MQTT-SN协议乱翻之简要介绍

前言

这一段时间在翻看MQTT-SN的协议，对针对不依赖于TCP传输的MQTT协议十分感兴趣，老是再想着这货究竟是怎么定义的。一系列文章皆有MQTT-SN 1.2协议所拼装组成，原文档地址： MQTT-SN_spec_v1.2.pdf

MQTT-SN文档分为7个部分，我直接按照从前到后的顺序，直接组装成四个小篇。嗯，若放在一篇文章中，文字太长，形成排版难度。

非直译，彻底按照本身理解整理而成，请知晓。

版本变迁历史

1. 2007-11-29 1.0版本
2. 2008-6-5 1.1版本，增长休眠设备支持
3. 2011-5-20 1.2版本

• 增长消息长度255字节支持
• 增长转发封装支持
• 增长返回代码"0x03 Rejected, not supported"
• ReturnCode 增长到WILLTOPICRESP和WILLMSGRESP消息中

MQTT-SN名称由来

原名是MQTT-S，但会引发人们的误解，所以改名成MQTT-SN：

As part of the job of applying the same or similar license terms to the MQTT-S specification as those on the MQTT specification, we are proposing a small name change. The new name would be MQTT-SN, standing for exactly the same long name, MQTT for Sensor Networks. Some people had assumed that the S in MQTT-S stood for secure, so we hope this change will avoid that confusion. -- Ian Craggs

MQTT-SN存在目的

MQTT for Sensor Networks is aimed at embedded devices on non-TCP/IP networks, such as Zigbee. MQTT-SN is a publish/subscribe messaging protocol for wireless sensor networks (WSN), with the aim of extending the MQTT protocol beyond the reach of TCP/IP infrastructure for Sensor and Actuator solutions.

针对适配传感装置（缩写为SA）的特定版MQTT协议，通常运行在嵌入式电池驱动的电子元件中，传输经过基于IEEE 802.15.4规范无线低速网络构成的无线传感网络（WSN），一样具备企业级别特性具备以数据为核心的（data-centric）订阅/发布特性。

总之，针对低功耗、电池驱动、处理存储受限的设备、不支持TCP/IP协议栈网络的电子器件而定制，好比常见的ZigBee（或XBee），对所依赖的底层传输网络不可知，但只要网络支持双向数据传输和网关，都是能够支持较为上层的MQTT-SN协议传输。好比简单数据报服务，只要支持一个源端点发送数据到一个特定目的地端点，这对支持MQTT-SN协议，就足够了。广播数据报传输服务也是必须的用于网关和终端的自动发现流程。为了下降广播风暴，MQTT-SN定义了广播路径深度（广播范围或广播半径）。

一些名词和术语

• topic id，主题标识符，两个字节16位表示的天然数（java语言short类型，0-65535范围），对应于主题topic name
• 网关/服务器（gateway/server），在MQTT-SN中统一称之为网关，主要处理和MQTT-SN客户端的交互，缩写为网关
• MQTT-SN终端和客户端（client），统一称之为客户端，其实也是嵌入式传感设备，或电子元件，资源受限，在无线区域我的网中运行
• IEEE 802.15.4，完整栈的整个数据上限为128个字节，通常选择UDP（相比20个字节的TCP协议，UDP报文头部仅仅须要8个字节）协议传输数据
• 低速网络/当前网络，指的是LR-WPAN（low-rate wireless personal area network,），低速无线我的区域网络

MQTT-SN VS MQTT

尽管MQTT-SN被设计成尽量接近于MQTT，但那些低功耗、电池驱动、资源受限的设备所在网络场景为低速带宽、高链接失败、物理层数据包上线为128字节。文档提出了如下不一样点：

1. CONNECT消息被拆分红三个消息（CONNECT，WILLTIPIC，WILLMSG），后二者用于客户端传递遗嘱主题和遗嘱消息等
2. 在PUBLISH消息中主题（topic name）被替换成两个字节长度天然数（topic id），这个须要客户端经过注册流程进行获取对应的topic id
3. 预约义（提早定义）topic id和topic name，省去中间注册流程，客户端和网关要求提早在其固件中指定
4. 协议引入的自动发现机制可帮助客户端发现潜在的网关。若存在多个网关，彼此可协调是为主从互备或者负载均衡
5. "clean session"便可做用于订阅持久化，也被扩展做用于遗嘱特性（遗嘱主题和遗嘱消息）
6. 针对休眠设备增长离线保活机制支持，当有消息时代理须要缓存，客户端被唤醒时再发送

MQTT-SN架构示意

在MQTT-SN架构图中，存在三种组件：

1. MQTT-SN 客户端
2. MQTT-SN 网关，可单独存在，也能够被集成到MQTT服务器中。须要承担MQTT-SN和MQTT协议之间的转换工做
3. MQTT-SN 转发器，负责转发当前客户端数据到不可直接访问的网关上去，针对客户端而言网关不可直接访问时，转发器做用就凸显。转发器封装MQTT-SN消息转发给网关，解封来自网关的消息发送给客户端。网关不可以篡改原始数据。

MQTT-SN传输网关

MQTT-SN网关传输方式，下面的图片一目了然。 

1. 透明网关，会为每个客户端都创建一个TCP链接到MQTT服务器的通道，这样会较为耗费网关网络资源，但模型简单
2. 聚合网关，只创建一条TCP链接通道到MQTT服务器上，全部的客户端共享一个通道，很经济的说。

网关须要抉择哪些消息须要和远程的MQTT Server进行交互，好比只选择客户端发送的PUBLISH、SUBSCRIBLE消息等。

小结

上面简单介绍了MQTT-SN，下面将会介绍MQTT-SN消息头部和格式。