物联网时代-跟着Thingsboard学IOT架构-MQTT设备协议

Thingsboard的MQTT设备协议

thingsboard官网: https://thingsboard.io/

thingsboard GitHub: https://github.com/thingsboard/thingsboard

thingsboard提供的体验地址: http://demo.thingsboard.io/

BY Thingsboard team

以下内容是在原文基础上演绎的译文。除非另行注明，页面上所有内容采用知识共享-署名（CC BY 2.5 AU）协议共享。

原文地址: ThingsBoard API参考：MQTT设备API

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MQTT基础知识

MQTT是一种轻量级的发布 - 订阅消息传递协议，可能使其最适合各种物联网设备。您可以在此处找到有关MQTT的更多信息。

ThingsBoard服务器节点充当MQTT Broker，支持QoS级别0（最多一次）和1（至少一次）以及一组预定义主题。

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客户端库设置

您可以在Web上找到大量MQTT客户端库。本文中的示例将基于Mosquitto,MQTT.js和Paho,要设置其中一个工具。

键值格式

默认情况下，ThingsBoard支持JSON中的键值内容。Key始终是一个字符串，而value可以是string，boolean，double或long。也可以使用自定义二进制格式或某些序列化框架。有关详细信息，请参阅物模型。例如：

{"stringKey":"value1", "booleanKey":true, "doubleKey":42.0, "longKey":}

遥测上传API

为了将遥测数据发布到ThingsBoard服务器节点，请将PUBLISH消息发送到以下主题：

v1/devices/me/telemetry

最简单的支持数据格式是：

{"key1":"value1", "key2":"value2"}

要么

 [{"key1":"value1"}, {"key2":"value2"}]

请注意，在这种情况下，服务器端时间戳将分配给上传的数据！

如果您的设备能够获取客户端时间戳，您可以使用以下格式：

 {"ts":, "values":{"key1":"value1", "key2":"value2"}}

在上面的示例中，我们假设“1451649600512”是具有毫秒精度的unix时间戳。例如，值'1451649600512'对应于'Fri，2016年1月1日12：00：00.512 GMT'

属性API

ThingsBoard属性API允许设备

• 将客户端设备属性上载到服务器。

将属性更新发布到服务器

要将客户端设备属性发布到ThingsBoard服务器节点，请将PUBLISH消息发送到以下主题：

 v1/devices/me/attributes

更多请看上文给出的连接。

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Thingsboard的MQTT传输协议架构

因为Thingsboard最新release，是基于微服务架构，不利用单独理解代码。

Thingsboard源代码: https://github.com/thingsboard/thingsboard/tree/release-2.0/transport/mqtt

本文基于上面源代码后，剔除相关的安全验证和处理之后搭建简易的讲解项目:

https://github.com/sanshengshui/IOT-Technical-Guide/tree/master/IOT-Guide-MQTT

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MQTT框架

因为Thingsboard是一个JVM技术栈的PaaS平台，所以使用的是基于Java通讯框架的Netty,如果有对Netty不太熟悉的同学，可以参考我之前搭建的Netty实践学习案例: https://github.com/sanshengshui/netty-learning-example

项目结构

 .

 ├── IOT-Guide-MQTT.iml
 ├── pom.xml
 └── src
     └── main
         └── java
             └── com
                 └── sanshengshui
                     └── mqtt
                         ├── adapter
                         │   └── JsonMqttAdaptor.java　// MQTT json转换器，在跟Thingsboard学习IOT-物模型有所讲解
                         ├── IOTMqttServer.java　//　MQTT服务
                         ├── MqttTopicMatcher.java
                         ├── MqttTopics.java　
                         ├── MqttTransportHandler.java //MQTT处理类
                         └── MqttTransportServerInitializer.java

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项目代码讲解

IOTMqttServer

 private static final int PORT = 1884;
      private static final String leakDetectorLevel = "DISABLED";
      private static final Integer bossGroupThreadCount = 1;
      private static final Integer workerGroupThreadCount = 12;
      private static final Integer maxPayloadSize = 65536;
  ​
      public static void main(String[] args) throws Exception {
          ResourceLeakDetector.setLevel(ResourceLeakDetector.Level.valueOf(leakDetectorLevel.toUpperCase()));
  ​
          EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(bossGroupThreadCount);
          EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(workerGroupThreadCount);
  ​
          try {
  ​
              ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
              b.group(bossGroup,workerGroup)
                      .channel(NioServerSocketChannel.class)
                      .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
                      .childHandler(new MqttTransportServerInitializer(maxPayloadSize));
              ChannelFuture f = b.bind(PORT);
              f.channel().closeFuture().sync();
          } finally {
              bossGroup.shutdownGracefully();
              workerGroup.shutdownGracefully();
          }
      }

第8行，设置服务端Netty内存读写泄漏级别，缺省条件下为:DISABLED

第10行和第11行，设置boss线程组和work线程组的线程数量。默认情况下，boss线程组的线程数量为1,work线程组的数量为运行服务机器内核数量的2倍。

第15行，通过创建ServerBootstrap对象，在第16行设置使用EventLoopGroup。

在17和19行，设置要被实例化的NioServerSockerChannel类,并设置最大的负载内容数量。

最后我们通过shutdowGracefully()函数优雅的关闭bossGroup和workGroup。

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MqttTransportHandler#processMqttMsg()

 private void processMqttMsg(ChannelHandlerContext ctx, MqttMessage msg) {
          address = (InetSocketAddress) ctx.channel().remoteAddress();
          if (msg.fixedHeader() == null) {
              processDisconnect(ctx);
              return;
          }
  ​
          switch (msg.fixedHeader().messageType()) {
              case CONNECT:
                  processConnect(ctx, (MqttConnectMessage) msg);
                  break;
              case PUBLISH:
                  processPublish(ctx, (MqttPublishMessage) msg);
                  break;
              case SUBSCRIBE:
                  processSubscribe(ctx, (MqttSubscribeMessage) msg);
                  break;
              case UNSUBSCRIBE:
                  processUnsubscribe(ctx, (MqttUnsubscribeMessage) msg);
                  break;
              case PINGREQ:
                  if (checkConnected(ctx)) {
                      ctx.writeAndFlush(new MqttMessage(new MqttFixedHeader(PINGRESP,false,AT_MOST_ONCE, false, 0)));
                  }
                  break;
              case DISCONNECT:
                  if (checkConnected(ctx)) {
                      processDisconnect(ctx);
                  }
                  break;
              default:
                  break;
  ​
          }
      }
  ​

第３行，通过判断消息的固定头部是否为空，如果空;则通过processDisconnect(ctx)将设备连接关闭。

processDisconnect(channelHandlerContext ctx)

private void processDisconnect(ChannelHandlerContext ctx) {
         ctx.close();  // 关闭socket通道
     }
 ​

第8行，通过判断固定头部的MQTT消息类型,针对不同消息做相应的处理。

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MqttTransportHandler#PublishDevicePublish

以下是对发布消息进行相关的解读，更多消息类型的处理类，大家请参考我上面的IOT-Guide-MQTT进行阅读。

private void processDevicePublish(ChannelHandlerContext ctx, MqttPublishMessage mqttMsg, String topicName, int msgId) {
         try {
             if (topicName.equals(MqttTopics.DEVICE_TELEMETRY_TOPIC)) {　//如果主题为v1/devices/me/attributes
                 JsonMqttAdaptor.convertToMsg(POST_TELEMETRY_REQUEST, mqttMsg);
             } else if(topicName.equals(DEVICE_ATTRIBUTES_TOPIC)) {
                 JsonMqttAdaptor.convertToMsg(POST_ATTRIBUTES_REQUEST, mqttMsg);
             } else if(topicName.equals(MqttTopics.DEVICE_ATTRIBUTES_REQUEST_TOPIC_PREFIX)) {
                 JsonMqttAdaptor.convertToMsg(GET_ATTRIBUTES_REQUEST, mqttMsg);
             }
         } catch (AdaptorException e) {
 ​
         }
 ​
     }
 ​

我上面的代码仅是对消息的主题进行判断，然后对主题内的内容进行物模型的解析，得到相关属性或者遥测数据的获得。

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演示效果

我们通过Paho或者MQTT.js和服务进行连接，发布消息到以下主题:

 v1/devices/me/telemetry

 ​

简易的数据格式如下:

 {"key1":"value1", "key2":"value2"}

Paho图示:

服务器控制台打印数据:

 七月 24, 2019 1:37:18 下午 io.netty.handler.logging.LoggingHandler channelRegistered
 信息: [id: 0xf2bfb3a8] REGISTERED
 七月 24, 2019 1:37:18 下午 io.netty.handler.logging.LoggingHandler bind
 信息: [id: 0xf2bfb3a8] BIND: 0.0.0.0/0.0.0.0:1884
 七月 24, 2019 1:37:18 下午 io.netty.handler.logging.LoggingHandler channelActive
 信息: [id: 0xf2bfb3a8, L:/0:0:0:0:0:0:0:0:1884] ACTIVE
 七月 24, 2019 1:37:22 下午 io.netty.handler.logging.LoggingHandler channelRead
 信息: [id: 0xf2bfb3a8, L:/0:0:0:0:0:0:0:0:1884] RECEIVED: [id: 0xe08abd12, L:/127.0.0.1:1884 - R:/127.0.0.1:48816]
 key= 1563946708305
 属性名=temperature 属性值=38
 属性名=humidity 属性值=60

如上所示，希望大家对Thingsboard的IOT架构-MQTT设备协议这块有所了解!