物联网网关协议比较：MQTT-与-Modbus

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1、物联网（loT）不只是新技术，述是与旧技术的集成，其关键在于通信。可用的通信方法各不相同，但是，各种不同的协议在将海量“事物”连接到互联网时发挥着重要的作用。木文介绍了两种物联网补充协议：用于短距离设备连接的本地协议Modbus以及支持物联网进行全局通信的可扩展互联网协议“消息队列遥测传输（MQTT）”oModbus是一个串行通信协议，首次出现于1979年，是连接行业设备实际使用的标准协议°MQTT早在20年前便已出现，但是将这两个协议结合在一起使用,能够为深度嵌入式设备提供物联网的规模和连接性。图1展示了这些协议之间的一般关系，同时介绍了连接的支持解决方案：物

2、联网网关。图1.物联网（IoT）网关作为物联网通信的支持解决方案我们来看一下Modbus和MQTT,以了解其区别以及如何在物联网中互相补充。ApplicationModbus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）oModbus的核心是一个串行通信协议，釆用主从模式。主机向从机发送请求，从机予以回复。在标准Modbus网络中，有一台主机以及最多247台从机（但是，如果采用2字节寻址，则可显著提高这一界限）。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

3、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。消息队列遥测传输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（参见图2）o图2.消息队列遥测传输网络中的作用因素PublisherBrokerM

4、QTTTCPIPMQTTTCPSubscriberMQTTIPMQTT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还可提供岀色的通信高效性（即使通过低带宽网络进行通信）和非常少的开销（较ZHTTP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方法定义：•连接-建立与MQTT经纪人之间的连接。•断开连接-断开与MQTT经纪

5、人之间的连接。•发布-在MQTT经纪人上发布主题。•订阅-从MQTT经纪人上订阅主题。•退订-从MQTT经纪人上退订主题。图3展示了发布者与订阅者使用MQTT经纪人进行的简单交互。如图所示，信息创建者（producer）连接至MQTT经纪人。同样，信息消费者（consumer）连接至MQTT经纪人。消费者订阅主题（此处定义为/home/alarms/l/status）0木示例主题可识别主页上针对区域1的警报系统的状态变化。当创建者有信息要分享吋，它会向经纪人发布一条消息，然后经纪人将会将信息分享给所有订阅该主题的用户。图3•消息队列遥测传输代理之间的简单交互Co

6、nnectConnect■ConnectAck■Publish(topic:7home/alarms/1/status')■ConnectAck•■Subscribe(topic:7home/alarms/1/status")■SubscribeAck—Publishftopic:7home/alarms/1/status,*)•■请注意此处分享的主题结构。它与文件系统层次结构相似，这可简化主题的结构。这种资源层次形式也常见于协议架构中，如RESToMQTT甚至允许使用通配符的形式，以简化订阅流程。如果用户想要获取所有警报的状态，则可直接订阅/home/alar

7、ms/+/status,该主题可通知用户所有的警报状态变化。整个子树还可使用主题/home/#进行订阅，该主题可以订阅/home下的所有事件。服务质量MQTT允许定义服务质量(QoS)oMQTT中有三个等级的QoS：•QoS0。该等级表示“最多一次”交付(最佳状况)。消息不会得到确认，因而，这是一种一劳永与的方法。•QoSlo该等级表示“至少一次”交付。用户可能不止一次获得消息，但是允许收到的人确认已经收到。•QoS2o最慢但是最有保障的服务质量等级即为等级2。QoS2表示“只有一次”，并包含四个阶段的交付握手。该等级最慢，但是最安全。您选择的QoS等级将取决于

8、数据及其交付的重要性。消