Mqtt集成与设计

Mqtt集成

集成mqtt，我们首先得明白什么是mqtt:

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级、基于发布-订阅模式的消息传输协议，适用于资源受限的设备和低带宽、高延迟或不稳定的网络环境。适用于物联网（IoT）和设备通信场景，能够实现传感器、执行器和其它设备之间的高效通信。

了解几个概念：

MQTT 客户端、MQTT Broker、发布-订阅模式、主题、QoS

正片开始：

1. 系统架构：

2. 组件：

• MQTT配置（MqttConfig）：管理MQTT连接的配置信息
• 基础MQTT客户端（BaseMqttClient）：提供MQTT客户端的基础功能
• 设备端MQTT客户端（DeviceMqttClient）：面向设备的MQTT客户端实现
• 服务器端MQTT客户端（ServerMqttClient）：面向服务器的MQTT客户端实现
• 设备池（DevicePool）：管理所有已连接设备的信息
• MQTT服务（MqttService）：作为托管服务整合MQTT功能

3. 主题（Topic）设计

• 设备相关：

  • device/{deviceId}/info：设备信息
  • device/{deviceId}/status：设备状态
  • device/{deviceId}/heartbeat：设备心跳
  • device/{deviceId}/command：设备命令
  • device/{deviceId}/command/response：设备命令响应

• 会议相关：

  • meeting/broadcast：会议广播

• 公告相关：

  • announcement/broadcast：公告广播

4. 数据模型

4.1 设备信息（DeviceInfo）

设备的基本信息，包括：

• 设备ID（DeviceId）
• 设备名称（DeviceName）
• 设备类型（DeviceType）
• IP地址（IpAddress）
• MAC地址（MacAddress）
• 软件版本（SoftwareVersion）
• 硬件版本（HardwareVersion）
• 设备状态（Status）
• 最后在线时间（LastOnlineTime）
• 最后心跳时间（LastHeartbeatTime）
• 描述（Description）
• 位置（Location）
• 额外属性（Properties）

4.2 设备状态（DeviceStatus）

设备可能的状态包括：

• 离线（Offline）
• 在线（Online）
• 忙碌（Busy）
• 其他自定义状态

4.3 设备命令（DeviceCommand）

发送给设备的命令，包括：

• 命令ID（CommandId）
• 设备ID（DeviceId）
• 命令类型（CommandType）
• 命令参数（Parameters）
• 超时时间（Timeout）
• 创建时间（CreateTime）

4.4 会议信息（MeetingInfo）

会议相关信息，用于会议通知。

4.5 公告信息（AnnouncementInfo）

系统公告信息，用于广播通知。

5. 工作流程：

5.1 服务启动流程

1. 程序启动时，通过依赖注入注册MQTT相关服务：

   // 注册MQTT服务
   service.AddSingleton<MqttConfig>();
   service.AddSingleton<DevicePool>();
   service.AddSingleton<MqttService>();
   service.AddHostedService(provider => provider.GetRequiredService<MqttService>());
   

2. MqttService作为IHostedService启动：

   • 加载MQTT配置
   • 创建服务器端MQTT客户端
   • 注册各种事件处理器
   • 连接到MQTT服务器
   • 启动心跳检查定时器
   • 启动设备清理定时器

5.2 设备连接流程

1. 设备通过DeviceMqttClient连接到MQTT代理
2. 连接成功后，设备发布自身信息到device/{deviceId}/info主题
3. 服务器的ServerMqttClient收到设备信息，将设备添加到DevicePool
4. 触发设备上线事件，执行相关业务逻辑

5.3 设备心跳流程

1. 设备定期发送心跳消息到device/{deviceId}/heartbeat主题
2. 服务器接收心跳消息，更新设备的最后心跳时间
3. 服务器的心跳检查定时器定期检查设备心跳超时情况
4. 对于心跳超时的设备，将其状态更新为离线，并触发设备离线事件

5.4 命令发送流程

1. 应用程序通过MqttService.SendCommandAsync()发送命令
2. 命令通过ServerMqttClient发布到device/{deviceId}/command主题
3. 设备接收命令，执行相应操作
4. 设备将命令执行结果发布到device/{deviceId}/command/response主题
5. 服务器接收命令响应，触发命令响应事件

5.5 会议和公告广播流程

1. 应用程序通过MqttService发布会议或公告信息
2. 信息通过ServerMqttClient发布到对应广播主题
3. 设备接收广播信息，触发相应事件进行处理

5.6 设备清理流程

1. 设备清理定时器定期执行清理任务（默认每天凌晨2点）
2. 清理长时间离线（默认24小时以上）的设备记录

6. 错误处理与重连机制

1. MQTT客户端断开连接后，自动启动重连定时器
2. 根据配置的重连间隔进行重连尝试
3. 如果配置了最大重连次数，达到次数后停止重连；如果设置为0，则无限重连
4. 所有通信操作都包含错误处理和日志记录

MQTT配置选项包括：

• 服务器地址（ServerAddress）：默认为"localhost"
• 服务器端口（Port）：默认为1883
• 客户端ID（ClientId）：默认自动生成
• 用户名（Username）和密码（Password）：用于认证
• 是否使用TLS/SSL（UseTls）：默认为false
• 连接超时时间（ConnectionTimeout）：默认为10秒
• 心跳间隔（KeepAliveInterval）：默认为60秒
• 重连间隔（ReconnectInterval）：默认为5秒
• 最大重连次数（MaxReconnectAttempts）：默认为0（无限重连）

设计思路讲完了，下面一篇文章讲解实现方式（以C#为例）