基于mqtt协议的移动im系统设计与实现

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1、基于MQTT协议的移动IM系统设计与实现　　【摘要】为降低移动即时通讯应用的功耗和流量消耗，设计并实现了一个基于MQTT协议的移动即时通讯系统。在保持MQTT标准控制报文结构的基础上，扩展PUBLISH控制报文的有效载荷，设计了即时通讯协议MQTT-IM，通过设计主题订阅，对MQTT的开源实现Moquette进行扩展，增加Moquette-IM模块实现了通讯录、即时通信、状态呈现等系统核心功能。通过数据对比显示，该系统可有效降低功耗和流量消耗，具有很高的实用价值。　　【关键词】MQTT协议即时通讯移动平台　　1引言　　随着移动互联网技术的发展，即时通讯（IM）已经成为最常用的通信工具之一[1]

2、。然而，随着即时通讯各类功能的不断丰富，移动终端不断增长的能耗、流量需求与有限的电量、高昂的资费间的矛盾日益加剧[2]，这在一定程度上降低了用户体验。10　　目前市场上，移动IM系统的实现除了少数采用私有协议外，主要采用XMPP协议和SIMPLE协议。XMPP协议是以XML为基础的开放式即时通讯协议，具有成熟、安全、可扩展性强等优点，但存在协议复杂、消息重复转发、费电、费流量的缺点[3-4]，这是一个高耗能的协议。SIMPLE协议是在SIP协议[5]的基础上扩展而来，是主流的即时通讯协议之一，它具有较成熟的音视频标准，支持各类即时消息通信，但它也存在流量消耗较大、扩展复杂等问题。上述两种协议在

3、设计时并未考虑到移动终端的特性，因此在实际应用中表现并不出色。　　本文设计了一个基于MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport，消息队列遥测传输）的移动即时通讯协议MQTT-IM，并实现了基于Android平台的移动即时通讯系统，为实现低功耗和流量消耗的移动IM系统提供了一种新的解决方案。　　2MQTT协议　　2.1MQTT协议简介　　MQTT协议是一个C/S架构，是基于发布/订阅模式的消息传输协议[6]。该协议针对工作在低带宽、网络不可靠的受限设备而设计，运行在TCP/IP网络连接之上，具备以下特点：　　◆使用发布/订阅模式，提供一对多的消息分发和应用之间的解

4、耦；　　◆消息传输不需要知道负载内容，易于扩展；　　◆提供了三种等级的QoS（QualityofService，服务质量），分别为“最多一次”（QoS=0）、“至少一次”（QoS=1）、“仅一次”（QoS=2）；　　◆很小的传输消耗和协议数据交换，最大限度地减少网络流量。　　2.2MQTT控制报文的结构　　MQTT协议通过交换预定义的MQTT控制报文来进行通信，MQTT控制报文由3部分构成：固定报头、可变报头、有效载荷，其中所有控制报文都包含两个字节的固定报头，部分控制报文包含可变报头和有效载荷，其中固定报头的格式如表1所示：10　　固定报头第一个字节的高四位表示MQTT控制报文的类型，共14

5、种，低四位表示每个MQTT控制报文特定的标志，第二个字节表示剩余长度，即当前报文剩余的字节数，包括可变报头和负载的数据。　　固定报头第一个字节的高四位为0011表示PUBLISH类型的控制报文。PUBLISH控制报文的作用是从客户端向服务端或者服务端向客户端传输应用消息，控制报文的有效载荷包含将被发布的应用消息。MQTT协议解析时不需要知道有效载荷内容，这也是MQTT极易扩展的原因。通过对PUBLISH控制报文有效载荷结构的设计，来增加对特定功能的支持。　　3系统设计　　3.1设计思路　　移动IM系统由服务端和客户端构成。服务端侧重即时通信服务的提供，包括通讯协议编解码、登录注册、通讯录、群组

6、、即时消息通信、状态呈现等服务，并暴露接口供客户端调用。客户端侧重提供友好的UI及丰富的即时通信方式，较低的功耗和流量消耗可大大提升用户体验。本文基于MQTT设计即时通讯协议MQTT-IM，通过交换MQTT-IM控制报文来完成不同终端间的即时消息通信。　　3.2MQTT-IM协议的设计　　MQTT控制报文的最小长度仅有两个字节，通信时流量消耗非常小。再加上协议本身非常简单，解析代价低，因此功耗也低。基于MQTT设计的MQTT-IM协议不仅继承了MQTT低功耗、低流量消耗的优点，而且通过对PUBLISH控制报文有效载荷的结构设计，解决了不同类型即时消息的传输，从而增加对即时通信功能的支持。10　

7、　由MQTT控制报文结构的介绍可知，设计以MQTT协议为基础的即时通讯协议MQTT-IM的实质即对PUBLISH控制报文的有效载荷的结构进行设计，通过对有效载荷结构的设计，来满足各种类型的即时消息的传输。图1中虚线框中的内容为MQTT-IM控制报文的结构。　　图1虚线框中的MQTT-IM控制报文中包含5个字段，这5个字段的具体含义如下。　　◆type：即时消息类型字段，占1个字节，不可为空，从0x