聂永的博客

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MQTT-SN协议乱翻之简要介绍

前言

这一段时间在翻看MQTT-SN的协议,对针对不依赖于TCP传输的MQTT协议十分感兴趣,总是再想着这货到底是怎么定义的。一系列文章皆有MQTT-SN 1.2协议所拼装组成,原文档地址: MQTT-SN_spec_v1.2.pdf

MQTT-SN文档分为7个部分,我直接按照从前到后的顺序,直接组装成四个小篇。嗯,若放在一篇文章中,文字太长,造成排版难度。

非直译,完全按照自己理解整理而成,请知晓。

版本变迁历史

  1. 2007-11-29 1.0版本
  2. 2008-6-5 1.1版本,增加休眠设备支持
  3. 2011-5-20 1.2版本
  • 增加消息长度255字节支持
  • 增加转发封装支持
  • 增加返回代码"0x03 Rejected, not supported"
  • ReturnCode 增加到WILLTOPICRESP和WILLMSGRESP消息中

MQTT-SN名称由来

原名是MQTT-S,但会引起人们的误解,因此更名成MQTT-SN:

As part of the job of applying the same or similar license terms to the MQTT-S specification as those on the MQTT specification, we are proposing a small name change. The new name would be MQTT-SN, standing for exactly the same long name, MQTT for Sensor Networks. Some people had assumed that the S in MQTT-S stood for secure, so we hope this change will avoid that confusion. -- Ian Craggs

MQTT-SN存在目的

MQTT for Sensor Networks is aimed at embedded devices on non-TCP/IP networks, such as Zigbee. MQTT-SN is a publish/subscribe messaging protocol for wireless sensor networks (WSN), with the aim of extending the MQTT protocol beyond the reach of TCP/IP infrastructure for Sensor and Actuator solutions.

针对适配传感装置(缩写为SA)的特定版MQTT协议,一般运行在嵌入式电池驱动的电子元件中,传输通过基于IEEE 802.15.4规范无线低速网络构成的无线传感网络(WSN),同样具有企业级别特性具有以数据为核心的(data-centric)订阅/发布特性。

总之,针对低功耗、电池驱动、处理存储受限的设备、不支持TCP/IP协议栈网络的电子器件而定制,比如常见的ZigBee(或XBee),对所依赖的底层传输网络不可知,但只要网络支持双向数据传输和网关,都是可以支持较为上层的MQTT-SN协议传输。比如简单数据报服务,只要支持一个源端点发送数据到一个特定目的地端点,这对支持MQTT-SN协议,就足够了。广播数据报传输服务也是必须的用于网关和终端的自动发现流程。为了降低广播风暴,MQTT-SN定义了广播路径深度(广播范围或广播半径)。

一些名词和术语

  • topic id,主题标识符,两个字节16位表示的自然数(java语言short类型,0-65535范围),对应于主题topic name
  • 网关/服务器(gateway/server),在MQTT-SN中统一称之为网关,主要处理和MQTT-SN客户端的交互,缩写为网关
  • MQTT-SN终端和客户端(client),统一称之为客户端,其实也是嵌入式传感设备,或电子元件,资源受限,在无线区域个人网中运行
  • IEEE 802.15.4,完整栈的整个数据上限为128个字节,一般选择UDP(相比20个字节的TCP协议,UDP报文头部仅仅需要8个字节)协议传输数据
  • 低速网络/当前网络,指的是LR-WPAN(low-rate wireless personal area network,),低速无线个人区域网络

MQTT-SN VS MQTT

尽管MQTT-SN被设计成尽可能接近于MQTT,但那些低功耗、电池驱动、资源受限的设备所在网络场景为低速带宽、高连接失败、物理层数据包上线为128字节。文档提出了以下不同点:

  1. CONNECT消息被拆分成三个消息(CONNECT,WILLTIPIC,WILLMSG),后两者用于客户端传递遗嘱主题和遗嘱消息等
  2. 在PUBLISH消息中主题(topic name)被替换成两个字节长度自然数(topic id),这个需要客户端通过注册流程进行获取对应的topic id
  3. 预定义(提前定义)topic id和topic name,省去中间注册流程,客户端和网关要求提前在其固件中指定
  4. 协议引入的自动发现机制可帮助客户端发现潜在的网关。若存在多个网关,彼此可协调是为主从互备或者负载均衡
  5. "clean session"即可作用于订阅持久化,也被扩展作用于遗嘱特性(遗嘱主题和遗嘱消息)
  6. 针对休眠设备增加离线保活机制支持,当有消息时代理需要缓存,客户端被唤醒时再发送

MQTT-SN架构示意

在MQTT-SN架构图中,存在三种组件:

  1. MQTT-SN 客户端
  2. MQTT-SN 网关,可单独存在,也可以被集成到MQTT服务器中。需要承担MQTT-SN和MQTT协议之间的转换工作
  3. MQTT-SN 转发器,负责转发当前客户端数据到不可直接访问的网关上去,针对客户端而言网关不可直接访问时,转发器作用就凸显。转发器封装MQTT-SN消息转发给网关,解封来自网关的消息发送给客户端。网关不能够篡改原始数据。

MQTT-SN传输网关

MQTT-SN网关传输方式,下面的图片一目了然。

  1. 透明网关,会为每一个客户端都建立一个TCP连接到MQTT服务器的通道,这样会较为耗费网关网络资源,但模型简单
  2. 聚合网关,只建立一条TCP连接通道到MQTT服务器上,所有的客户端共享一个通道,很经济的说。

网关需要抉择哪些消息需要和远程的MQTT Server进行交互,比如只选择客户端发送的PUBLISH、SUBSCRIBLE消息等。

小结

上面简单介绍了MQTT-SN,下面将会介绍MQTT-SN消息头部和格式。



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posted on 2015-01-07 22:41 nieyong 阅读(10337) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: MQTT


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