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嵌入式设备上mqtt库的使用

news 2025/9/10 6:34:37

在这里插入图片描述

一、MQTT 使用场景

设备遥测：周期/事件上报传感器数据（温度、湿度、电量…）。
命令下发：云端/网关向设备发送配置、固件升级指令。
状态可观测：上线/离线、告警、运行统计；出生消息（Birth）与遗嘱（LWT）让运维可见。
多对多解耦：发布-订阅模型天然支持多生产者、多消费者，云侧可用共享订阅做水平扩展。
弱网友好：KeepAlive 心跳、QoS 等级、持久会话、离线排队（由 Broker 侧会话/队列承担）等机制，让“断了也能续”。

二、MQTT 报文格式（速览）

2.1 格式说明

一条 MQTT 报文 = 固定头 + 可变头 + 负载：
固定头（Fixed header）：1 字节类型与标志（如 PUBLISH 的 DUP/ QoS/ RETAIN）+ Remaining Length（变长编码，最多 4 字节）。
可变头（Variable header）：随报文类型不同而不同。

例如 CONNECT 可变头含协议级别、KeepAlive、连接标志；
PUBLISH 可变头含主题名、(QoS>0 时) Packet Identifier。
负载（Payload）：报文具体内容。
CONNECT 的负载是 ClientID、用户名/密码、LWT 消息体；
PUBLISH 的负载是应用数据（二进制任意字节）。

时序（最常用几类）：
CONNECT → CONNACK
SUBSCRIBE → SUBACK
PUBLISH(QoS0/1/2)：
QoS0：直接发
QoS1：PUBLISH → PUBACK
QoS2：PUBLISH → PUBREC → PUBREL → PUBCOMP
PINGREQ → PINGRESP（心跳维持）
DISCONNECT（优雅断开）

2.2 原始报文解析

2.3 示例一：CONNECT（含用户名/密码 + 遗嘱 LWT，KeepAlive=60s）

原始报文（hex dump）

10 38                                      // 固定头: Type=CONNECT(0x10), Remaining Length=0x38(56)
00 04 4D 51 54 54                          // 可变头: 协议名 "MQTT"
04                                         // 协议级别: 4 = MQTT 3.1.1
CE                                         // 连接标志(0xCE): 用户名/密码/遗嘱QoS1/CleanSession
00 3C                                      // KeepAlive=0x003C=60秒
00 06 63 6C 69 31 32 33                    // 负载: ClientID="cli123"
00 06 73 74 61 74 75 73                    // 负载: Will Topic="status"
00 10 7B 22 6F 6E 6C 69 6E 65 22 3A 66 61 6C 73 65 7D  // 负载: Will Message={"online":false}
00 04 75 73 65 72                          // 负载: Username="user"
00 04 70 61 73 73                          // 负载: Password="pass"

字段拆解与说明

固定头
0x10：类型=CONNECT。
0x38：Remaining Length=56（变长编码；本例仅 1 字节即可）。

可变头
00 04 ‘M’‘Q’‘T’‘T’：协议名“MQTT”。
04：协议级别=4（即 v3.1.1）。
CE（二进制 1100 1110）：
bit7 Username=1
bit6 Password=1
bit5 Will Retain=0
bit4…3 Will QoS=01（QoS1）
bit2 Will Flag=1
bit1 Clean Session=1
bit0 保留=0
00 3C：KeepAlive=60s。

负载（Payload）
ClientID：“cli123”
Will Topic：“status”
Will Message：{“online”:false}（注：长度不含字符串结尾 \0）
Username / Password：“user” / “pass”

计算校验：可变头长度=10；负载长度=8(ClientID)+8(WillTopic)+18(WillMsg)+6(User)+6(Pass)=46；合计 10+46=56，与 RL=0x38 一致。

2.4 示例二：PUBLISH（QoS1，Topic=sensors/temp，Payload=“23.6”）

原始报文（hex dump）

32 14                                      // 固定头: Type=PUBLISH(0x3), DUP=0 QoS=1 RETAIN=0 → 0x32；RL=0x14(20)
00 0C 73 65 6E 73 6F 72 73 2F 74 65 6D 70  // 可变头: 主题名 "sensors/temp" (长度=12)
00 0A                                      // 可变头: Packet Identifier=10（QoS>0 必有）
32 33 2E 36                                // 负载: ASCII "23.6"

字段拆解与说明

固定头首字节 0x32：
高 4 位=0x3（PUBLISH），低 4 位标志：DUP=0、QoS=01、RETAIN=0。
Remaining Length 0x14=20：= 主题(2+12) + PacketId(2) + 负载(4)。

可变头
主题长度 0x000C + sensors/temp。
Packet Identifier=0x000A（仅 QoS1/2 序列化）。

负载：“23.6”（4 字节；不要把 \0 计入）。

三、MQTT 不同版本区别（v3.1.1 vs v5，工程取舍）

主题	v3.1.1	v5（增强点）
会话控制	`Clean Session`（二选一）	`Clean Start + Session Expiry`（可精确设置持久会话时长）
背压/流控	无	`Receive Maximum`（限制并发未 ACK 数）、`Maximum Packet Size`（限大包）
诊断	返回码较粗	Reason Code + Properties（失败原因更明确）
请求-响应	自定义（如 corrId）	`Response Topic` + `Correlation Data` 原生支持
时效	仅 Retain	`Message Expiry`（过期不投递）、`Will Delay`（延迟遗嘱）
省字节	无	`Topic Alias`（长主题省流量）
选择建议：