为什么在物联网应用中大多使用MQTT？

原创嵌入式大杂烩 2024-09-25 11:38

【50份好礼】首发直播：解密Keysight最新模拟信号源 【有奖直播】提升毫米波信号测试精度

物联网应用中MQTT和HTTP都有应用，但是应用的场景不同。在物联网应用中，大多选择使用MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）而不是HTTP（Hypertext Transfer Protocol），主要基于以下几个方面的优势：

MQTT优势

1. 节省网络带宽

数据包大小：MQTT使用轻量级协议，数据包大小相较于HTTP更小。MQTT的消息头仅需2字节，而HTTP协议的消息头部则复杂得多，即使是最简单的HTTP请求，消息头部也至少几百字节。
传输效率：MQTT的订阅-发布机制意味着在一个周期内只发送一次数据，而HTTP在每次请求时都要发送头部信息，这使得MQTT在传输大量数据时更加节省带宽。

2. 更好的延迟

连接机制：HTTP的客户端-服务器模式每次请求都需要建立连接，这带来了较高的延迟。而MQTT中，客户端只需要与服务器建立一次连接，随后的请求只需要发送一个小的数据包以更新状态，因此MQTT可以更快地更新设备状态。

3. 更高的可靠性

发布订阅模式：MQTT使用的是发布订阅模式，即使在网络连接不稳定的情况下，也能够实现数据的可靠传输。当设备离线时，MQTT会将数据存储在队列中，直到设备重新上线时再将其发送。
自动重连机制：MQTT具有自动重连机制，即使网络断开，也能够自动恢复连接，确保消息的可靠传输。

4. 更好的安全性

加密协议：MQTT支持TLS/SSL加密协议，可以确保数据在传输过程中的安全性。而HTTP在传输过程中需要使用更复杂的安全措施，如HTTPS协议。

5. 更好的扩展性

多对多通信：MQTT支持多对多的通信模式，可以很容易地扩展到大型系统中。
低成本实现：MQTT的轻量级协议使得实现MQTT库的成本较低，易于移植到不同的平台上。

6. 适用于资源受限的设备

低功耗：MQTT协议可以保持长连接，在空闲时保持低功耗状态，节省设备能源。
数据处理：MQTT以数据为中心，将数据作为字节数组传输，非常适合资源受限的设备并有助于节省电池。

7. 高效的消息分发

发布订阅模式：MQTT采用的发布/订阅模式非常适合物联网应用中设备间的消息分发。这种模式允许单一设备向多个订阅者同时发送消息，使得信息传递变得既高效又灵活。

应用代码对比

MQTT 伪代码示例

// MQTT 客户端连接到 MQTT 服务器  
mqttClient.connect("mqtt://broker.example.com:1883", clientId)  
  
// 订阅特定主题  
mqttClient.subscribe("sensor/data", qos=1)  
  
// 发布消息到主题  
mqttClient.publish("sensor/data", "temperature=25.5C", qos=1)  
  
// 接收并处理消息  
onMessageReceived(message) {  
    if (message.topic == "sensor/data") {  
        processSensorData(message.payload)  
    }  
}

HTTP 伪代码示例

// HTTP 客户端发送 GET 请求  
response = httpClient.get("http://api.example.com/sensor/data")  
  
// 处理响应数据  
if (response.statusCode == 200) {  
    sensorData = parseSensorDataFromResponse(response.body)  
    processSensorData(sensorData)  
}  
  
// 发送 POST 请求以更新传感器数据（通常不用于实时数据传输）  
requestBody = "temperature=25.5C"  
response = httpClient.post("http://api.example.com/update/sensor/data", requestBody)

实际例子对比分析

假设有一个智能家居系统，其中包含了多个智能灯泡和温度传感器。

使用 MQTT：每个灯泡和传感器都作为MQTT客户端连接到MQTT服务器（broker）。温度传感器定期发布包含温度数据的消息到“sensor/temperature”主题。灯泡订阅了该主题，并在接收到新的温度数据时自动调整亮度或颜色。这种方式下，灯泡和传感器之间的通信是实时的，且即使在网络不稳定的情况下也能保持较高的可靠性。
使用 HTTP：每个灯泡和传感器都需要定期向中央服务器发送HTTP请求以获取或更新数据。例如，温度传感器需要发送HTTP POST请求来上传温度数据，而灯泡则需要发送HTTP GET请求来获取最新的温度数据以调整亮度。这种方式下，每个请求都需要等待服务器的响应，且在网络不稳定或延迟较高时可能会导致问题。此外，由于HTTP是无状态的，灯泡可能需要在每次需要调整亮度时都重新获取温度数据。

MQTT在物联网应用中的使用比HTTP更加合适，因为MQTT拥有更好的带宽利用率、更低的延迟、更高的可靠性、更好的安全性、更好的扩展性，以及更适用于资源受限的设备。这些优势使得MQTT成为物联网应用中的首选协议。