物联网网关协议比较：MQTT-与-Modbus

1、物联网（lot）不只是新技术，述是与旧技术的集成，其关键在于通信。可用 的通信方法各不相同，但是，各种不同的协议在将海量“事物”连接到互联网时 发挥着重要的作用。木文介绍了两种物联网补充协议：用于短距离设备连接的 本地协议modbus以及支持物联网进行全局通信的可扩展互联网协议“消息队 列遥测传输（mqtt） ” omodbus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。图1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

2、网网关。图1.物联网（iot）网关作为物联网通信的支持解决方案 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。applicationmodbus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rs-485） o modbus的核心是一个串行通信协议，釆用主从模式。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rs-485,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

3、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（参见图2） o图2.消息队列遥测传输网络中的作用因素publisherbrokermqtttcpipmqtttcpsubs

4、cribermqttipmqtt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还可提供岀色的通信高效性（即使通过低带宽网络进行通信）和非 常少的开销（较z http等协议）。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。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mqt

5、t经纪人上订阅主题。退订-从mqtt经纪人上退订主题。图3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/l/status） 0 木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 要分享吋，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。图3消息队列遥测传输代理之间的简单交互connectcon nectconnect ackpublish( topic: 7home

6、/alarms/1/status')connect acksubscribe( topic: 7home/alarms/1/status")subscribe ackpublishf topic: 7home/alarms/1/status,*)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restomqtt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

7、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) o mqtt中有三个等级的qos： qos 0。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。 qos lo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。 qos2o最慢但是最有保障的服务质量等级即为等级2。qos 2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。消息队列遥测传输经纪人随着越来越多的物联网采用mqtt作为支持协议，您将会发现许多开源应

8、用和产 品中出现了 mqtt。英特尔®物联网网关解决方案则是其中一款采用mqtt的全 面物联网解决方案。该系列产品支持传感器、设备和云之间安全交互。这些预验证的应用就绪型平 台支持出色的可管理性、安全性和多种连接选项，如zigbee*、蜂窝网络、蓝牙 *、usb、wi-fi*,当然还有mqtt和modbus等协议。英特尔根据市场需求提供了三个版本的英特尔®物联网网关，分别包含不同的输 入/输出选项，并针对工业和能源、交通运输以及综合产业等不同领域。虽有不 同之处，但它们无一例外都包括通用的可管理性和供应、数据和端点安全性以及 运行吋环境。它们分别运行在安全且稳定的wind river* linux*上。英特尔®物联网网关的主要优势是mcafee®嵌入式控制安全技术。mcafee®嵌 入式控制可根据策略处理设备变化，同时能够追踪所有变化，提供完整的可视性 和可说明性，以便进行