随着物联网(IoT)技术的快速发展,大多数智能设备的通信模组都支持 TCP、UDP、MQTT、CoAP、HTTP、LwM2M 等网络通信协议,其中既有传输层协议,也有应用层的协议,不同协议适用的场景也不同。
我们在设计IoT硬件产品时,通常只需选择一种协议即可。那么,如何选择合适的通信协议对于构建高效、可靠的业务应用系统就显得尤为重要。
MQTT协议
MQTT协议是一种轻量级的消息传输协议,专为低带宽、高延迟或不可靠网络环境设计,采用客户端/服务端架构的发布/订阅模式的消息传输协议。
它的设计思想是轻巧、开放、简单、规范,易于实现。这些特点使得它对很多场景来说都是很好的选择,特别是对于受限的环境如机器与机器的通信(M2M)以及物联网环境(IoT)。
MQTT 协议的数据包格式非常简单,由固定报头(Fixed header)、可变报头(Variable header)、有效载荷(Payload)三个部分组成。它具有以下特点:
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发布/订阅模型:
允许设备通过一个中心节点——MQTT Broker进行消息交换,这种架构非常适合分布式系统中的实时数据流。
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服务质量(QoS):
提供了三种等级的服务质量,从至多一次到恰好一次不等,保证消息的不同级别可靠性。
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轻量级:
MQTT的消息头部最小只需2个字节,适合带宽有限的网络环境。
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心跳机制:
业务应用不需要关心长连接保活心跳。
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节省带宽:
MQTT协议Payload采用二进制协议可以更节约流量。流量比HTTP协议要低
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穿越防火墙:
MQTT协议可以通过MQTT over websocket来穿越网络防火墙。
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持久会话:
支持断线重连,确保即使在网络不稳定的情况下也能保持消息的连续性。
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遗嘱消息和保留消息:
允许设置当客户端异常断开时发布的遗嘱消息,以及保存最新消息供新订阅者获取。
HTTP 协议
HTTP 协议是一种基于
请求/响应
模式的应用层协议,主要用于Web浏览器与服务器之间的数据交换。它具有以下特点:
然而,
在 IoT 物联网应用场景中
HTTP协议展现出了以下的局限性:
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开销较大:
每次通信都需要建立完整的TCP连接,发送较大的头部包,导致较高的网络带宽消耗。
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实时性不足:
HTTP是无状态的,无法主动推送消息给设备端,常用的轮询机制无法满足物联网的实时性。
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对低功耗设备不友好:
频繁的连接和断开操作无疑会增加能耗,这在电池供电的小型设备上尤为明显。
HTTP 协议在 IoT 物联网应用场景
虽然MQTT
协议
因其轻量级特性和针对物联网优化的功能而被普遍推荐,但这并不意味着HTTP
协议
完全不适合用于物联网。
总之,HTTP协议并不是完全不适合物联网应用。它在那些不要求极高实时性并且已有成熟的Web基础设施支持的情况下,仍然能够发挥重要作用。
在大多数典型的物联网项目中,考虑到性能、能耗及灵活性等方面的综合优势,MQTT
协议
往往是硬件设备更好的选择。
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