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先来体验一下MQTT通信
1.提示:
可以把MQTT软件安装到自己的电脑,也可以安装在云服务器上
如果把MQTT服务器安装在自己的电脑上,连接服务器的IP地址就是自己电脑的IP地址
如果安装到云服务器上,连接服务器的IP地址就是云服务器的IP地址.
2.打开调试助手
3.需要打开两个,默认连接提供的服务器测试. 第一个配置如下: 发布的主题:aaaaa 订阅的主题:Topic 点击连接,然后点击订阅
第二个配置如下: 发布的主题:Topic 订阅的主题:aaaaa 点击连接,然后点击订阅
4.第一个软件发消息:发送的消息123456,然后点击发送
用户会看到第二个软件收到消息 提示:这个软件是自己开发的,里面的显示都是自己规定的.
其实过程是这样的:
两个客户端都连接了一个MQTT服务器(这个只是个软件,后面章节会告诉大家怎么安装)
第一个客户端发布的主题那一栏填写的是 aaaaa 然后发送的消息是 123456
点击发送的时候实际上该消息就发给了MQTT服务器
整个消息格式呢大概是这样的 XXXXaaaaaXXXX123456
XXXX呢代表其它信息,方便服务器区分出来整个消息中的
发布的主题(aaaaa)和发布的消息(123456)
其实 aaaaa 就充当了这个消息的标识
第二个客户端的订阅那一项填写的是 aaaaa
其实就是在告诉服务器,我需要数据标识是 aaaaa的消息
既然你告诉了服务器了,那么服务器只要接收到数据标识是 aaaaa
的消息,那么就会主动把消息发给你
5.同理,让下面的客户端把消息发给上面的客户端
6.简要说明:
连接上MQTT服务器以后,只要是两个设备之间订阅和发布的主题对上了
那么这两个设备就可以通信了
对于初学者可能疑惑,你软件点点点到底内部是怎么做到的
如果你想知道更多就接着看,我先说明一下过程.
其实MQTT就是一个TCP服务器,它是在TCP通信的时候封装了一套协议.
咱们就叫它MQTT协议,注意本质上就是TCP传输数据,这个数据有格式而已!
首先是使用TCP连接,然后发送MQTT连接协议,然后发送MQTT订阅主题的协议.
这样的话,服务器就知道你需要哪种标识的数据了.
当服务器收到这种标识的数据的时候,服务器就会主动转发给你.
其实MQTT服务器主要工作就是做数据转发,但是你需要告诉它你需要什么样的数据.
思考
1.其实理解一个东西最好的方式就是:你要设想如果让你自己做一个这样的服务器,你会怎么做.
2.现在需求是做一个负责数据转发的软件
首先,平时的时候咱做的TCP服务器都是,一个或者多个客户端连接咱做的TCP服务器,然后TCP服务器处理客户端的数据.
现在呢!需求变了!
假设我有5个网络设备,3个手机.我现在想让网络设备把数据远程传给手机.而且我还需要记录网络设备上传的数据.
假设通信是这样的(而且后期还会不停的增加设备和手机)
3.咋办???
1. 需要记录所有设备的数据
2. 设备和手机之间存在多对一和一对多,所以,必须需要个公共的服务器进行数据的中转.
假设你就把这个服务器做成TCP服务器,有人问,你咋不做成UDP呢?
UDP是无连接状态,发送数据不好判断是不是发送成功,我还是少找些麻烦!
还有就是要实现远程,有个公网IP就可以,可以自己买个服务器,上网络公司拉一根专网
或者用自己电脑,用花生壳映射
还是用云服务器吧!就是运行在别人的服务器上的一台电脑(就是一台电脑),IP地址直接是公网.方便.
4.怎么设计这个TCP服务器???
1.为了应对这种通信,首先设备发送的数据决不能是单单的数据,必须加点东西
2.如果把发送的数据带上标识呢? 假设设备1发送的数据是: aaaaa数据 (aaaaa是数据标识,后面是真实数据)
3.然后呢!假设手机1就接收数据标识是aaaaa的数据,怎么让服务器转发给它呢???
4.如果手机1在连接上TCP服务器的时候 告诉TCP服务器我接收数据标识是 aaaaa的数据
5.通过上面的方式是不是有点眉头了????
咱呢姑且把 "告诉TCP服务器我接收数据标识是 aaaaa的数据" 这个事情呢,起个名字 订阅的主题是 aaaaa
把 "假设设备1发送的数据是: aaaaa数据 " 消息前面的 aaaaa 叫做 发布的主题是aaaaa
5.总结上面的就是
手机1先连接TCP服务器,然后呢,规定个协议,告诉TCP服务器我订阅的主题是aaaaa
这样呢服务器就记住了,当出现消息前面的主题是aaaaa的消息的时候,他就把这个消息发给手机1
当然咱假设,设备1连接上TCP服务器,然后,告诉TCP服务器我订阅的主题是wwww
这样呢服务器就记住了,当出现消息前面的主题是wwww的消息的时候,他就把这个消息发给设备1
然后设备1连接上TCP服务器以后呢,这样发送信息(假设发送的消息是123456): aaaaa123456
服务器一接收到客户端的消息,就取出来这个消息的标识是什么,取出来的是 aaaaa
然后呢,看下记录的谁需要消息标识是aaaaa的消息,然后找到了手机1
最后把这个消息发送给手机1这个客户端,然后手机1就接收到了1123456这个消息
同理:手机1发送 wwww998877 然后这个消息就会发给设备1 ,设备1就会收到 998877
6.总结
这个服务器道理上是这样,服务器记录各个设备的信息,各个设备订阅的主题,然后呢,判断这个消息然后进行转发
但是...咱做个简单的完全可以做出来,但是要想做的完善,而且要支持庞大消息数量的设备(来个百万级).....不是一朝一夕就可以的.
其实很长时间以前,人们就有这种需求了.多对一和一对多通信
所以呢,一些组织和单位就开始解决这种问题,开始做这种软件,所以MQTT就诞生了.
之所以叫MQTT是因为是外国人做的这种TCP服务器,外国人呢,为实现这种功能的TCP服务器取了个名字叫
Message Queuing Telemetry Transport
然后取每个首字母 就叫 MQTT了
其实有很多家做MQTT软件,但是呢,我比较喜欢用emqtt
来说一下具体的MQTT协议
1,首先咱知道就是个TCP服务器,所以呢,需要先用TCP连接上他们的服务器.
2,咱用Android ,C#,QT,网页等等连接MQTT服务器的时候有现成的封装好的库可以用,其实说白了就是调用函数而已.....
3,但是对于单片机而言要想实现MQTT通信,那么就需要借助网络模块
大部分的网络模块都可以实现TCP通信,咱呢,就需要在TCP的基础上按照MQTT协议封装下咱的数据
注:其实官方给了现成的MQTT的封装数据和解析数据的程序)
https://docs.emqx.io/sdk_tools?category=MQTT_Clients (官方提供的各个开发的库)
单片机用下面这个,不过我以前用的这个,因为库功能很全,占用内存有点大,所以后期使用的是自己重新封装的.
下面是自己当前使用的mqtt最底层
代码语言:javascript复制/**
******************************************************************************
* @author yang feng wu
* @version V1.0.0
* @date 2019/12/15
* @brief
******************************************************************************
******************************************************************************
*/
#define MQTTCLIENT_C_//如果没有定义
#include "mqtt_msg.h"
#include "string.h"
#include "stm32f10x.h"
#define MQTT_MAX_FIXED_HEADER_SIZE 3
uint16_t mqtt_message_id = 0;
enum mqtt_connect_flag
{
MQTT_CONNECT_FLAG_USERNAME = 1 << 7,
MQTT_CONNECT_FLAG_PASSWORD = 1 << 6,
MQTT_CONNECT_FLAG_WILL_RETAIN = 1 << 5,
MQTT_CONNECT_FLAG_WILL = 1 << 2,
MQTT_CONNECT_FLAG_CLEAN_SESSION = 1 << 1
};
//__attribute((__packed__))
struct mqtt_connect_variable_header
{
uint8_t lengthMsb;
uint8_t lengthLsb;
uint8_t magic[4];
uint8_t version;
uint8_t flags;
uint8_t keepaliveMsb;
uint8_t keepaliveLsb;
};
int mqtt_get_type(unsigned char* buffer) { return (buffer[0] & 0xf0) >> 4; }
int mqtt_get_connect_ret_code(unsigned char* buffer) { return (buffer[3]); }
int mqtt_get_qos(unsigned char* buffer) { return (buffer[0] & 0x06) >> 1; }
int append_string(int *length,unsigned char* buffer,int buffer_length,unsigned char* string, int len)
{
if((*length) len 2 > buffer_length)//加上 ClientID 和 记录 ClientID个数(两位) 以后超出了数组
return -1;
buffer[(*length) ] = len >> 8;
buffer[(*length) ] = len & 0xff;
c_memcpy(buffer (*length), string, len);
(*length) = len;
return len 2;
}
uint16_t append_message_id(int *length,unsigned char* buffer,int buffer_length, uint16_t message_id)
{
// If message_id is zero then we should assign one, otherwise
// we'll use the one supplied by the caller
while(message_id == 0)
message_id = mqtt_message_id;
if((*length) 2 > buffer_length)
return 0;
buffer[(*length) ] = message_id >> 8;
buffer[(*length) ] = message_id & 0xff;
return message_id;
}
int fini_message(unsigned char **data_ptr,int length,unsigned char* buffer, int type, int dup, int qos, int retain)
{
int remaining_length = length - MQTT_MAX_FIXED_HEADER_SIZE;
if(remaining_length > 127)
{
buffer[0] = ((type & 0x0f) << 4) | ((dup & 1) << 3) | ((qos & 3) << 1) | (retain & 1);
buffer[1] = 0x80 | (remaining_length % 128);
buffer[2] = remaining_length / 128;
length = remaining_length 3;
*data_ptr = buffer;
}
else
{
buffer[1] = ((type & 0x0f) << 4) | ((dup & 1) << 3) | ((qos & 3) << 1) | (retain & 1);
buffer[2] = remaining_length;
length = remaining_length 2;
*data_ptr = buffer 1;
}
return length;
}
uint16_t mqtt_get_id(unsigned char* buffer, uint16_t length)
{
if(length < 1)
return 0;
switch(mqtt_get_type(buffer))
{
case MQTT_MSG_TYPE_PUBLISH:
{
int i;
int topiclen;
for(i = 1; i < length; i)
{
if((buffer[i] & 0x80) == 0)
{
i;
break;
}
}
if(i 2 >= length)
return 0;
topiclen = buffer[i ] << 8;
topiclen |= buffer[i ];
if(i topiclen >= length)
return 0;
i = topiclen;
if(mqtt_get_qos(buffer) > 0)
{
if(i 2 >= length)
return 0;
//i = 2;
} else {
return 0;
}
return (buffer[i] << 8) | buffer[i 1];
}
case MQTT_MSG_TYPE_PUBACK:
case MQTT_MSG_TYPE_PUBREC:
case MQTT_MSG_TYPE_PUBREL:
case MQTT_MSG_TYPE_PUBCOMP:
case MQTT_MSG_TYPE_SUBACK:
case MQTT_MSG_TYPE_UNSUBACK:
case MQTT_MSG_TYPE_SUBSCRIBE:
{
// This requires the remaining length to be encoded in 1 byte,
// which it should be.
if(length >= 4 && (buffer[1] & 0x80) == 0)
return (buffer[2] << 8) | buffer[3];
else
return 0;
}
default:
return 0;
}
}
/**
* @brief 获取MQTT返回的数据长度(去掉1和2字节后面数据的长度)
* @param buffer MQTT返回的数据首地址
* @param length 返回的数据个数
* @retval 数据长度
* @warning None
* @example
**/
int mqtt_get_total_length(unsigned char* buffer, uint16_t length)
{
int i;
int totlen = 0;
for(i = 1; i < length; i)
{
totlen = (buffer[i] & 0x7f) << (7 * (i - 1));
if((buffer[i] & 0x80) == 0)
{
i;
break;
}
}
totlen = i;
return totlen;
}
/**
* @brief 打包连接MQTT指令
* @param info MQTT信息
* @param data_ptr 打包的数据首地址
* @param buffer 打包进的数组
* @param buffer_length 数组长度
* @retval 数据长度
* @warning None
* @example
**/
int mqtt_msg_connect(mqtt_connect_info_t* info,unsigned char **data_ptr,unsigned char* buffer,int buffer_length)
{
int length;
struct mqtt_connect_variable_header* variable_header;
mqtt_message_id = 0;
length = MQTT_MAX_FIXED_HEADER_SIZE;//头.连接类型1位,数据个数2位(如果大于127就需要两位)
if(length sizeof(*variable_header) > buffer_length)//数组不够存储的
return 0;
variable_header = (void*)(buffer length);//把数组分给这个结构体里面的变量
length = sizeof(*variable_header);//存储完 连接类型,整个数据个数,版本号个数,版本号,等
variable_header->lengthMsb = 0;//版本名称个数高位
variable_header->lengthLsb = 4;//版本名称个数低位
c_memcpy(variable_header->magic, "MQTT", 4);//版本名称MQTT
variable_header->version = 4;//版本号
variable_header->flags = 0;//先清零
variable_header->keepaliveMsb = info->keepalive >> 8;//心跳包时间
variable_header->keepaliveLsb = info->keepalive & 0xff;//心跳包时间
if(info->clean_session)//清除连接信息
variable_header->flags |= MQTT_CONNECT_FLAG_CLEAN_SESSION;
if(info->client_id != NULL && info->client_id[0] != '