安(ān)科(kē)瑞 鮑靜(jìng)君

　　摘要
：MQTT是一個(gè)基於(yú)客戶端(duān)-服務器(qì)的消息發布(bù)/訂(dìng)閱傳輸協(xié)議， 優點(diǎn)是(shì)輕(qīng)量，簡(jiǎn)單(dān)，開放和(hé)易於實現(xiàn)的，這樣的(dí)特點(diǎn)在於(yú)物(wù)聯(lián)網設(shè)備(bèi)中就(jiù)十分適(shì)用，這(zhè)也是(shì)它在物聯(lián)網(wǎng)中被廣泛應用(yòng)的原(yuán)因之(zhī)一(yī)。而(ér)物聯(lián)網產品的(dí)電表-adw300就可(kě)以基於(yú)物聯網技(jì)術(shù)，通過(guò)mqtt服務(wù)器，實(shí)時向(xiàng)客戶平(píng)台(tái)推送所(suǒ)監(jiān)測的(dí)設備的工作(zuò)狀(zhuàng)態(tài)。保(bǎo)障用(yòng)電(diàn)設備能夠安(ān)全，可(kě)靠(kào)的(dí)運行(háng)。

　　關(guān)鍵詞
：物聯網(wǎng)；mqtt服(fú)務(wù)器(qì)；可(kě)靠(kào)；

　　引言

　　物聯網（Internent of things），網上(shàng)熱詞(cí)稱為，“物品(pǐn)與物品之(zhī)間(jiān)都存(cún)在網絡"，它是(shì)基於(yú)互(hù)聯網(wǎng)的基(jī)礎上(shàng)去(qù)延(yán)伸(shēn)和擴(kuò)展的(dí)網絡，形成新(xīn)的概念——物聯網。其物品與物(wù)品(pǐn)之間進(jìn)行(háng)信(xìn)息交互和通信，又被稱(chēng)為(wéi)，物物相息。物(wù)聯(lián)網通(tōng)過智(zhì)能感(gǎn)知，識別技術與(yǔ)普適計(jì)算等通(tōng)信感(gǎn)知技(jì)術，被廣(guǎng)泛(fàn)的應用(yòng)在網(wǎng)絡融合中。

　　一(yī)，MQTT協(xié)議

　　1.MQTT通(tōng)訊協議(yì)的概念

　　MQTT協(xié)議(yì)（Message Queuing Telemtry Transport），又稱(chēng)消(xiāo)息隊列遙(yáo)測傳(chuán)輸(shū)協議(yì)，是(shì)一種基於(yú)發(fā)布/訂(dìng)閱(yuè)模式的(dí)“輕(qīng)量級"通(tōng)訊(xùn)協議(yì)，它(tā)是構建(jiàn)與(yǔ)Tcp/IP協議上(shàng)，1999年(nián)發布的通訊協(xié)議。MQTT的優點(diǎn)在(zài)於，可(kě)以以很少的代(dài)碼和(hé)有(yǒu)限(xiàn)的帶(dài)寬(kuān)，為(wéi)連(lián)接遠程(chéng)設備(bèi)提(tí)供實(shí)時(shí)可靠(kào)的(dí)消息(xī)服(fú)務(wù)。作為一種(zhǒng)低能耗，低帶(dài)寬占(zhān)用(yòng)的實時通訊(xùn)協議(yì)，使(shǐ)其在(zài)物(wù)聯(lián)網，小型(xíng)設(shè)備，移動(dòng)應(yīng)用(yòng)等(děng)方麵有較廣(guǎng)泛的應用。

　　MQTT服(fú)務(wù)器（消(xiāo)息(xī)代理(lǐ)），常見的mqtt服(fú)務器(qì)並(bìng)不是(shì)宏(hóng)觀(guān)的(dí)機房裏一(yī)堆櫃子(zǐ)，而是基於Erlang/OTP平台開發(fā)的(dí)一(yī)個軟(ruǎn)件(jiàn)，然後有(yǒu)電(diàn)腦(nǎo)等(děng)等設備運行這(zhè)個軟(ruǎn)件。直觀(guān)的理解成運行(háng)了 MQTT 消息(xī)服(fú)務(wù)器軟(ruǎn)件(jiàn)的(dí)一台(tái)服務器(qì)或一(yī)個(gè)服(fú)務(wù)器集(jí)群。

　　主(zhǔ)要的功能是
：如下(xià)圖(tú)1-1所(suǒ)示(shì)。

　　（1）接受(shòu)來(lái)自客(kè)戶端的(dí)網(wǎng)絡(luò)連接(jiē)

　　（2）接受(shòu)客戶端(duān)發布(bù)的信息

　　（3）處(chǔ)理來自客(kè)戶端(duān)的(dí)訂閱(yuè)和退訂(dìng)的請求

　　（4）向訂閱(yuè)的客戶轉發應用(yòng)程(chéng)序的消息。

圖(tú)1-1

　　二，MQTT協議網(wǎng)絡(luò)傳輸

　　MQTT會(huì)構建(jiàn)底(dǐ)層網絡(luò)傳輸，它將建立(lì)的客(kè)戶端(duān)和(hé)服務(wù)器(qì)連(lián)接(jiē)，，提供應(yīng)該有序的，無損的，基於(yú)字(zì)節流的雙向傳輸發(fā)送數據的時候(hòu)，MQTT會(huì)把與(yǔ)之(zhī)相(xiāng)關的(dí)服(fú)務(wù)質量（Qos）和(hé)主題(tí)名(míng)（Topic）關聯(lián)。

　　（1）協議原(yuán)理(lǐ)

　　MQTT協議通訊(xùn)過(guò)程(chéng)，需要客戶端(duān)和服務器共(gòng)同(tóng)完成，一共(gòng)有三(sān)個身(shēn)份，發(fā)布者（Publish），代(dài)理(lǐ)（Broker），訂閱者（Subscribe），其(qí)中(zhōng)消(xiāo)息(xī)發發(fā)布(bù)者(zhě)和(hé)訂閱(yuè)者都可(kě)以(yǐ)是客(kè)戶端(duān)，消息(xī)代理是(shì)mqtt服務器。

　　①MQTT的(dí)實(shí)現(xiàn)方(fāng)式

　　Topic
：主(zhǔ)題(tí)，可(kě)以(yǐ)理解為消(xiāo)息的(dí)類(lèi)型(xíng)；

　　Payload
：消息內容，可以(yǐ)理解為具(jù)體(tǐ)要使用(yòng)的數(shù)據內容(róng)

　　②MQTT客戶(hù)端

　　一(yī)個使(shǐ)用(yòng)mqtt協議(yì)的運(yùn)用(yòng)程序(xù)或(huò)設備，它(tā)是基於mqtt服(fú)務器(qì)端的網(wǎng)絡(luò)連接，常(cháng)用於發布信(xìn)息，訂閱發布(bù)信息(xī)，退訂(dìng)或刪(shān)掉應用程序(xù)的消(xiāo)息，斷(duàn)開(kāi)與服(fú)務器連接(jiē)。

　　（2） MQTT協(xié)議特性

　　協(xié)議是工作在低帶寬，不可(kě)靠的網絡的遠程(chéng)傳(chuán)感器和(hé)控製(zhì)設備通(tōng)訊而設(shè)計的協議，它(tā)具(jù)備(bèi)以下主(zhǔ)要(yào)的幾項(xiàng)特(tè)性(xìng)
：

　　①使(shǐ)用(yòng)發(fā)布/訂閱消息(xī)模式，提供(gōng)一對多(duō)的消息(xī)發(fā)布，解(jiě)除(chú)應(yīng)用程(chéng)序耦合。

　　②對負載內(nèi)容屏蔽的消息傳(chuán)輸(shū)。

　　③使用(yòng)Tcp/IP提供網(wǎng)絡(luò)連(lián)接。

　　④有三(sān)種(zhǒng)消息(xī)發(fā)布(bù)服務(wù)質量，消息發布（Qos
：0至(zhì)多(duō)一次(cì)，1至(zhì)少一(yī)次(cì)，2隻有一次(cì)）

　　⑤小型傳輸，流量(liáng)需(xū)求(qiú)小。

圖2-1

　　三(sān)，MQTT服(fú)務器(qì)與終端監測設備(bèi)通訊交流(liú)

　　很多(duō)的電表都是通過(guò)接(jiē)網(wǎng)關的方式，是(shì)設備與mqtt服(fú)務器(qì)進行數(shù)據(jù)交互，而ADW係列(liè)中(zhōng)，幾款電表(biǎo)中的一款(kuǎn)——ADW300電(diàn)表(biǎo)，本身具備(bèi)上網(wǎng)的功能有(yǒu)4G和(hé)wifi兩(liǎng)種(zhǒng)，它們(mén)通(tōng)過物(wù)聯網(wǎng)卡或局域網的方式(shì)，使(shǐ)設(shè)備(bèi)具備了聯網的(dí)功(gōng)能，減少(shǎo)設(shè)備連接網(wǎng)關再上(shàng)服務器(qì)瑣(suǒ)碎(suì)的(dí)過程，實(shí)現(xiàn)工業物(wù)聯網。

　　（1） ADW300無綫計(jì)量儀(yí)表

　　ADW300無綫(xiàn)計量(liáng)儀表主要(yào)用於(yú)計量低(dī)壓(yā)網(wǎng)絡的三相有功(gōng)電(diàn)能，具(jù)有體(tǐ)積小(xiǎo)，精度(dù)高，功能豐富等優(yōu)點，並且可選通(tōng)訊方式(shì)多，可支持RS485通訊和Lora，NB，4G，wifi等(děng)無綫通訊(xùn)方式，增加(jiā)了外置互(hù)感(gǎn)器的電(diàn)流(liú)采(cǎi)樣模式，從而方便(biàn)用戶在不(bù)同(tóng)場合進(jìn)行安裝使用(yòng)。可靈活安(ān)裝於配(pèi)電(diàn)箱(xiāng)內，實現對不(bù)同區(qū)域和(hé)不同(tóng)負荷的分項電能計量(liáng)，運(yùn)維(wéi)監管或電力監(jiān)控(kòng)等需求。

     （2）標(biāo)準(zhǔn)化MQTT協議

　　①訂閱（subscription）

　　訂閱(yuè)包含主題(tí)篩(shāi)選器（Topic Filter）和服(fú)務質量（QoS）。訂閱(yuè)會與一個會話（Session）關(guān)聯。一個會(huì)話可(kě)以(yǐ)包含多(duō)個訂閱。每一(yī)個(gè)會話中的(dí)每個(gè)訂(dìng)閱都有(yǒu)一(yī)個不同的主(zhǔ)題(tí)篩(shāi)選(xuǎn)器。

　　②會(huì)話（session）

　　每(měi)個(gè)客(kè)戶(hù)端(duān)與服務器(qì)建(jiàn)立(lì)連(lián)接(jiē)後就是應該(gāi)會話客(kè)戶(hù)端和服(fú)務器之間有狀態交(jiāo)互，會話存在與一個網絡之間，也可能在(zài)客(kè)戶端和服務器之(zhī)間(jiān)跨越(yuè)多個連續的(dí)網絡連(lián)接。

　　③主題(tí)名（Topic name）

　　連接到一(yī)個(gè)應(yīng)用程序(xù)消(xiāo)息的標簽，該(gāi)標簽(qiān)與(yǔ)服務器的(dí)訂閱相(xiāng)匹(pǐ)配服(fú)務器會(huì)將(jiāng)消息(xī)發(fā)送(sòng)給訂(dìng)閱(yuè)所匹(pǐ)配(pèi)標(biāo)簽的(dí)每一個客戶端

　　④數(shù)據(jù)上傳(chuán)（Data upload）

　　電表無綫傳輸(shū)做(zuò)到(dào)了小(xiǎo)型傳輸(shū)，流量需求小(xiǎo)，這(zhè)款電表的(dí)數據上傳(chuán)流(liú)程(chéng)簡潔，（詳(xiáng)細見(jiàn)附(fù)錄）將多(duō)餘的(dí)數(shù)據上(shàng)傳步(bù)驟優(yōu)化(huà)，促使(shǐ)定製(zhì)化(huà)數(shù)據上傳(chuán)，其(qí)中(zhōng)包含了常用(yòng)的電(diàn)參量數據，信號強(qiáng)度，有功(gōng)需(xū)量，電壓(yā)電流變比(bǐ)，溫度，DI狀(zhuàng)態，電壓(yā)電流(liú)諧波畸變率，尖峰(fēng)平(píng)穀電能等等。

　　四.總(zǒng)結

　　 綜上(shàng)所述，在現在(zài)物聯網技術(shù)的(dí)大環(huán)境下，MQTT服(fú)務器(qì)的(dí)已經(jīng)陸續被(bèi)各(gè)個商家(jiā)企業(yè)采(cǎi)用(yòng)，因(yīn)為(wéi)MQTT服務器(qì)與mqtt協(xié)議(yì)能夠滿足(zú)他們(mén)智能(néng)化(huà)管理需(xū)求。很(hěn)多(duō)企業(yè)的一些生(shēng)產(chǎn)車間配電櫃都需要(yào)使用無綫設備監(jiān)測用電(diàn)設(shè)備的(dí)工(gōng)作(zuò)狀(zhuàng)態，而企(qǐ)業(yè)的生(shēng)產車間(jiān)大多(duō)是(shì)分(fēn)散(sàn)獨(dú)立的(dí)用(yòng)電設(shè)備，若(ruò)每個設備(bèi)都安裝網(wǎng)關，那(nà)改(gǎi)造的(dí)成(chéng)本(běn)是很(hěn)大(dà)的(dí)資金。所以(yǐ)大部分企(qǐ)業為了節約成本(běn)常常會(huì)安裝(zhuāng)一(yī)批用於無(wú)綫監(jiān)控(kòng)用(yòng)電(diàn)設備(bèi)的(dí)電表——ADW300，通過(guò)傳感(gǎn)器對電纜以及(jí)生產(chǎn)綫的各(gè)種(zhǒng)設備參數進行采集(jí)，主(zhǔ)要包含(hán)電流，電(diàn)壓等電(diàn)參量(liáng)數(shù)據(jù)，並且將獲得的(dí)數據(jù)實時上(shàng)傳到(dào)MQTT服(fú)務(wù)器(qì)雲端(duān)，然後通過(guò)物(wù)聯網平台和(hé)數(shù)據庫(kù)訂(dìng)閱mqtt服務器端(duān)主題，來獲取終端監測設備(bèi)的數據，實現終端(duān)和雲端(duān)的(dí)雙向通(tōng)信，搭(dā)建*的(dí)數據(jù)通(tōng)道(dào)，獲(huò)得(dé)的數(shù)據被存(cún)儲到(dào)MQTT服(fú)務器的(dí)雲(yún)數據(jù)庫中(zhōng)，能夠(gòu)保證數據的(dí)安(ān)全性,搭建用電(diàn)管(guǎn)理(lǐ)和(hé)顯(xiǎn)示(shì)係(xì)統，通過雲技術(shù)，大數據，互聯網將(jiāng)獲得(dé)的(dí)數據顯示到(dào)前台，用(yòng)戶可以(yǐ)通(tōng)過(guò)登錄手機APP，電腦(nǎo)頁麵等實(shí)時監(jiān)控(kòng)設備(bèi)和電纜的電力(lì)數據情(qíng)況。

　　附錄
：

　　ADW300-4G的(dí)數據上傳(chuán)流程圖(tú)

　　參考文(wén)獻(xiàn)

　　［1］企業微(wēi)電(diàn)網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手(shǒu)冊(cè)2022.05版