MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议)
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议）是一种基于发布/订阅（Publish/Subscribe）模式的轻量级消息传输协议，专为低带宽、高延迟或不可靠的网络环境设计。它构建在TCP/IP协议之上，由IBM的Andy Stanford-Clark和Cirrus Link的Arlen Nipper于1999年共同开发，旨在为硬件性能低下的远程设备提供一种高效的通信方式。
MQTT协议的基本组成
- MQTT客户端：任何通过网络使用MQTT进行通信的设备，可以是发布者（Publisher）或订阅者（Subscriber）。发布者将消息发送到特定的主题（Topic），而订阅者则订阅感兴趣的主题来接收消息。
- MQTT代理（Broker）：作为中间件，接收来自发布者的消息，并根据主题将消息分发给所有已订阅该主题的订阅者。代理还负责其他任务，如授权和身份验证、将消息传递给其他系统、处理错过的消息和客户端会话等。
- 主题（Topic）：用于标识消息的类别或内容的字符串，订阅者可以根据主题来选择感兴趣的消息。主题是分层组织的，类似于文件或文件夹目录。
MQTT协议的工作原理
- 建立连接：客户端通过向MQTT代理发送
CONNECT消息来启动连接，代理通过响应CONNACK消息来确认已建立连接。 - 发布消息：客户端可以将消息发布到特定的主题。消息包含主题和数据，数据格式可以是文本、二进制、XML或JSON等。
- 订阅主题：客户端向代理发送
SUBSCRIBE消息，以接收有关感兴趣主题的消息。此消息包含唯一标识符和订阅列表。 - 接收消息：代理收到一条消息后，会将其转发给所有已订阅该主题的订阅者。
MQTT协议的特点
- 轻量级：协议头部最小仅2字节，网络传输开销极小，适合在窄带网络（如NB-IoT）中使用。
- 低功耗：使用异步传输机制和较小的数据包传输，使得设备在通信过程中的能耗更低。
- 高可靠性：提供三种服务质量（QoS）级别，确保消息必达。
- 灵活扩展：通过主题和通配符机制，设备可以灵活订阅和发布消息，支持大规模设备接入。
- 适应不稳定网络：心跳机制和会话恢复功能，确保设备在断网后能够快速恢复连接并获取未读消息。
MQTT协议的应用领域
MQTT协议广泛应用于物联网（IoT）设备、传感器网络和分布式系统中。例如，在智能家居系统中，各种智能设备可以通过MQTT协议与中央控制系统通信，实现设备之间的协同工作。此外，MQTT也适用于移动消息推送领域，如Android手机客户端与服务器端的消息推送。
下面是一个使用C++和Paho MQTT客户端库实现MQTT通信的简单示例。这个示例展示了如何连接到MQTT代理、发布消息和订阅主题。
示例代码
#include <iostream>
#include <mqtt/client.h>
#include <mqtt/async_client.h>
// MQTT连接选项
const char* ADDRESS = "tcp://broker.hivemq.com:1883"; // 公共MQTT代理
const char* CLIENT_ID = "cpp_client";
const char* TOPIC = "test/topic";
const int QOS = 1;
// MQTT回调类
class Callback : public virtual mqtt::callback {
public:
void connection_lost(const std::string& cause) override {
std::cout << "\nConnection lost, cause: " << cause << std::endl;
}
void message_arrived(mqtt::const_message_ptr msg) override {
std::cout << "Message arrived: " << msg->get_topic() << " - " << msg->get_payload_str() << std::endl;
}
void delivery_complete(uint64_t token) override {
std::cout << "Delivery complete for token: " << token << std::endl;
}
};
int main() {
// 创建MQTT客户端
mqtt::async_client client(ADDRESS, CLIENT_ID);
Callback cb;
client.set_callback(cb);
// 连接到代理
mqtt::connect_options conn_opts;
conn_opts.set_keep_alive_interval(20);
conn_opts.set_clean_session(true);
try {
std::cout << "Connecting to MQTT broker..." << std::endl;
client.connect(conn_opts)->wait();
std::cout << "Connected to MQTT broker." << std::endl;
// 订阅主题
std::cout << "Subscribing to topic: " << TOPIC << std::endl;
client.subscribe(TOPIC, QOS)->wait();
// 发布消息
std::string payload = "Hello, MQTT from C++!";
std::cout << "Publishing message: " << payload << std::endl;
client.publish(TOPIC, payload.c_str(), payload.size(), QOS)->wait();
// 等待几秒钟以接收可能的消息
std::cout << "Waiting for messages..." << std::endl;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));
// 断开连接
std::cout << "Disconnecting from MQTT broker..." << std::endl;
client.disconnect()->wait();
std::cout << "Disconnected from MQTT broker." << std::endl;
} catch (const mqtt::exception& e) {
std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;
return 1;
}
return 0;
}
代码说明
-
包含头文件：
mqtt/client.h和mqtt/async_client.h是Paho MQTT客户端库的头文件。
-
连接选项：
ADDRESS是MQTT代理的地址，这里使用的是公共代理broker.hivemq.com。CLIENT_ID是客户端的唯一标识符。TOPIC是消息的主题。QOS是消息的服务质量级别。
-
回调类：
Callback类继承自mqtt::callback，用于处理连接丢失、消息到达和消息交付完成等事件。
-
主函数：
- 创建
mqtt::async_client实例。 - 设置回调。
- 连接到MQTT代理。
- 订阅主题。
- 发布消息。
- 等待几秒钟以接收可能的消息。
- 断开连接。
- 创建
编译和运行
-
安装Paho MQTT客户端库：
- 在Ubuntu上可以使用以下命令安装：
sudo apt-get install libmqttclient-dev
- 在Ubuntu上可以使用以下命令安装：
-
编译代码：
g++ -std=c++11 mqtt_example.cpp -o mqtt_example -lpaho-mqtt3as -
运行程序：
./mqtt_example
输出示例
Connecting to MQTT broker...
Connected to MQTT broker.
Subscribing to topic: test/topic
Publishing message: Hello, MQTT from C++!
Waiting for messages...
Message arrived: test/topic - Hello, MQTT from C++!
Delivery complete for token: 1
Disconnecting from MQTT broker...
Disconnected from MQTT broker.
这个示例展示了如何使用C++和Paho MQTT客户端库实现基本的MQTT通信。你可以根据需要扩展功能，例如处理更多的回调事件、增加错误处理逻辑等。