淺談mqtt協議與終端監測設備結合

摘要：MQTT是一個(ge) 基於(yu) 客戶端-服務器的消息發布/訂閱傳(chuan) 輸協議， 優(you) 點是輕量，簡單，開放和易於(yu) 實現的，這樣的特點在於(yu) 物聯網設備中就十分適用，這也是它在物聯網中被廣泛應用的原因之一。而物聯網產(chan) 品的電表-adw300就可以基於(yu) 物聯網技術，通過mqtt服務器，實時向客戶平台推送所監測的設備的工作狀態。保障用電設備能夠安全、可靠、高效的運行。
關(guan) 鍵詞：物聯網；mqtt服務器；可靠；
引言
物聯網（Internent of things），網上熱詞稱為(wei) ，“物品與(yu) 物品之間都存在網絡"，它是基於(yu) 互聯網的基礎上去延伸和擴展的網絡，形成新的概念——物聯網。其物品與(yu) 物品之間進行信息交互和通信，又被稱為(wei) ，物物相息。物聯網通過智能感知，識別技術與(yu) 普適計算等通信感知技術，被廣泛的應用在網絡融合中。
一、MQTT協議
1.MQTT通訊協議的概念
  MQTT協議（Message Queuing Telemtry Transport），又稱消息隊列遙測傳(chuan) 輸協議，是一種基於(yu) 發布/訂閱模式的“輕量級"通訊協議，它是構建與(yu) Tcp/IP協議上，1999年發布的通訊協議。MQTT的優(you) 點在於(yu) ，可以以很少的代碼和有限的帶寬，為(wei) 連接遠程設備提供實時可靠的消息服務。作為(wei) 一種低能耗、低帶寬占用的實時通訊協議，使其在物聯網、小型設備、移動應用等方麵有較廣泛的應用。
  MQTT服務器（消息代理），常見的mqtt服務器並不是宏觀的機房裏一堆櫃子，而是基於(yu) Erlang/OTP平台開發的一個(ge) 軟件，然後有電腦等等設備運行這個(ge) 軟件。直觀的理解成運行了 MQTT 消息服務器軟件的一台服務器或一個(ge) 服務器集群。
主要的功能是：如下圖1-1所示。
（1）接受來自客戶端的網絡連接
（2）接受客戶端發布的信息
（3）處理來自客戶端的訂閱和退訂的請求
（4）向訂閱的客戶轉發應用程序的消息。

圖1-1

二、MQTT協議網絡傳(chuan) 輸
  MQTT會(hui) 構建底層網絡傳(chuan) 輸，它將建立的客戶端和服務器連接，，提供應該有序的，無損的，基於(yu) 字節流的雙向傳(chuan) 輸發送數據的時候，MQTT會(hui) 把與(yu) 之相關(guan) 的服務質量（Qos）和主題名（Topic）關(guan) 聯。
（1）協議原理
  MQTT協議通訊過程，需要客戶端和服務器共同完成，一共有三個(ge) 身份，發布者（Publish），代理（Broker）、訂閱者（Subscribe），其中消息發發布者和訂閱者都可以是客戶端，消息代理是mqtt服務器。
①MQTT的實現方式
Topic：主題，可以理解為(wei) 消息的類型；
Payload：消息內(nei) 容，可以理解為(wei) 具體(ti) 要使用的數據內(nei) 容
②MQTT客戶端
  一個(ge) 使用mqtt協議的運用程序或設備，它是基於(yu) mqtt服務器端的網絡連接，常用於(yu) 發布信息，訂閱發布信息，退訂或刪掉應用程序的消息，斷開與(yu) 服務器連接。
（2） MQTT協議特性
  協議是工作在低帶寬、不可靠的網絡的遠程傳(chuan) 感器和控製設備通訊而設計的協議，它具備以下主要的幾項特性：
①使用發布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發布，解除應用程序耦合。
②對負載內(nei) 容屏蔽的消息傳(chuan) 輸。
③使用Tcp/IP提供網絡連接。
④有三種消息發布服務質量，消息發布（Qos：0至多一次，1至少一次，2隻有一次）
⑤小型傳(chuan) 輸、流量需求小。

圖2-1
 

三、MQTT服務器與(yu) 終端監測設備通訊交流
  很多的電表都是通過接網關(guan) 的方式，是設備與(yu) mqtt服務器進行數據交互，而ADW係列中，幾款電表中的一款——ADW300電表，本身具備上網的功能有4G和wifi兩(liang) 種，它們(men) 通過物聯網卡或局域網的方式，使設備具備了聯網的功能，減少設備連接網關(guan) 再上服務器瑣碎的過程，實現工業(ye) 物聯網。
（1） ADW300無線計量儀(yi) 表
  ADW300無線計量儀(yi) 表主要用於(yu) 計量低壓網絡的三相有功電能，具有體(ti) 積小、精度高、功能豐(feng) 富等優(you) 點，並且可選通訊方式多，可支持RS485通訊和Lora、NB、4G、wifi等無線通訊方式，增加了外置互感器的電流采樣模式，從(cong) 而方便用戶在不同場合進行安裝使用。可靈活安裝於(yu) 配電箱內(nei) ，實現對不同區域和不同負荷的分項電能計量、運維監管或18luck新客户端等需求。

（2）標準化MQTT協議
①訂閱（subscription）
  訂閱包含主題篩選器（Topic Filter）和服務質量（QoS）。訂閱會(hui) 與(yu) 一個(ge) 會(hui) 話（Session）關(guan) 聯。一個(ge) 會(hui) 話可以包含多個(ge) 訂閱。每一個(ge) 會(hui) 話中的每個(ge) 訂閱都有一個(ge) 不同的主題篩選器。
②會(hui) 話（session）
  每個(ge) 客戶端與(yu) 服務器建立連接後就是應該會(hui) 話客戶端和服務器之間有狀態交互，會(hui) 話存在與(yu) 一個(ge) 網絡之間，也可能在客戶端和服務器之間跨越多個(ge) 連續的網絡連接。
③主題名（Topic name）
  連接到一個(ge) 應用程序消息的標簽，該標簽與(yu) 服務器的訂閱相匹配服務器會(hui) 將消息發送給訂閱所匹配標簽的每一個(ge) 客戶端
④數據上傳(chuan) （Data upload）
  電表無線傳(chuan) 輸做到了小型傳(chuan) 輸、流量需求小，這款電表的數據上傳(chuan) 流程簡潔，（詳細見附錄）將多餘(yu) 的數據上傳(chuan) 步驟優(you) 化，促使定製化數據上傳(chuan) ，其中包含了常用的電參量數據、信號強度、有功需量、電壓電流變比、溫度、DI狀態、電壓電流諧波畸變率、尖峰平穀電能等等。
四.總結
  綜上所述，在現在物聯網技術的大環境下，MQTT服務器的已經陸續被各個(ge) 商家企業(ye) 采用，因為(wei) MQTT服務器與(yu) mqtt協議能夠滿足他們(men) 智能化管理需求。很多企業(ye) 的一些生產(chan) 車間配電櫃都需要使用無線設備監測用電設備的工作狀態，而企業(ye) 的生產(chan) 車間大多是分散獨立的用電設備，若每個(ge) 設備都安裝網關(guan) ，那改造的成本是很大的資金。所以大部分企業(ye) 為(wei) 了節約成本常常會(hui) 安裝一批用於(yu) 無線監控用電設備的電表——ADW300，通過傳(chuan) 感器對電纜以及生產(chan) 線的各種設備參數進行采集，主要包含電流、電壓等電參量數據，並且將獲得的數據實時上傳(chuan) 到MQTT服務器雲(yun) 端，然後通過物聯網平台和數據庫訂閱mqtt服務器端主題，來獲取終端監測設備的數據，實現終端和雲(yun) 端的雙向通信，搭建強大的數據通道，獲得的數據被存儲(chu) 到MQTT服務器的雲(yun) 數據庫中，能夠保證數據的安全性,搭建用電管理和顯示係統，通過雲(yun) 技術、大數據、互聯網將獲得的數據顯示到前台，用戶可以通過登錄手機APP、電腦頁麵等實時監控設備和電纜的電力數據情況。
附錄：
ADW300-4G的數據上傳(chuan) 流程圖

參考文獻
［1］企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.05版
 

安科瑞侯文莉