什么是MQTT协议?
消息队列遥测传输(MQTT)是一种轻量级消息传递协议，专为受限设备和低带宽、高延迟或不可靠的网络而设计。MQTT提供了一种简单高效的远程控制和监控方法，适用于各种物联网(IoT)应用。
MQTT协议通过TCP/IP运行，并使用发布/订阅模型。在此模型中，客户端设备将其数据发送到代理。其他客户端设备根据其订阅的主题从代理接收数据。因此，MQTT允许以去中心化、解耦的方式在多个设备之间共享数据，从而促进物联网网络中的高效通信。
MQTT的关键方面之一是其简单性。该协议只有少量命令，并使用简单的二进制格式进行数据传输。这种简单性使得MQTT能够在从强大的服务器，到微型传感器的各种设备上快速高效地实施。
MQTT协议的历史和演变
MQTT协议最初由IBM和Arcom(现为Eurotech)于1999年设计，用于通过高延迟和低带宽的卫星链路连接石油管道传感器。主要目标是创建一个简单、轻量级的协议，以便通过这些具有挑战性的网络有效传输遥测数据。
多年来，MQTT不断得到改进和调整，以满足物联网应用不断变化的需求。该协议因其简单性、高效性和可扩展性而获得了广泛的接受。2013年，MQTT被结构化信息标准促进组织(OASIS)采纳为开放标准，此后，MQTT被广泛应用于汽车、能源、医疗保健和家庭自动化等各个行业。
如今，MQTT被认为是物联网的关键支持技术之一。MQTT能够处理来自数百万台设备的海量数据，且资源需求低，使其成为许多物联网应用的理想选择。
MQTT在物联网用例中的优势
低带宽要求
在物联网世界中，设备通常通过受限网络进行通信，因此以最小带宽传输数据的能力至关重要。MQTT因其紧凑的二进制消息格式和高效的发布/订阅模型，而在这一领域表现出色。通过使用MQTT，物联网设备可以紧凑、高效地传输数据，从而最大限度地减少带宽使用并降低通信成本。
电池供电设备的高效用电
物联网的主要挑战之一是电源效率，特别是对于电池供电的设备。MQTT通过有效利用网络资源来解决这一挑战。通过使用持久的TCP连接和保持活动机制，MQTT最大限度地减少了网络流量并降低了功耗。此功能使MQTT成为电池供电的物联网设备的合适选择，因为它可以帮助延长电池寿命。
易于实施和可扩展性
MQTT以其简单性和易于实施而闻名。该协议只有几个命令，其二进制消息格式易于解析。这种简单性使得MQTT可以轻松地在各种设备上实施，从强大的服务器到微型物联网传感器。
此外，MQTT具有高度可扩展性。其发布/订阅模型允许在大量设备之间高效地分发数据。此外，MQTT代理可以集群化来处理海量数据和数百万客户端，使MQTT成为大规模物联网应用的理想选择。
适合各种物联网场景的服务质量水平
MQTT提供三个服务质量(QoS)级别，为消息传递提供不同的保证。此功能使MQTT适用于各种物联网场景，从低优先级数据监控到关键控制应用。通过选择适当的QoS级别，开发人员可以确保其物联网应用满足他们特定的可靠性和性能要求。
MQTT在物联网中的局限性
需要持续可用的网络连接
MQTT的主要限制之一是它依赖于持续可用的网络连接。由于MQTT使用持久TCP连接进行通信，因此需要客户端设备和代理之间有持续的网络链接。在一些网络连接断断续续或不可靠的物联网场景中，这一要求可能具有挑战性。
安全问题和额外安全措施的必要性
虽然MQTT包含一些基本的安全功能，例如用户名/密码身份验证和SSL/TLS加密，但它没有提供全面的安全措施。例如，MQTT不支持基于角色的访问控制或消息完整性检查。因此，可能需要额外的安全措施，例如防火墙、入侵检测系统和安全编码实践，以确保基于MQTT的物联网系统的安全。
对非文本数据类型的有限支持
MQTT的另一个限制是其对非文本数据类型的支持有限。MQTT消息是二进制的，并且该协议不包含任何用于编码或解码非文本数据类型的内置机制。因此，开发人员必须实现自己的数据序列化和反序列化方法，这会增加基于MQTT的物联网应用的复杂性。
替代物联网协议
CoAP
CoAP是一种计算机协议，应用于物联网，设计用于受限环境，例如低功耗和有损网络。它构建在用户数据报协议(UDP)，而不是传输控制协议(TCP)之上，这使得它比MQTT更轻量级。
然而，作为基于UDP的协议，CoAP不能保证消息的可靠传递。虽然它确实具有用于确认消息接收的内置机制，但是它没有MQTT的服务质量级别那么高的可靠性。此外，作为请求响应协议，CoAP不支持发布-订阅模型，与MQTT相比，这可能会限制其可扩展性。
AMQP
高级消息队列协议(AMQP)是一种功能强大的消息传递协议，它提供了一系列功能，例如消息定向、队列、路由、可靠性和安全性。与MQTT和CoAP不同，AMQP并不是专门为物联网用例设计的，但可以用于此类目的。
虽然AMQP比MQTT提供更多功能，但它也更复杂、更笨重，这对于资源有限的物联网设备来说可能是一个缺点。然而，它对发布订阅模型的支持及其强大的可靠性和安全功能，使其成为某些物联网用例的合适选择。
WebSockets
WebSockets是一种通过单个长期连接在客户端和服务器之间，提供全双工通信的协议。这使其成为实时通信用例的理想选择。WebSockets并不是专门为物联网设计的，但它可以与其他协议，例如MQTT结合使用，以实现物联网设备的实时通信。
WebSockets的主要优点是它能够提供实时通信。然而，它比MQTT和CoAP更重，并且不具有与MQTT相同水平的可靠性。
XMPP
可扩展消息传递和状态协议(XMPP)是主要用于即时消息传递和状态信息的协议。它是一种灵活的协议，可以扩展以支持包括物联网在内的广泛应用。
虽然XMPP不如MQTT或CoAP轻量级，但它具有高度可扩展性，这使其成为不同物联网用例的通用选择。然而，与WebSocket一样，XMPP不具有与MQTT相同级别的可靠性，并且实现起来可能更复杂。
MQTT是统治一切的物联网协议吗?
正如TCP/IP成为现代互联网的基础一样，MQTT有潜力成为物联网的标准协议。尽管存在一些限制，但MQTT的优势简单、轻量级和高效，使其特别适合物联网应用的要求。
以下是MQTT能够成为物联网事实上标准的原因：
从头开始专为物联网设计：MQTT在设计时考虑了物联网的限制和要求，例如最小的带宽使用、高效的电源使用，以及即使在资源受限的设备上也能轻松实现。与适合物联网使用但最初并非为其设计的协议相比，MQTT具有固有的优势。
经过验证的可扩展性：MQTT已证明其可扩展，以满足大型物联网系统需求的能力。凭借其高效的发布/订阅模型和集群代理的能力，MQTT可以有效管理数百万台设备之间的通信，随着连接的物联网设备数量不断增长，这是一个至关重要的要求。
服务质量级别：MQTT的服务质量(QoS)级别为消息传递保证提供了灵活的选项。从可以容忍偶尔丢失消息的遥测数据，到必须可靠传递的关键控制消息，MQTT的QoS级别可以满足各种应用需求。
广泛采用和社区支持：MQTT已在物联网行业得到广泛采用，并拥有强大的社区支持。这种采用和支持使MQTT成为可靠的选择，因为开发人员可以依靠持续的协议开发、广泛的库和工具以及提供建议和解决问题的活跃社区。
与其他协议集成：虽然MQTT在物联网设备通信中大出风头，但它也可以与其他协议有效集成。例如，它可以通过WebSockets用于实时的基于浏览器的应用，从而提供了额外的灵活性。
当然，MQTT并不完美。它需要持久的网络连接，其内置的安全功能是基本的，并且它本身并不支持非文本数据类型。然而，这些限制是可以减轻的。通过仔细的系统设计和现代网络协议的使用，可以提高网络的弹性。额外的安全措施可以保护MQTT通信，序列化/反序列化方法可以处理非文本数据。
总之，MQTT尽管有其局限性，但具有显著的优势和优势，使其非常适合物联网行业。它的设计、可扩展性、灵活性以及广泛的采用和支持，使其成为统治一切的物联网协议的有力竞争者，就像TCP/IP对互联网的影响一样。
然而，物联网应用的多样性意味着其他协议将继续发挥重要作用。未来可能不属于单一协议，而是属于以MQTT为核心的协同工作的协议生态系统。
