MQTTnet 入門 Ⅰ
淺談 MQTT
概念、架構、QoS
隨著物聯網技術的發展，MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）作為一個輕量級、可靠且高效的通訊協定，在物聯網應用中扮演著重要的角色。MQTT 的設計目的是為了在資源受限的環境中進行可靠的訊息傳輸。本文將帶您深入瞭解 MQTT 的基本概念、架構、特色、QoS設定。
基本概念
MQTT T（Message Queuing Telemetry Transport）是一個基於發布/訂閱（Publish/Subscribe）模式的通訊協定。它包含以下重要概念：
- Broker（代理伺服器）：作為 MQTT 系統的核心，負責接收和分發訊息。
- Client（客戶端）：設備或應用程序，可以是發布者（Publisher）或訂閱者（Subscriber）。
- Topic（主題）：訊息分類的機制，客戶端可以訂閱特定的主題來接收相關訊息。
- QoS（Quality of Service）：訊息傳遞的質量等級。
架構
MQTT的架構非常簡單，主要由以下三個組件組成：
- Publisher（發布者）：將訊息發布到特定的主題。
- Broker（代理伺服器）：接收發布的訊息，並將訊息分發給相應的訂閱者。
- Subscriber（訂閱者）：訂閱特定的主題，接收與其相關的訊息。
從圖中可以看到系統中有兩個 Sensor 會分別將所收到的環境資訊發布（Publish）到各自的主題（Topic），而有兩個程式分別去接收各個主題的訊息，並針對不同主題的訊息進行相應的資料處理及應用。
特色
- 輕量級：MQTT 的協定非常簡潔，佔用的資源很少，適用於資源受限的設備。
- 低寬頻消耗：MQTT 使用二進制協定，資料包的大小非常小，節省了寬頻的使用。
- 高可靠性：MQTT 支援確保訊息傳遞的機制，確保訊息不會丟失並按照正確的順序傳遞。
- 靈活性：MQTT 的發布/訂閱模式可以彈性地擴展和組織訊息的傳遞。
- 支援離線消息：MQTT 支援離線消息的暫存和傳遞，保證在斷開連接後的重新連接時不會丟失訊息。
- 安全性：MQTT 提供了安全性機制，如TLS/SSL加密和使用者驗證，以確保訊息的保密性和完整性。
QoS的設定
MQTT定義了三種不同的訊息傳遞品質（QoS）等級，用於控制訊息的可靠性和傳遞保證：
- QoS 0（At most once）：最多一次，訊息發送者只發送一次訊息，不關心訊息是否已經確實傳遞。
- QoS 1（At least once）：至少一次，訊息發送者確保訊息至少傳遞一次，但可能會重複傳遞。
- QoS 2（Exactly once）：僅一次，訊息發送者確保訊息只傳遞一次，並且訊息不會被重複傳遞。
Retained Message
Retain Message 它允許發布者在發送訊息時指定一個Retain標誌。當訂閱者訂閱主題時，如果該主題上存在帶有Retain標誌的最新訊息，訂閱者將立即接收到這條訊息。這對於需要訪問最新狀態的設備非常有用。
MQTT 實作
基本上各個語言現在都有很豐富的 MQTT 相關套件可以實作 MQTT 通訊，我有使用 C# 的 MQTTnet 套件分別實作了MQTT Broker 和 Client ，詳細用法請參考系列文章：
MQTTnet 入門 Ⅱ：使用 .NET 6 Worker 建立 MQTT Broker
MQTTnet 入門 Ⅲ：使用 .NET 6 Worker 建立 MQTT Client
MQTT 作為一個輕量級、可靠和高效的通訊協定，為物聯網項目提供了強大的資料通訊能力。深入瞭解 MQTT將有助於您在物聯網應用中有效地使用和管理訊息傳遞。希望這篇文章對您對於MQTT的理解有所幫助，並在未來的專案中能夠更好地應用MQTT的功能。如果您有任何問題或想法，歡迎在下面的評論區分享。謝謝閱讀！