玩转 ESP32 + Arduino (十三) 通过MQTTs协议上传数据至OneNet云平台

这里我们使用了一个库: PubSubClient

创建产品

创建新设备

(1). 产品ID, 用户ID,和登录key

(2). 设备名称, ID和 设备key

OneNet MQTTS用携带token的方式进行鉴权

访问者（可以为应用或者设备）固化访问密钥于软件中，在需要进行服务访问时，通过密钥计算临时token，通过临时token进行服务访问认证

访问者首先通过访问管理者获取临时访问token，访问管理者可根据需要自定义该token的访问有效期（即过期时间），访问者获取该token后方才能访问OneNET

访问管理者直接将密钥授权给访问者（例如，直接为设备烧写key），访问者通过密钥生成token进行访问

计算方法: https://open.iot.10086.cn/doc/mqtt/book/manual/auth/token.html

token生成工具: https://open.iot.10086.cn/doc/mqtt/book/manual/auth/tool.html

根据软件界面, 我们应提供 res et key method

格式为: products/产品ID/devices/设备名

以我们刚刚创建的产品和设备为例:

时间戳 (也叫:格林威治时间戳,或者UNIX时间戳)

计算地址:

https://tool.lu/timestamp/

我直接计算到了 2099年

设备的key (不是产品的access key)

相关文档: https://open.iot.10086.cn/doc/mqtt/book/device-develop/topics/introduce.html

MQTTS物联网套件中设备相关服务（存储、命令等）的面向设备的接口，均以 topic 的形式提供，设备可以通过 publish 消息到系统 topic 调用服务接口，也可以订阅系统 topic 用于接收服务消息通知，服务提供的系统 topic 的集合形成了 topic 簇

MQTTS物联网套件目前包含：数据点topic簇、命令topic簇、子设备topic簇、设备影子topic簇，如下图所示：

数据点topic簇

设备可以通过数据点 topic 簇上传数据存储并即时获取数据存储结果

簇中topic 以 $sys/{pid}/{device-name}/dp 开头

通过publish上传数据时，payload需要满足平台约定数据格式

支持一次上报多条数据，支持设备自带时间戳上报

即时通知数据处理结果（需订阅）

MQTT物联网套件支持用户以 数据流-数据点 模型（ 模型详情 ）将数据上传至平台并进行存储，设备可以通过数据点 topic 簇调用数据点存储服务存储数据，可以通过订阅系统 topic 获取数据处理结果通知，如下图所示：

对于本文中的例子, 应如下订阅:

上传的JSON数据必须采用以下规则

MQTT物联网套件支持应用通过API直接向设备发送单播命令，设备可以通过设备命令 topic 簇获取消息并进行消息应答

设备命令交互流程见下图：

topic中{cmdid}为变量，为每条命令的唯一id，可通过通配符的方式进行订阅，比如： $sys/{pid}/{device-name}/cmd/request/+ ，或者 $sys/{pid}/{device-name}/cmd/#

对于本位中 的例子,应如下订阅:

本连接实现了设备模拟上传温湿度数据, 设备接收平台下发的命令

(但没有给平台回复收到命令的消息)

老样子,写个小点灯.

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅模式的"轻量级"通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上。好比你给好友发送一封电子邮件，发送完成后你可以去做别的事情，收件人也不必立刻响应，可以在自己有空的时候查看邮件，是一个典型的异步发布/订阅场景。而另一种典型的同步请求/回答场景，可以用接打电话的场景来类比。

MQTT的设计遵循以下的原则：

为了满足不同的场景，MQTT支持三种不同级别的服务质量（Quality of Service，QoS）为不同场景提供消息可靠性：

MQTT拥有14种不同的消息类型：

实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。

MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分：

MQTT会构建底层网络传输：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。

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。

一个使用MQTT协议的应用程序或者设备，它总是建立到服务器的网络连接。客户端可以：

MQTT服务器以称为"消息代理"（Broker），可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅者之间，它可以：

订阅包含主题筛选器（Topic Filter）和最大服务质量（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。

每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话，客户端和服务器之间有状态交互。会话存在于一个网络之间，也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接。

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个客户端。

一个对主题名通配符筛选器，在订阅表达式中使用，表示订阅所匹配到的多个主题。

消息订阅者所具体接收的内容。

MQTT协议中定义了一些方法（也被称为动作），来于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。主要方法有：

物联网 (internet of thing) ，表示的是可以把一些带某些传感器的设备(终端)，接入到互联网的行为。

通过互联网连接这些设备，这些设备就能够互相协作。

而 MQTT 就是这些设备之间数据通信的一个基于 TCP/IP 的协议。

每个终端都和实现了 MQTT 协议的代理/服务器相连。

通过 published MQTT 代理服务器的某个 主题 发送数据。

通过 subscription 从 MQTT 代理服务器获取自己订阅的 主题 数据。

MQTT 协议是一种轻量级的、灵活的网络协议。并且非常适合 IOT 的场景。

大多数开发人员已经熟悉了 HTTP WEB 协议。那么为什么不让 IOT 设置链接到 WEB 服务？

设备可以采用 HTTP 请求的形式发送数据，并采用 HTTP 响应的形式从服务器获取数据，接受更新。

因为对于 IOT 的设备来说，这种 主动请求-->被动等待应答的 数据传输模型存在严重的局限性：

那么，MQTT 为什么如此轻便且灵活？MQTT 协议的一个关键的特性是 发布/订阅模型 。它将数据的发布者和接受者分离。

一个设备终端既可以是数据的发布者 (published) 也可以是数据的订阅者 (subscription) 。

一个设备如果要发布数据，只需要往代理服务器中 相应的主题发布数据内容即可。

一个设备如果需要接受到数据，只需要在代理服务器中， 提前订阅自己需要关注的主题即可。

MQTT 最基本的体验，就是使用 mosquitto 。

Mosquitto是一款实现了 MQTT v3.1 协议的开源消息代理软件，提供轻量级的，支持发布/订阅的的消息推送模式，使设备对设备之间的短消息通信简单易用。

它可以理解成一个 MQTT 的代理服务器。

基本步骤如下：

安装成功截图

使用 brew services start mosquitto 启动 MQTT 服务

运行截图

然后再打开另外两个终端窗口，模拟两个IOT设备。A 订阅 MQTT 服务。B 向 MQTT 的服务发送数据。

A订阅当前MQTT的某个服务。

B向 MQTT 服务器发布(published) 数据。

然后，我们就可以在A控制台里看到由 B 通过 MQTT 服务发送的数据了。

基本流程图

控制台 A 向 MQTT 服务器订阅 dw/demo 服务，并被动的等待 MQTT 服务器返回数据。

控制台 B 主动的向 MQTT 服务器的 dw/demo 服务发送 published 数据，之后。服务器会主动向事先订阅了 dw/demo 的终端分发此消息。

MQTT 是一种链接协议，它指定了如何组织数据字节并通过 TCP/IP 网络传输它们。但实际上，开发人员并不需要链接这个链接协议的具体细节。我们只需要知道，每条消息都有一个命令和数据有效负载。该命令定义消息类型(比如 CONNECT 消息或者 SUB SCRIBE 消息)。所有的 MQTT 库和工具都提供了直接处理这些消息的基本方法，并且能自动填充一些必要的字段(在数据包的对应字节填充)，比如消息和客户端 ID。

首先客户端发送一条 CONNECT消息 来链接代理。CONNECT 消息要求建立从客户端到代理服务器的链接。

CONNECT 命令的基本参数

当客户端向代理服务器发送一条 CONNECT 命令之后，服务器会调用 CONNACK 命令，告知服务链接的状态。

CONNACK 命令的基本参数

当客户端和服务器建立连接之后，客户端就可以向服务器订阅某些主题的。(发送一条或多条 SUBSCRIBE消息 )。

表明当服务器接受到其他终端推送的此主题数据时，服务器会默认发送给它。

SUBSCRIBE 参数列表

当客户端成功的向服务器订阅某个主题之后，服务器会返回一条 SUBACK 的消息，其中包含一个或者多个 returnCode 参数。

SUBACK消息参数

returnCode : 值 0 - 2 ，表示成功订阅，并返回这个订阅消息的 QOS。值 128 ： 订阅失败。

既然客户端可以向服务器订阅某个主题，当然也可以取消订阅。

与 SUBSCRIBE 订阅命令相反的命令是 UNSUBSCRIBE 取消订阅命令。

此命令非常简单。只有一个topic(主题)参数。

上面讲的是订阅，订阅是需要有消息从服务器发送过来的。但是服务器本身基本不产生数据，那数据从何而来呢？

通过另外一个客户端执行 PUBLISH 命令，往代理服务器发送数据。并最终通过代理服务器将数据传递给订阅了此服务的客户端。

PUBLISH 消息参数

对于 MQTT 的一张基本理解图

基本流程图：

最后总结

参考资料： 初识 MQTT

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