物联网网关中的MQTT协议和Modbus协议介绍

物联网行业最重要的就是通信技术，物联网发展至今，出现了许多种协议，无论何种协议作用无外乎都是将”各类事物”通过各种协议连接到物联网中，以实现物与物之间的通信。今天，本文介绍两种物联网协议中的补充协议——MQTT和Modbus协议，帮助大家快速了解这两种协议。
　　Modbus是一个串行通信协议，首次出现于1979年，是连接行业设备实际使用的标准协议。MQTT早在20年前便已出现，但是将这两个协议结合在一起使用，能够为深度嵌入式设备提供物联网的规模和连接性。下图展示了这些协议之间的一般关系，同时介绍了连接的支持解决方案：物联网网关。
　　物联网网关作为物联网通信的支持解决方案，现在让我们来看一下Modbus和MQTT，以了解其区别以及如何在物联网中互相补充。

　　Modbus
　　自1979年首次出现至今，Modbus已经演变为一套全面的支持多种物理链接的协议集(如RS485)。Modbus的核心是一个串行通信协议，采用主从模式。主机向从机发送请求，从机予以回复。在标准Modbus网络中，有一台主机以及最多247台从机(但是，如果采用2字节寻址，则可显著提高这一界限)。
　　借助RS485，主从机之间的通信发生在指示功能码的帧中。该功能码可识别要操作的功能，如读取独立输入;读取先进先出队列;或执行诊断函数。然后，从机根据收到的功能码进行响应，该响应较为简单，由一组字节指示。因此，从机可以是智能设备，也可以是只有一个传感器的简单设备。
　　从该描述中，您可以看到Modbus协议非常简单，但是其作为协议的开放性使其成为整个行业或SCADA系统的实际通信协议。
　　消息队列遥测传输
　　MQTT是一个开放的轻量级机器对机器协议，专为物联网交互设计。MQTT网络包含一个MQTT经纪人(broker)，负责协调MQTT代理之间的交互。代理是发布器，负责发布供用户使用的信息(参见下图)。
　　消息队列遥测传输网络中的作用因素

　　MQTT的要求非常少，因为它专为资源有限的嵌入式设备设计。除了占地空间少之外，MQTT还可提供出色的通信高效性（即使通过低带宽网络进行通信）和非常少的开销（较之HTTP等协议）。即使是在3G网络中，MQTT的吞吐量速度是使用HTTP的表述性状态转移（REST）的93倍，5G/4G下的提升将会更大。

　　MQTT可使用最少的方法指示要在特定主题上实施的操作，进而实施发布/订阅模式。代理先连接到经纪人，然后再发布或订阅主题。完成后，代理将从经纪人上断开连接。MQTT方法定义：

　　连接-建立与MQTT经纪人之间的连接。

　　断开连接-断开与MQTT经纪人之间的连接。

　　发布-在MQTT经纪人上发布主题。

　　订阅-从MQTT经纪人上订阅主题。

　　退订-从MQTT经纪人上退订主题。

　　又如下图所示，下图展示了发布者与订阅者使用MQTT经纪人进行的简单交互。如图所示，信息创建者（producer）连接至MQTT经纪人。同样，信息消费者（consumer）连接至MQTT经纪人。消费者订阅主题（此处定义为/home/alarms/1/status）。本示例主题可识别主页上针对区域1的警报系统的状态变化。当创建者有信息要分享时，它会向经纪人发布一条消息，然后经纪人将会将信息分享给所有订阅该主题的用户。

　　消息队列遥测传输代理之间的简单交互

请注意此处分享的主题结构。它与文件系统层次结构相似，这可简化主题的结构。这种资源层次形式也常见于协议架构中，如REST。

　　MQTT甚至允许使用通配符的形式，以简化订阅流程。如果用户想要获取所有警报的状态，则可直接订阅/home/alarms/+/status，该主题可通知用户所有的警报状态变化。整个子树还可使用主题/home/#进行订阅，该主题可以订阅/home下的所有事件。

　　服务质量

　　MQTT允许定义服务质量（QoS）。MQTT中有三个等级的QoS：

　　1、QoS0。该等级表示“最多一次”交付（最佳状况）。消息不会得到确认，因而，这是一种一劳永与的方法。

　　2、QoS1。该等级表示“至少一次”交付。用户可能不止一次获得消息，但是允许收到的人确认已经收到。

　　3、QoS2。最慢但是最有保障的服务质量等级即为等级2。QoS2表示“只有一次”，并包含四个阶段的交付握手。该等级最慢，但是最安全。

　　您选择的QoS等级将取决于数据及其交付的重要性。

　　随着越来越多的物联网设备采用MQTT作为支持协议，作为支持传感器、设备和云之间安全交互的计讯物联网网关不仅支持MQTT和Modbus协议，还支持ZigBee、5G/4G/3无线网络、蓝牙、USB、WiFi等多种通信协议，完美的兼容了各类前端设备。除此之外计讯物联网网关支持IPsec/L2TP/PPTP/OpenVPN/GRE/l2tpoverIpsec等VPN协议和运营商APN专网接入并指定IP等多种协议保障数据在传输过程中的安全。