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郦境伊
5 years ago
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1 网络编程提升篇 MQTT : 物联网领域的即时通讯

2 目录基础知识具体示例示例代码讲解注意事项

3 基础知识

4 基础知识 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport, 消息队列遥测传输协议 ), 是一种基于发布 / 订阅 (publish/subscribe) 模式的轻量级通讯协议, 该协议构建于 TCP/IP 协议上, 由 IBM 在 1999 年发布 MQTT 协议运行在 TCP/IP 或其他网络协议之上, 它将建立客户端到服务器的连接, 提供两者之间的一个有序的无损的基于字节流的双向传输 MQTT 最大优点在于, 可以以极少的代码和有限的带宽, 为连接远程设备提供实时可靠的消息服务作为一种低开销低带宽占用的即时通讯协议, 使其在物联网小型设备移动应用等方面有较广泛的应用

5 基础知识 MQTT 是一个基于客户端 - 服务器的消息发布 / 订阅传输协议 MQTT 协议是轻量简单开放和易于实现的, 这些特点使它的适用范围非常广泛 MQTT 可以应用在很多情况下, 包括受限的环境中, 如 : 机器与机器通信 (M2M) 和物联网 (IoT), 其中在通过卫星链路通信传感器偶尔拨号的医疗设备智能家居及一些小型化设备中已广泛使用本教程就是介绍如何利用 RT-Thread 开发的 Paho MQTT 软件包与 MQTT 服务器进行通信的

6 MQTT 功能介绍当应用数据通过 MQTT 网络发送时, MQTT 会把与之相关的服务质量 (QoS) 和主题名 (Topic) 相关连, 其特点包括 : 使用发布 / 订阅消息模式, 它提供了一对多消息分发, 以实现与应用程序的解耦对负载内容屏蔽的消息传输机制传输消息有三种服务质量 (QoS): 最多一次, 这一级别会发生消息丢失或重复, 消息发布依赖于底层 TCP/IP 网络即 :<=1 至少一次, 这一级别会确保消息到达, 但消息可能会重复即 :>=1 只有一次, 确保消息只有一次到达即 :=1 在一些要求比较严格的计费系统中, 可以使用此级别数据传输和协议交换的最小化 ( 协议头部只有 2 字节 ), 以减少网络流量通知机制, 异常中断时通知传输双方

7 MQTT 功能介绍 MQTT 协议中的方法 MQTT 协议中定义了一些方法 ( 也被称为动作 ), 用来表示对确定资源所进行操作这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据, 这取决于服务器的实现通常来说, 资源指服务器上的文件或输出 Connect: 等待与服务器建立连接 Disconnect: 等待 MQTT 客户端完成所做的工作, 并与服务器断开 TCP/IP 会话 Subscribe: 等待完成订阅 UnSubscribe: 等待服务器取消客户端的一个或多个 Topics 订阅 Publish:MQTT 客户端发送消息请求, 发送完成后返回应用程序线程

8 具体示例

9 工程配置开启 Paho MQTT 软件包打开 env 工具输入 menuconfig 按照下面的路径开启 Paho MQTT 软件包 RT-Thread online packages IoT - internet of things ---> [*] Paho MQTT: Eclipse Paho MQTT C/C++ client for Embedded platforms ---> 进入 Paho MQTT 软件包的配置菜单按下图所示配置

10 工程配置配置项介绍 Enable MQTT example: 开启 MQTT 示例 Enable MQTT test: 开启测试例程 Enable support tls protocol: 开启 TLS 安全传输选项 Set MQTT thread stack size: 配置 MQTT 线程堆栈大小 Max pahomqtt subscribe topic handlers: 配置 MQTT 能订阅的最大 topic 主题数量 Enable debug log output: 开启调试日志 latest_version: 配置包版本选为最新版

11 运行示例代码保存并更新软件包 pkgs --update 编译工程 scons 然后运行 qemu 系统运行起来后, 在 msh 命令行下输入 mq_start 命令即可让示例代码运行 msh> mq_start 运行结果如下图所示

12 预期结果发布消息用命令 mq_pub, 用于向固定的 MQTT Topic 发送数据, 同时 MQTT 服务器会立刻向该 Topic 发送同样数据,MQTT 示例测试完成, 如下图所示 :

13 示例代码讲解

14 示例代码讲解 #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <stdint.h> #include <rtthread.h> #define DBG_ENABLE #define DBG_SECTION_NAME "MQTT" #define DBG_LEVEL DBG_LOG #define DBG_COLOR #include <rtdbg.h> #include "paho_mqtt.h" #define MQTT_URI "tcp://iot.eclipse.org:1883" // 配置测试服务器地址 #define MQTT_USERNAME "admin" // 设置账号 #define MQTT_PASSWORD "admin" // 设置密码 #define MQTT_SUBTOPIC "/mqtt/test" // 设置订阅主题 #define MQTT_PUBTOPIC "/mqtt/test" // 设置推送主题 #define MQTT_WILLMSG "Goodbye!" // 设置遗言消息 /* 定义 MQTT 客户端环境结构体 */ static MQTTClient client;

15 示例代码讲解 /* MQTT 订阅事件自定义回调函数 */ static void mqtt_sub_callback(mqttclient *c, MessageData *msg_data) { *((char *)msg_data->message->payload + msg_data->message->payloadlen) = '\0'; LOG_D("mqtt sub callback: %.*s %.*s", msg_data->topicname->lenstring.len, msg_data->topicname->lenstring.data, msg_data->message->payloadlen, (char *)msg_data->message->payload); return; } /* MQTT 订阅事件默认回调函数 */ static void mqtt_sub_default_callback(mqttclient *c, MessageData *msg_data) { *((char *)msg_data->message->payload + msg_data->message->payloadlen) = '\0'; LOG_D("mqtt sub default callback: %.*s %.*s", msg_data->topicname->lenstring.len, msg_data->topicname->lenstring.data, msg_data->message->payloadlen, (char *)msg_data->message->payload); return; }

16 示例代码讲解 /* MQTT 连接事件回调函数 */ static void mqtt_connect_callback(mqttclient *c) { LOG_D("inter mqtt_connect_callback!"); } /* MQTT 上线事件回调函数 */ static void mqtt_online_callback(mqttclient *c) { LOG_D("inter mqtt_online_callback!"); } /* MQTT 下线事件回调函数 */ static void mqtt_offline_callback(mqttclient *c) { LOG_D("inter mqtt_offline_callback!"); }

17 示例代码讲解 /** * 这个函数创建并配置 MQTT 客户端 */ static void mq_start(void) { /* 使用 MQTTPacket_connectData_initializer 初始化 condata 参数 */ MQTTPacket_connectData condata = MQTTPacket_connectData_initializer; static char cid[20] = { 0 }; static int is_started = 0; if (is_started) { return; } /* 配置 MQTT 结构体内容参数 */ { client.uri = MQTT_URI; /* 产生随机的客户端 ID */ rt_snprintf(cid, sizeof(cid), "rtthread%d", rt_tick_get());

18 示例代码讲解 /* 配置连接参数 */ memcpy(&client.condata, &condata, sizeof(condata)); client.condata.clientid.cstring = cid; client.condata.keepaliveinterval = 60; client.condata.cleansession = 1; client.condata.username.cstring = MQTT_USERNAME; client.condata.password.cstring = MQTT_PASSWORD; // 设置账号 // 设置密码 /* 配置 MQTT 遗言参数 */ client.condata.willflag = 1; client.condata.will.qos = 1; client.condata.will.retained = 0; client.condata.will.topicname.cstring = MQTT_PUBTOPIC; // 设置推送主题 client.condata.will.message.cstring = MQTT_WILLMSG; // 设置断开通知消息 /* 分配缓冲区 */ client.buf_size = client.readbuf_size = 1024; client.buf = malloc(client.buf_size); client.readbuf = malloc(client.readbuf_size); if (!(client.buf && client.readbuf)) { LOG_E("no memory for MQTT client buffer!"); } goto _exit;

19 示例代码讲解 /* 设置事件回调函数 */ client.connect_callback = mqtt_connect_callback; // 设置连接回调函数 client.online_callback = mqtt_online_callback; // 设置上线回调函数 client.offline_callback = mqtt_offline_callback; // 设置下线回调函数 /* 设置订阅表和事件回调函数 */ client.messagehandlers[0].topicfilter = MQTT_SUBTOPIC; client.messagehandlers[0].callback = mqtt_sub_callback; client.messagehandlers[0].qos = QOS1; // 设置第一个订阅的 Topic // 设置该订阅的回调函数 // 设置该订阅的消息等级 } /* 设置默认的订阅主题 */ client.defaultmessagehandler = mqtt_sub_default_callback; // 设置一个默认的回调函数, 如果有订阅的 Topic 没有设置回调函数, 则使用该默认回调函数 /* 运行 MQTT 客户端 */ paho_mqtt_start(&client); is_started = 1; _exit: return; }

20 示例代码讲解 /** * 这个函数推送消息给特定的 MQTT 主题 * send_str publish message * none */ static void mq_publish(const char *send_str) { MQTTMessage message; const char *msg_str = send_str; const char *topic = MQTT_PUBTOPIC; // 设置指定 Topic message.qos = QOS1; // 消息等级 message.retained = 0; message.payload = (void *)msg_str; // 设置消息内容 message.payloadlen = strlen(message.payload); MQTTPublish(&client, topic, &message); // 开始向指定 Topic 推送消息 } return;

21 示例代码讲解 #ifdef RT_USING_FINSH #include <finsh.h> FINSH_FUNCTION_EXPORT(mq_start, startup mqtt client); FINSH_FUNCTION_EXPORT(mq_publish, publish mqtt msg); #ifdef FINSH_USING_MSH MSH_CMD_EXPORT(mq_start, startup mqtt client); int mq_pub(int argc, char **argv) { if (argc!= 2) { rt_kprintf("more than two input parameters err!!\n"); return 0; } mq_publish(argv[1]); return 0; } MSH_CMD_EXPORT(mq_pub, publish mqtt msg); #endif /* FINSH_USING_MSH */ #endif /* RT_USING_FINSH */

22 注意事项

23 注意事项需要注意正确填写 MQTT_USERNAME 和 MQTT_PASSWORD, 如果 MQTT_USERNAME 和 MQTT_PASSWORD 填写错误, MQTT 客户端无法正确连接到 MQTT 服务器如果使用 MQTT TLS 加密连接,MQTT 线程栈至少需要 6144 字节电脑需要关闭防火墙

24 参考资料源码 MQTT 官网 Paho 官网 IBM MQTT 介绍 Eclipse paho.mqtt 源码

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网络编程入门篇利用 socket 实现 TCP 服务器目录基础知识具体示例示例代码讲解基础知识基础知识 socket 编程一般采用客户端 - 服务器模式 ( 即由客户进程向服务器进程发出请求, 服务器进程执行请求的任务并将执行结果返回给客户进程的模式 ) 今天我们要讲的就是如何利用 socket 编程实现基于 TCP 协议通信的服务器首先我们先向大家展示 socket 编程的流程,