MQTT工业协议网关的网络传输及协议原理

MQTT (消息队列远程传送)是一种“轻量级”的通信协议，它是以发行/订购方式为基础的。MQTT工业协议网关的优势是能够为远程设备提供实时、可靠的信息服务，而编码量很小，带宽也很小。它是一种低能耗、低带宽的实时通信协议，可以应用于物联网，小型设备，移动应用等领域。

　　主要的功能是：

　　(1)接受来自客户端的网络连接

　　(2)接收客户端发布的信息

　　(3)处理来自客户端的订阅和退订的请求

　　(4)向订阅的客户转发应用程序的消息。

　　工业网关Modbus协议

　　自1979年首次出现至今， Modbus已经演变为一套全面的支持多种物理链接的协议集(如 RS-485)。 Modbus 的核心是一个串行通信协议，采用主从模式。 主机向从机发送请求，从机予以回复。 借助 RS-485，主从机之间的通信发生在指示功能码的帧中。 该功能码可识别要操作的功能，如读取独立输入;读取先进先出队列;或执行诊断函数。 然后，从机根据收到的功能码进行响应，该响应较为简单，由一组字节指示。 因此，从机可以是智能设备，也可以是只有一个传感器的简单设备。

　　从该描述中，您可以看到Modbus协议非常简单，但是其作为协议的开放性使其成为整个行业或 SCADA 系统的实际通信协议。

　　工业网关MQTT协议

　　MQTT是一个开放的轻量级机器对机器协议，专为物联网交互设计。 MQTT 网络包含一个 MQTT 经纪人 (broker)，负责协调 MQTT 代理之间的交互。 代理是发布器，负责发布供用户使用的信息。

　　MQTT 的要求非常少，因为它专为资源有限的嵌入式设备设计。 除了占地空间少之外，MQTT还可提供出色的通信高效性(即使通过低带宽网络进行通信)和非常少的开销(较之 HTTP 等协议)。 在 3G 网络中，MQTT 的吞吐量速度是使用 HTTP 的表述性状态转移 (REST) 的 93 倍。

　　MQTT 可使用最少的方法指示要在特定主题上实施的操作，进而实施发布/订阅模式。 代理先连接到经纪人，然后再发布或订阅主题。 完成后，代理将从经纪人上断开连接。

　　MQTT工业协议网关的网络传输是什么

　　MQTT建立了一个基本的网络传输，能够将客户端与服务器连接，并且基于字节流的有序、非破坏性的双向传输。

　　(1)协议原理

　　MQTT协议通讯过程，需要客户端和服务器共同完成，一共有三个身份，发布者(Publish)，代理(Broker)、订阅者(Subscribe)，其中消息发发布者和订阅者都可以是客户端，消息代理是mqtt服务器。

　　①MQTT的实现方式

　　Topic：主题，可以理解为消息的类型;

　　Payload：消息内容，可以理解为具体要使用的数据内容

　　②MQTT客户端

　　MQTT工业协议网关是一种以 mqtt为基础的网络连接，经常被用来发布信息、订购、删除或删除应用的消息、中断与服务器的连接。

　　(2) MQTT协议特性

　　该协议是为在低带宽、不可靠的网络中的远程传感和控制装置通信而设计的，具有如下几个主要特点：

　　①使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合。

　　②对负载内容屏蔽的消息传输。

　　③使用Tcp/IP提供网络连接。

　　④有三种消息发布服务质量，消息发布(Qos：0至多一次，1至少一次，2只有一次)

　　⑤小型传输、流量需求小。

　　标准化MQTT协议

　　①订阅(subscripTIon)

　　订阅包含主题筛选器(Topic Filter)和服务质量(QoS)。订阅会与一个会话(Session)关联。一个会话可以包含多个订阅。每一个会话中的每个订阅都有一个不同的主题筛选器。

　　②会话(session)

　　每个客户端与服务器建立连接后就是应该会话客户端和服务器之间有状态交互，会话存在与一个网络之间，也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接。

　　③主题名(Topic name)

　　连接到一个应用程序消息的标签，该标签与服务器的订阅相匹配服务器会将消息发送给订阅所匹配标签的每一个客户端

　　④数据上传(Data upload)

　　电表无线传输做到了小型传输、流量需求小，这款电表的数据上传流程简洁，(详细见附录)将多余的数据上传步骤优化，促使定制化数据上传，其中包含了常用的电参量数据、信号强度、有功需量、电压电流变比、温度、DI状态、电压电流谐波畸变率、尖峰平谷电能等等。

　　综上所述，在现在物联网技术的大环境下，MQTT服务器的已经陆续被各个商家企业采用，因为MQTT服务器与协议能够满足他们智能化管理需求。很多企业的一些生产车间配电柜都需要使用无线设备监测用电设备的工作状态，通过MQTT工业协议网关对电缆以及生产线的各种设备参数进行采集，主要包含电流、电压等电参量数据，并且将获得的数据实时上传到MQTT服务器云端，然后通过物联网平台和数据库订阅服务器端主题，来获取终端监测设备的数据，实现终端和云端的双向通信，搭建强大的数据通道，获得的数据被存储到MQTT服务器的云数据库中，能够保证数据的安全性,搭建用电管理和显示系统，通过云技术、大数据、互联网将获得的数据显示到前台，用户可以通过登录页面等实时监控设备和电缆的电力数据情况。