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wzjs 2025/9/20 15:30:50

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前面，分享了低延迟小智AI服务端搭建系列：

低延迟小智AI服务端搭建-ASR篇
低延迟小智AI服务端搭建-ASR篇（续）
低延迟小智AI服务端搭建-LLM篇
低延迟小智AI服务端搭建-TTS篇
低延迟小智AI服务端搭建-本地TTS篇
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问题来了：客户端和服务端是如何通信的？

小智客户端，目前支持 websocket 和 MQTT+UDP 两种通信协议。

本篇，将首先尝试回答：

这两种协议有什么区别，适用场景是什么？
小智 AI 为什么要 MQTT+UDP？
MQTT是什么？
如何使用MQTT？

1. `websocket` 和 `MQTT+UDP` 选型

之前我们的协议都是基于 websocket，因为实现起来非常简单，便于快速测试通信过程。

但小智官方固件，默认采用 MQTT+UDP 通信，为啥呢？

回答这个问题之前，先看下两种协议的优劣势：

MQTT+UDP 优势：

轻量级、低带宽：MQTT 设计用于低带宽、不稳定网络，非常适合物联网设备。
消息推送/订阅机制：天然支持发布/订阅（Pub/Sub），适合多设备消息分发。
断线重连与消息保留：支持 QoS、遗嘱消息等机制，断线后可自动恢复。
UDP 音频通道：音频数据通过 UDP 发送，延迟低。

MQTT+UDP 劣势：

配置门槛高：必须有稳定的 MQTT 服务器（Broker），配置和维护有一定门槛。
协议复杂度高：比 WebSocket 多了一层 UDP 协议栈，实现上更为复杂。

websocket 优势：

简单直连：直接基于 TCP，和 HTTP 兼容性好。
服务端实现广泛：很多云服务、后端框架原生支持 WebSocket。

websocket 劣势：

实时性逊于 UDP：音频数据走 TCP，丢包会自动重传，所以实时性不如 UDP。
带宽利用率低：长连接，且 TCP 有一定的头部开销。

了解完二者各自的优势，再看它们的适用场景就一目了然了：

MQTT+UDP 适用场景：设备数量多，网络环境不稳定，带宽有限；
websocket 适用场景：设备数量不多，主要是一对一通信；需要快速开发、调试和上线。

所以，小智 AI 为什么要用 MQTT+UDP？

据公开报道，小智日活已过万，一旦并发量上来，服务端要以一敌百，websocket 将很快把带宽吃完，这种场景下，MQTT+UDP 势在必行！
如果是个人用户，服务端只为自己服务，显然还是websocket更香啊！

2. `MQTT`是什么

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport），一种发布/订阅消息传输协议，因为轻量，所以广泛用于物联网。

我们通过下图简单理解：生产者和消费者完全解耦，都和中介（MQTT Broker）进行通信，生产者发布（Publish）消息，消费者订阅（Subscribe）消息。

所以，在小智 AI 中：

当客户端要给服务端发送消息时，客户端发布，服务端订阅
当服务端要给服务端发送消息时，服务端发布，客户端订阅

这里的中介（MQTT Broker），作为中转站，就扮演了至关重要的作用。

开源的 MQTT Broker 实现主要有：

Eclipse Mosquitto：适用小型物联网项目，可轻松部署在树莓派等设备；
EMQX：支持海量设备连接，适用于大规模物联网应用；
HiveMQ：同样支持海量设备连接和高并发，但不支持规则引擎。

下面，我们采用EMQX来搭建一个 MQTT Broker。

3. `EMQX` 搭建 MQTT Broker

3.1 `EMQX` 部署

开源地址：https://github.com/emqx/emqx

官方文档：https://docs.emqx.com/zh/emqx/latest/

注：开源版本只支持单节点部署，如果需要集群支持，需向官方购买 Lincese。

EMQX 单节点能支持多少并发？

看硬件配置，16c32g 稳定支持10万并发连接，完全没问题。

EMQX 怎么快速上手？

最简单的自然是 docker 部署。

首先拉取镜像：

# 下面这两个镜像应该是一样的，从5.9版本开始，不再区分社区版和企业版了
docker pull emqx/emqx:latest
docker pull emqx/emqx-enterprise:latest

容器启动命令：

docker run -d --name emqx -p 1883:1883 -p 18083:18083 -v ./emqx/data:/opt/emqx/data -v ./emqx/log:/opt/emqx/log emqx/emqx:latest

注：我们这里映射了两个目录到本地，确保数据和日志持久化，为此要为本地文件夹添加权限：

sudo chmod -R 777 ./emqx/data
sudo chmod -R 777 ./emqx/log

再看下各个端口号有什么作用：

默认情况下，EMQX 启动时会占用 7 个端口，它们分别是：
1883，用于 MQTT over TCP 监听器，可通过配置修改。
8883，用于 MQTT over SSL/TLS 监听器，可通过配置修改。
8083，用于 MQTT over WebSocket 监听器，可通过配置修改。
8084，用于 MQTT over WSS (WebSocket over SSL) 监听器，可通过配置修改。
18083，HTTP API 服务的默认监听端口，Dashboard 功能也依赖于这个端口，可通过配置修改。

成功启动后，打开http://localhost:18083即可访问控制台：

默认用户名：admin，密码：public，初次登录后修改。

3.2 客户端怎么收消息：自动订阅主题

从小智官方下发的mqtt字段来看，每个客户端只有发布主题，并没有订阅主题啊：

'mqtt': {
'endpoint': 'mqtt.xiaozhi.me', 
'client_id': 'GID_test@@@98_3d_ae_e6_83_d0@@@', 
'publish_topic': 'device-server', 
'subscribe_topic': 'null'
}

问题来了：客户端怎么接收服务端下发的消息呢？

✅ 答案是：自动订阅主题。

✅ 解决方案：添加一个占位符构建的主题，只要客户端连接上来，将自动创建一个订阅主题：

客户端下线后，会自动清理主题。

3.3 服务端怎么收消息：规则引擎

从小智客户端代码看，客户端发的消息中，压根没有clientId字段：

问题来了：服务端怎么知道是哪个客户端发来的消息呢？

✅ 解决方案：使用 EMQX 规则引擎，给消息添加 clientId

✅ 具体步骤：

1.创建规则： 每当有客户端往 device-server 发消息，就触发这条规则，提取 clientid、payload。

SELECTclientid,payload
FROM"device-server"

2. 添加动作：

动作类型选择消息重发布，Payload 模板：

{"clientId": "${clientid}","data": ${payload}
}

这表示：构建一个新 JSON，把客户端的 clientid 和原始 payload 都打包进去。

注意：payload 本身如果是字符串 JSON，需要在规则引擎中用 ${payload} 直接插入（不能加引号），否则会变成字符串嵌套字符串。

此外，主题最好换一个，比如device-server-enhanced，否则会收到两条消息，因为原消息也会被订阅。

3. 测试一下

服务端打印结果如下：

device-server-enhanced {clientId: '98_3d_ae_e6_83_d0',data: {type: 'hello',version: 3,transport: 'udp',audio_params: {format: 'opus',sample_rate: 16000,channels: 1,frame_duration: 60}}
}

成功获取到 clientId，据此就可以区分哪个客户端发来的消息了。

3.3 启用认证模块

EMQX 会默认允许所有客户端连接（匿名登录），可以设置用户名密码认证。

设置后，客户端连接时传递用户名密码：

const client = mqtt.connect('mqtt://your-host:1883', {clientId: 'server',username: 'server',password: 'yourpassword'
});

3.4 测试 MQTT 延时

有了 MQTT Broker 这座桥梁后，我们拉到真实对话场景中，看下客户端和服务端的通信延时：

# 客户端-接收
2025-06-09T11:52:20.149Z MQTT publish: {"session_id":"93:3d:re:e6:83:d0","type":"listen","state":"detect"}
# 服务端-发送
2025-06-09T11:52:20.151Z recv mqtt msg: {"session_id":"93:3d:re:e6:83:d0","type":"listen","state":"detect"}# 服务端-发送
2025-06-09T11:52:20.280Z MQTT publish: devices/p2p/93:3d:re:e6:83:d0 {"type":"stt","text":"你好"}
# 客户端-接收
2025-06-09T11:52:20.285Z MQTT recv: devices/p2p/93:3d:re:e6:83:d0 {"type":"stt","text":"你好"}

可以发现，基本保持 5ms 以内，真正做到了毫秒级消息交付时延！