物聯網網關協議比較：MQTT 和 Modbus

　　物聯網 (IoT) 不只是新技術， 還是與舊技術的集成，其關鍵在于通信。 可用的通信方法各不相同，但是，各種不同的協議在將海量“事物”連接到互聯網時發揮著重要的作用。 本文介紹了兩種物聯網補充協議： 用于短距離設備連接的本地協議 Modbus 以及支持物聯網進行全局通信的可擴展互聯網協議“消息隊列遙測傳輸 (MQTT)”。

　　Modbus 是一個串行通信協議，首次出現于 1979 年，是連接行業設備實際使用的標準協議。 MQTT 早在 20 年前便已出現，但是將這兩個協議結合在一起使用，能夠為深度嵌入式設備提供物聯網的規模和連接性。

　　Modbus

　　自 1979 年首次出現至今，Modbus 已經演變為一套全面支持多種物理連接的協議集(如 RS-485)。 Modbus 的核心是一個串行通信協議，采用主從模式。 主機向從機發送請求，從機予以回復。在標準 Modbus 網絡中，有一臺主機以及最多 247 臺從機(但是，如果采用 2 字節尋址，則可顯著提高這一界限)。

　　借助RS-485，主從機之間的通信發生在指示功能碼的幀中。 該功能碼可識別要操作的功能，如讀取獨立輸入;讀取先進先出隊列;或執行診斷函數。 然后，從機根據收到的功能碼進行響應，該響應較為簡單，由一組字節指示。 因此，從機可以是智能設備，也可以是只有一個傳感器的簡單設備。

　　從該描述中，您可以看到 Modbus 協議非常簡單，但是其作為協議的開放性使其成為整個行業或 SCADA 系統的實際通信協議。

　　消息隊列遙測傳輸

　　MQTT 是一個開放的輕量級機器對機器協議，專為物聯網交互設計。 MQTT 網絡包含一個 MQTT 經紀人 (broker)，負責協調 MQTT 代理之間的交互。 代理是發布器，負責發布供用戶使用的信息。

　　MQTT溝通模型

　　MQTT 的要求非常少，因為它專為資源有限的嵌入式設備設計。 除了占地空間少之外，MQTT 還可提供出色的通信高效性(即使通過低帶寬網絡進行通信)和非常少的開銷(較之HTTP 等協議)。 在3G網絡中，MQTT 的吞吐量速度是使用 HTTP 的表述性狀態轉移 (REST) 的 93 倍。

　　MQTT 可使用最少的方法指示要在特定主題上實施的操作，進而實施發布/訂閱模式。 代理先連接到經紀人，然后再發布或訂閱主題。 完成后，代理將從經紀人上斷開連接。

　　MQTT 方法定義：

　　? 連接 - 建立與 MQTT 經紀人之間的連接。

　　? 斷開連接 - 斷開與 MQTT 經紀人之間的連接。

　　? 發布 - 在 MQTT 經紀人上發布主題。

　　? 訂閱 - 從 MQTT 經紀人上訂閱主題。

　　? 退訂 - 從 MQTT 經紀人上退訂主題。

　　信息創建者 (producer) 連接至 MQTT 經紀人。 同樣，信息消費者 (consumer) 連接至 MQTT 經紀人。 消費者訂閱主題(此處定義為 /home/alarms/1/status)。 本示例主題可識別主頁上針對區域 1 的警報系統的狀態變化。當創建者有信息要分享時，會向經紀人發布一條消息，然后經紀人將會將信息分享給所有訂閱該主題的用戶。

　　MQTT交互流程

　　與文件系統層次結構相似，這可簡化主體的結構。這種資源層次形式也常見于協議架構中，如REST。

　　MQTT 甚至允許使用通配符的形式，以簡化訂閱流程。 如果用戶想要獲取所有警報的狀態，則可直接訂閱 /home/alarms/+/status，該主題可通知用戶所有的警報狀態變化。 整個子樹還可使用主題 /home/# 進行訂閱，該主題可以訂閱 /home下的所有事件。

　　服務質量

　　MQTT 允許定義服務質量 (QoS)。 MQTT 中有三個等級的 QoS：

　　? QoS 0。該等級表示“最多一次”交付(最佳狀況)。 消息不會得到確認，因而，這是一種一勞永逸的方法。

　　? QoS 1。該等級表示“至少一次”交付。 用戶可能不止一次獲得消息，但是允許收到的人確認已經收到

　　? QoS 2。最慢但是最有保障的服務質量等級即為等級 2。 QoS 2 表示“只有一次”，并包含四個階段的交付握手。 該等級最慢，但是最安全。

　　選擇的 QoS 等級將取決于數據及其交付的重要性。

　　消息隊列遙測傳輸經紀人

　　隨著越來越多的物聯網采用 MQTT 作為支持協議，您將會發現許多開源應用和產品中出現了 MQTT。物聯網網關解決方案則是其中一款采用 MQTT 的全面物聯網解決方案，支持將各種工控協議轉換為MQTT，實現云平臺直接調用現場設備的數據。