MQTT通信协议使用说明

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1 MQTT连接属性

1.1 服务器URL(Broker Address)

云端服务器地址
例：test.ranye-iot.net 或 47.92.129.18

1.2 客户端标识(clientID)

client：n. 客户，委托人，客户机。

MQTT 服务端用该标识来识别客户端，因此标识名称必须是独立且唯一的。

1.3 用户名称 & 密码(User Name & Password)

针对申请的专用服务器，需要在访问服务器时验证用户名和密码。
而对于开方的服务器则可以缺省该选项。

1.4 连接超时(Connection Timerout)

连接超时和等待超时，一般用于设定连接时的等待时间。

1.5 心跳间隔 (KeepAlivelnterval)

服务器根据设置的时间间隔检查客户端是否保持连接情况。

1.6 清除会话(cleanSession)

  为了保证重要的MQTT报文可以被客户端准确无误的接收到。在服务端想客户端发送报文后，客户端会向服务端返回一个确认报文。

  如果服务端没有收到客户端的确认报文，服务端会认为刚刚发送的报文没有送达给客户端。这种情况下，服务端将会将尚未被客户端确认的报文保存起来，再次尝试向客户端发送报文，并且再次等待客户端发来的确认消息。

注：该选项可以设置为True 或 False。
True：服务端不需要确认收到的报文。
False：服务端需要确认收到的报文。
(不要置一，这块没写反)

2 主题&消息

2.1 主题

  所有MQTT消息都有主题。客户端要想接收消息，首先要订阅该消息的主题。当有客户端向该主题发布消息后，订阅了该主题的客户端就能接收到消息了。

2.1.1 订阅主题(SUBSCRIBE)

  客户端想要订阅主题，需要向客户端发送 SUBSCRIBE 报文实现订阅主题请求，一个 SUBSCRIBE 报文可以用于订阅一个或多个主题。
  同样的，客户端在订阅主题时也可以明确QoS。服务端会根据SUBSCRIBE中的QoS来提供相应的服务保证。
  另外每一个SUBSCRIBE报文还包含有“报文标识符”。报文标识符可用于对MQTT报文进行标识。不同的MQTT报文所拥有的标识符不同。MQTT设备可以通过该标识符对MQTT报文进行甄别和管理。

订阅返回码详细列表：

2.1.2 订阅确认(SUBACK)

服务端接收到客户端的订阅报文后，会向客户端发送SUBACK报文确认订阅。
SUBACK报文包含有“订阅返回码”和“报文标识符”这两个信息。

2.1.3 取消订阅(UNSUBSCRIBE)

  UNSUBSCRIBE报文包含两个重要信息，第一个是取消订阅的主题名称。同一个  UNSUBSCRIBE报文可以同时包含多个取消订阅的主题名称。另外，UNSUBSCRIBE报文也包含“报文标识符”，MQTT设备可以通过该标识符对报文进行管理。

  当服务端接收到UNSUBSCRIBE报文后，会向客户端发送取消订阅确认报文—— UNSUBACK报文。该报文含有客户端所发送的“取消订阅报文标识符”。

2.2 消息

  MQTT一旦连接服务器便可以发布消息，发布的每条消息必须包含一个主题。服务器可以通过主题确定将消息转发给那些客户端。
  MQTT客户端发布消息时，会向服务端发送PUBLISH报文。以下是报文的详细内容

2.2.1 主题名(topicName)

主题名用于识别此信息发布到哪一个主题。

2.2.2 服务质量等级(QoS)

QoS(Quality of Service) 表示MQTT消息的服务质量等级。三个等级：0，1，2

2.2.3 报文标识符(packetID)

  设备可以通过报文标识符对MQTT报文进行甄别和管理。
  注：报文标识符的内容与QoS级别关联。只有QoS级别大于0时，报文标识符才是非零数值。
  如果QoS级别等于0时，报文标识为 0。

2.2.4 保留标志(retainFlag)

  默认情况下，当客户端订阅了某一主题后，并不会马上接收到该主题的信息。只有在客户端订阅该主题后，服务端接收到该主题的新信息时，服务端才会将新消息推送给订阅该主题的客户端。
  假如客户端在订阅该主题后，需要马上接收到该主题的第一条消息，这时候就需要用到保留标志这一信息。

2.2.5 有效载荷(Payload)

  有效载荷是我们希望通过MQTT实际发送的内容。使用MQTT协议发送的文本，图像等格式的内容都是通过有效载荷发送的。

2.2.6 重发标志(dupFlag)

  当MQTT报文的接收方没有及时确认收到报文时，发送方会重复发送MQTT报文。在重复发送MQTT报文时，发送方会将此“重发标志”设置为true。请注意，重发标志只在QoS级别大于0时使用。

3 MQTT遗嘱

  为了让客户端可以更好的发挥作用，便于服务端管理。MQTT协议允许客户端在活着（保持连接）的时候就写好遗嘱。当客户端意外断线（正常断开连接不属于意外）时，服务端就可以将客户端的遗嘱公之于众。

3.1 遗嘱主题(Last Will Topic)

只有订阅了遗嘱主题的客户端才会收到本客户端的遗嘱消息。

3.2 遗嘱消息(Last Will Message)

定义遗嘱消息的内容

3.3 遗嘱Qos (Last Will Qos)

遗嘱消息的服务质量，可以设置0、1、2的服务质量级别，服务端会使用不同的服务质量来发布遗嘱消息。

3.4 遗嘱保留 (Last Will Retain)

遗嘱消息可以设置为保留消息。

4 服务质量等级(QoS)

  上文中多次提到QoS，MQTT服务质量(Quality of Service 缩写 QoS)正是用于告知物联网系统，哪些信息是重要信息需要准确无误的传输，而哪些信息不那么重要，即使丢失也没有问题。
MQTT协议有三种服务质量级别；

4.1 QoS = 0（最多发一次）

  0是服务质量QoS的最低级别。QoS=0的情况下，MQTT服务端和客户端不会对消息传输是否成功进行确认和检查。消息能否成功传输全看网络环境是否稳定。
  在网络环境稳定的情况下，信息传输一般是不会出现问题的。但是在环境不稳定的情况下，可能会在传输过程中出现MQTT消息丢失的情况。

4.2 QoS = 1（最少发一次）

  当QoS级别为1时，发送端在消息发送完成后，会检查接收端是否已经成功接收到了消息。
  发送端将消息发送给接收端后，会等待接收端的确认。接收端成功接收消息后，会发送一条确认报文PUBACK给发送端。如果发送端收到了这条PUBACK确认报文，那么它就知道消息已经成功接收。
  假如过了一段时间后，发送端没有收到PUBACK报文，那么发送端会再次发送消息，然后再次等待接收端的PUBACK确认报文。因此，当QoS=1时，发送端在没有收到接收端的PUBACK确认报文以前，会重复发送同一条消息。
  当发送端重复发送一条消息时，PUBLISH报文中的dupFlag会被设置为True（如上图黑色横线所标注的部分）。这是为了告诉接收端，此消息为重复发送的消息。

4.3 QoS = 2（保证收一次）

  MQTT服务质量最高级是2级，即QoS = 2。当MQTT服务质量为2级时，MQTT协议可以确保接收端只接收一次消息。

收发流程：
1、发送端发送QoS=2 的PUBLISH的报文给接收端；
2、接收端回复PUBLISH的确认报文；
3、发送端收到PUBREC报文后，会把此报文进行存储；
4、发送端应答PUBREL报文给接收端；
5、接收端应答PUBCOMP报文给发送端；

5 保留消息(retainFlag)

  假设客户端1每次整点会发布一个主题的消息给服务端，客户端2订阅接收该主题的消息。如果客户端2在08:01时刻上电启动，那么再未来的59分钟内，都处于无消息可处理的空闲状态。
  为了避免这种情况，将保留消息(retainFlag)设置为Ture，无论客户端2何时上电工作，都会马上收到该主题中的“保留消息”。

6 心跳间隔 (KeepAlivelnterval)

  客户端在心跳间隔时间内，如果有消息发布，那就直接发布消息而不发布心跳请求，但是在心跳间隔时间内，客户端没有消息发布，那么它就会发布一条心跳请求给服务端，这个心跳请求的目的就是为了告诉服务端，我还在线，你放心吧。
  另外，在实际运行中，如果服务端没有在1.5倍心跳时间间隔内收到客户端发布消息(PUBLISH)或发来心跳请求(PINGREQ)，那么服务端就会认为这个客户端已经掉线。
  最后，心跳机制不仅仅用于服务端判断客户端是否在线。客户端也可以利用这一机制来判断自己是否与服务端仍保持连接。如果客户端发送了心跳请求(PINGREQ)给服务端一段时间后，仍然没有收到服务端回复的心跳确认。那么客户端也会认为自己已经断开了与服务端的连接。

参考资料

1. 太极创客http://www.taichi-maker.com/homepage/esp8266-nodemcu-iot/iot-tuttorial/mqtt-tutorial/mqtt-last-will/