1. Введение

MQTT — это аббревиатура от Message Queuing Telemetry Transport. Это облегченный протокол связи IoT, основанный на модели публикации/подписки. Он имеет следующие характеристики:

• Простота использования: Спецификация протокола для MQTT проста.,Легко учиться и использовать.
• Высокая надежность: MQTT использовал протокол TCP для передачи с высокой надежностью.
• Низкая задержка: MQTT использован режим публикации/подписки, который может уменьшить задержку доставки информации.

В приложениях для роботов MQTT можно использовать в следующих сценариях:

• MQTT может загружать данные датчиков в облако или другие системы.
• управление роботом: роботом можно управлять удаленно с помощью MQTT.
• робот Сотрудничество: Используйте MQTT Может быть достигнуто сотрудничество между несколькими роботами.

Протокол MQTT состоит из трех основных частей:

• клиент： MQTT клиентское приложение для отправки и получения информации.
• сервер： MQTT серверда обрабатывает информационные приложения.
• тема： Путь темадаинформации, используемый для различения разных типов информации.

MQTT Протокол использует шаблон публикации/подписки для связи. Издатель публикует информацию по теме, а подписчик подписывается на тему и получает информацию, опубликованную издателем. Это очень похоже на тему в ros2

1. MQTT клиент

MQTT клиент может использовать любые типы приложений, включая встроенные устройства, ПК приложения и Web приложение. MQTT клиент должен быть реализован MQTT Три основные функции протокола:

• соединять: клиент подключиться к MQTT сервер。
• выпускать: Информация о версии клиента недоступна.
• подписка: клиент подписывайтесь на тему и получайте информацию от издателя.

2. MQTT сервер

MQTT сервердаа беги MQTT протоколизприложение. MQTT сервернужно реализовать MQTT Три основные функции протокола:

• соединять: Сервер принимает запросы на соединение от клиента.
• выпускать: Сервер доставляет информацию, опубликованную издателем, подписчику.
• подписка: Сервер хранит информацию о подписке подписчика.

3. MQTT тема

MQTT Путь темадаинформации, используемый для различения разных типов информации.темаиз格式为：

/topic/[topic_name]

в,topic_name название даты. название темы может содержать буквы、число、Подчеркнуть и поставить точку.

4. MQTT информация

Информация MQTT состоит из двух частей:

• Заголовок: Заголовок содержит идентификатор информации, темы, QoS. и другая информация.
• данные: Содержание данных даинформация.

QoS Класс качества даинформации, используемый для контроля достоверности информации. качество обслуживания Есть три уровня:

• 0： Доставка максимум один раз.
• 1： Проходил как минимум один раз.
• 2： Есть только один пропуск.

2. Как развернуть службу MQTT

1. Какое решение по внедрению MQTT выбрать?

Согласно предыдущему введению, вы можете знать, что для использования MQTT у вас должен быть сервер. Этот сервер можно развернуть самостоятельно или воспользоваться услугами публичного облака.

В настоящее время я предпочитаю развертывать службу локально, но из соображений стабильности и проблем с сетью позже я могу использовать службу MQTT от Alibaba Cloud.

Как упоминалось ранее, MQTT — это протокол со множеством конкретных реализаций. Здесь я решил использовать Mosquitto, который поддерживается Eclipse Foundation и реализует протокол MQTT версий 5, 3.1 и 3.1.1.

Вот некоторые преимущества использования Mosquitto:

1. Легкий: Mosquitto очень мал и имеет низкие требования к системным ресурсам, что позволяет ему работать на различных устройствах, включая встроенные устройства.
2. Кроссплатформенность: Будь то Linux, Windows или MacOS, и даже другие операционные системы могут хорошо поддерживать Mosquitt.
3. Высокая стабильность: Mosquitto существует уже давно и широко используется во многих производственных средах, а его стабильность проверена.
4. Активное сообщество: Mosquitto поддерживается Eclipse Foundation и имеет активное сообщество разработчиков и пользователей. Это означает, что когда вы сталкиваетесь с проблемой, рядом есть много людей, которые могут помочь.
5. Оптимизирован для Интернета вещей: Сам MQTT отличается низким энергопотреблением.、不可靠网络设计из,И Mosquitto как реализация MQTT,Также хорошо работает в решениях Интернета вещей.
6. Мощный механизм безопасности: Mosquitto поддерживает SSL/TLS, а также имеет ACL (доступ Control Списки), позволяющая управлять тем, кто может публиковать определенные элементы или подписываться на них.

Что меня удивило, так это то, что RabbiMQ также поддерживает протокол MQTT, и его конфигурация очень проста, но эта функция не включена по умолчанию. Вы можете попробовать ее в будущем. Разработчики в интернет-индустрии должны быть более знакомы с RabbitMQ.

2. Процесс развертывания и настройки

1. Установить

sudo apt install mosquitto

1. Конфигурация

# Создать файл конфигурации
vim /etc/mosquitto/mosquitto.conf
# Заполните следующее
# порт 
listener 1883 
# Имя пользователя и пароль 
allow_anonymous true

Примечание. Я разрешаю здесь анонимный доступ для удобства локального тестирования, но в реальных приложениях для разработки этого делать не следует.

1. запускать

sudo systemctl start mosquitto

На этом этапе создан простой MQTT-сервер.

Использование MQTT для передачи данных

В ros есть специальные инструменты, помогающие в этом шаге, но в ros2 пока нет, однако, думаю, люди на форуме рекомендуют использовать код для передачи данных.

Я использую пакет Python paho, который необходимо сначала установить.

pip install paho

Я публикую здесь два кода, а именно издатель и подписчик, то есть издатель и подписчик.

1. publisher

import time
import paho.mqtt.client as mqtt


class Publisher:
    def __init__(self, host="127.0.0.1", port=1883, topic="test_channel"):
        self.host = host
        self.port = port
        self.topic = topic
        self.client = mqtt.Client()

        self.client.on_connect = self.on_connect
        self.client.on_publish = self.on_publish

    def on_connect(self, client, userdata, flags, rc):
       print("Connected with result code "+str(rc))

    def on_publish(self, client, userdata, mid):
        print("Message Published ...")

    def start(self, msg="Hello MQTT", times=10, delay=1):
        self.client.connect(self.host, self.port, 60)
        self.client.loop_start()

        for i in range(times):
            time.sleep(delay)
            self.client.publish(self.topic, f"{msg} {i}")


if __name__ == "__main__":
    publisher = Publisher()
    publisher.start()

2. subscriber

import paho.mqtt.client as mqtt


class Subscriber:
    def __init__(self, host="127.0.0.1", port=1883, topic="test_channel"):
        self.host = host
        self.port = port
        self.topic = topic
        self.msg_count = 0
        self.client = mqtt.Client()

        self.client.on_connect = self.on_connect
        self.client.on_message = self.on_message

    def on_connect(self, client, userdata, flags, rc):
        print("Connected with result code "+str(rc))
        self.client.subscribe(self.topic)

    def on_message(self, client, userdata, msg):
        self.msg_count += 1
        print(f"Message {self.msg_count}: {msg.topic} {str(msg.payload)}")

    def start(self):
        self.client.connect(self.host, self.port, 60)
        self.client.loop_forever()


if __name__ == "__main__":
    subscriber = Subscriber()
    subscriber.start()

Вы можете запустить два вышеуказанных сценария на том же компьютере, что и mosquitto, в противном случае вам необходимо изменить хост в коде на фактический IP-адрес mosquitto и убедиться в отсутствии сетевых ограничений.

При тестировании необходимо сначала запустить подписчика, а затем публикатора, иначе подписчик может не получить данные.