消息主體則攜帶著應用程序的數據或有效負載。根據有效負載的類型來劃分，可以將消息分為幾種類型，它們分別攜帶：簡單文本（TextMessage）、可序列化的對象 （ObjectMessage）、屬性集合 （MapMessage）、字節流 （BytesMessage）、原始值流 （StreamMessage），還有無有效負載的消息 （Message）。

基礎宏觀設計框架搭建

? 從宏觀到圍觀，掌握全局設計及技術篩選和代碼實現，同時體驗面向對象的思維理念，先整體后局部，物聯網通信技術多數采用MQTT的通信方式，同時MQTT服務器又提供了多種的服務插件，在整體交互過程中，MQTT通信協議將被作為中心點進行延申對接其他服務，如數據庫，WEB。。。。

1、整體簡易框架示意圖：

2、終端框架示意圖

3、MQTT服務框架

4、數據庫框架示意圖

5、WEB框架示意圖

基礎環境搭建

開發主機：win10_64位操作系統、16G內存、CPU 4Ghz x 8

開發環境：Vmware16、Ubuntu20.04

開發工具：VsCode、Pycharm、git

鏡像下載：http://releases.ubuntu.com/20.04/

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux编程MQTT实现主题发布订阅的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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