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Linkit 7688 DUO(六) 加入MQTT物聯網協議

來源：程序員人生發布時間：2016-06-08 08:37:31 閱讀次數：6315次

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Linkit 7688 DUO(6) 加入MQTT物聯網協議

本篇介紹將 MQTT物聯網協議加載到 Linkit 7688 DUO開發板上 ( 其中的源碼和方法也適用于所有的Linux系統、也合適于Windows系統)

MQTT是IBM開發的1種物聯網即時通訊協議，該協議支持所有平臺，幾近可以把所有聯網物品、電腦APP、手機APP、網頁等連接起來，讓它們隨時相互交換信息。

有了MQTT協議，Linkit 7688開發板就能夠稱得上物聯網開發板了，可以實現很多場景，比如：手機遠程控制、網頁遠程控制、服務器監測物體狀態等等。

1、MQTT協議簡介

1，MQTT是1種基于TCP的網絡消息協議，用于發送和接收消息。

在1個MQTT網絡中，有1個服務器和多個客戶端。每一個客戶端以TCP Socket與服務器連接，并保持為長連接。

客戶端可以是1個聯網物體、電腦軟件、手機APP、乃至是網頁。以下圖：

2, 消息傳輸采取發布/定閱（publish/subscribe）模式。

客戶端可以發布(publish)消息，每一個消息由1個主題(topic)和1個消息內容組成。比如：某溫度傳感器發布1個消息： topic = "sensor1/temperature"， message="25“

客戶端可以定閱(subscribe)1個或多個主題的消息。當網絡中有人發布了這些主題的消息，則客戶端將收到這條消息。比如：手機App定閱了 “sensor1/temperature"消息，則上述消息將被收到, 手機App就知道sensor1的溫度值了。

由于客戶端與服務器保持著Socket長連接，消息將立即實時推送到客戶端，也就是說：PUSH到客戶端。

MQTT服務器的主要作用是接收-轉發：接收消息、判斷哪些客戶端定閱了該主題的消息，PUSH給相應客戶端。

這類機制，可以實現1對1發送消息，也能夠實現1對多發送消息（群發）。

利用場景舉例：

場景1：手機APP發布查溫度的消息，各個傳感器裝置收到消息后，發布溫度消息。則手機就能夠搜集到各個傳感器的溫度。

場景2：當火警傳感器裝置檢測到起火后，發布消息。則定閱了該類型消息的手機、電腦等都可立即收到火警。

3，MQTT的消息包傳輸數據量很?。ü潭ㄩL度的頭部僅為 2 字節），能充分下降網絡流量，非常合適于低帶寬、不可靠連接、嵌入式裝備。

同時非常合適于手機等移動通訊環境，可以省流量、省電。因此，有人用MQTT作為手機PUSH使用。

4，為保障消息有效力到達，MQTT定義了3種消息發布服務質量(Qos， Quality Of Service)：

“最多1次”（At most once)，開消最小，消息發布完全依賴底層 TCP/IP 網絡，會產生消息丟失或重復。這1級別可用于以下情況，環境傳感器數據，丟失1次讀記錄無所謂，由于不久后還會有第2次發送。
“最少1次”(At least once)，確保消息到達，但消息重復可能會產生。
“只有1次”(Exactly once)，確保消息到達1次。這1級別可用于以下情況，在計費系統中，消息重復或丟失會致使不正確的結果。經常使用于精確控制。

每條消息都可以有自己的Qos定義。每個客戶端定閱某主題時，也能夠指定Qos.

5， MQTT協議由IBM公司于1999年提出，經過量年發展已比較成熟，目前版本是3.1.1。服務器和客戶端均有多個開源實現，支持各類操作系統和開發語言。

2、合適嵌入式裝備的MQTT協議客戶端（C語言實現）

對Linkit 7688開發板，我選取 “Eclipse Paho C” 的MQTT 客戶端開源代碼庫。其主頁在這：https://www.eclipse.org/paho/clients/c/

這個代碼庫是IBM公司提供的，Eclipse項目組保護的，可以稱為官方的。

我的使用方式是：　將它作為1個函數庫，　在Linkit 7688上編寫C語言程序，實現MQTT消息收發。

這個庫有1點點復雜，需要對協議比較了解。如果你要完全弄懂它，需要先讀它的文檔(http://www.eclipse.org/paho/files/mqttdoc/Cclient/index.html)

我們1般總是喜歡把復雜的事情簡單化，因此，我對這個庫進行了封裝, 變成幾個函數, 不需要懂太多就能夠用.

庫和例程在我的資源中下載： MQTT客戶端Paho C代碼

解壓后，其中mqtt目錄是Paho C所有的庫文件( 原本的文件都沒改，我增加了 mqtt_client.c , mqtt_client.h 兩個文件)，使用時將mqtt目錄復制到你的項目文件夾中便可。

在使用前，需要有1個測試用的MQTT服務器，我用的是 IBM提供的測試服務器： messagesight.demos.ibm.com，端口是1883 (1883是MQTT的默許端口)

同時需要有1個測試用的MQTT客戶端作為對端，我用的是IBM提供的網頁版MQTT客戶端：http://m2m.demos.ibm.com/mqttclient/

1, 在Linkit 7688上編1個發送MQTT消息的程序:

用Eclipse 建立1個交叉編譯項目 ( 開發環境搭建請見：聯發科Linkit 7688 （1）上手及在Mac下搭建OpenWrt交叉編譯環境，C語言編譯Hello,World)

將mqtt目錄復制到你的項目文件夾下。

創建1個 mqtt_publish.c文件，編寫主程序以下：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> #include "mqtt/mqtt_client.h"//這個是我對mqtt_client封裝后的頭文件 int publish(int argc, char ** argv) { mqtt_client *m; //mqtt_client 對象指針 int ret; //返回值 char *host = "messagesight.demos.ibm.com:1883";//測試服務器 char *topic = "test_topic"; //主題 char *client_id = "clientid33883";//客戶端ID；對測試服務器，可以隨意寫 char *username = NULL;//用戶名，用于驗證身份。對測試服務器，無。 char *password = NULL;//密碼，用于驗證身份。對測試服務器，無。 int Qos; //Quality of Service //create new mqtt client object m = mqtt_new(host, MQTT_PORT, client_id); //創建對象，MQTT_PORT = 1883 if ( m == NULL ) { printf("mqtt client create failure, return code = %d\n", errno); return 1; } else { printf("mqtt client created\n"); } //connect to server ret = mqtt_connect(m, username, password); //連接服務器 if (ret != MQTT_SUCCESS ) { printf("mqtt client connect failure, return code = %d\n", ret); return 1; } else { printf("mqtt client connect\n"); } //publish message Qos = QOS_EXACTLY_ONCE; //Qos ret = mqtt_publish(m, topic, "hello from Linkit 7688", Qos);//發布消息 printf("mqtt client publish, return code = %d\n", ret); mqtt_disconnect(m); //disconnect mqtt_delete(m); //delete mqtt client object return 0; }

主程序分為3個步驟：

1，調用 mqtt_new()創建客戶端對象

2，調用 mqtt_connect() 連接服務器

3，調用 mqtt_publish() 發布消息

用Eclipse編譯項目

如果出現毛病提示：

undefined reference to `pthread_create’
undefined reference to `pthread_mutexattr_init’

這是由于沒有在編譯連接時包括pthread庫，解決辦法：需在GCC中添加 -lpthread 參數。

如果出現毛病提示：

undefined reference to `dlclose’
undefined reference to `dlopen’
undefined reference to `dlsym
這是由于沒有在編譯連接時包括dl庫，解決辦法：需在GCC中添加 -ldl 參數

在eclipse中的操作是: 項目Property => C/C++ Build => Settings, 在"Tools Setting"頁，選Cross GCC linker, 在 "Linker flags"編譯框中填入: -lpthread -ldl

OK, 編譯成功了。

用scp將 mqtt_publish 程序上傳到 linkit 7688： scp mqtt_publish root@mylinkit.local:/root

先準備接收消息的網頁客戶端：用閱讀器打開 http://m2m.demos.ibm.com/mqttclient/

在Connect欄中，點Connect.

在Subscribe欄中，將topic設為 test_topic, 按subscribe

OK, 網頁客戶端準備好接收主題(topic)為 test_topic的消息了。

用SSH登錄入Linkit 7688, 運行 mqtt_publish 程序。

運行結果，顯示mqtt 創建、連接、發布消息的進程， return code >=0 表示成功：

mqtt client created

mqtt client connect

mqtt client publish, return code = 1

這時候，可以看到閱讀器中的MQTT網頁客戶端收到了Linkit 7688發布的MQTT消息

成功了： Linkit 7688發布MQTT消息到服務器，網頁客戶端實時收到服務器推送來的消息。

2, 在Linkit 7688上編1個接收MQTT消息的程序:

用Eclipse 建立1個交叉編譯項目 ( 開發環境搭建請見：聯發科Linkit 7688 （1）上手及在Mac下搭建OpenWrt交叉編譯環境，C語言編譯Hello,World)

將mqtt目錄復制到你的項目文件夾下。

創建1個 mqtt_subscribe.c文件，編寫主程序以下：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> #include <signal.h> #include "mqtt/mqtt_client.h"//這個是我對mqtt_client封裝后的頭文件 int running = 1; void stop_running(int sig) { signal(SIGINT, NULL); running = 0; } int main(int argc, char ** argv) { mqtt_client *m; //mqtt_client 對象指針 int ret; //返回值 char *host = "messagesight.demos.ibm.com:1883";//測試服務器 char *topic = "test_topic"; //主題 char *client_id = "clientid33883";//客戶端ID；對測試服務器，可以隨意寫 char *username = NULL;//用戶名，用于驗證身份。對測試服務器，無。 char *password = NULL;//密碼，用于驗證身份。對測試服務器，無。 int Qos; //Quality of Service //create new mqtt client object m = mqtt_new(host, MQTT_PORT, client_id); //創建對象，MQTT_PORT = 1883 if ( m == NULL ) { printf("mqtt client create failure, return code = %d\n", errno); return 1; } else { printf("mqtt client created\n"); } //connect to server ret = mqtt_connect(m, username, password); //連接服務器 if (ret != MQTT_SUCCESS ) { printf("mqtt client connect failure, return code = %d\n", ret); return 1; } else { printf("mqtt client connect\n"); } //subscribe Qos = QOS_EXACTLY_ONCE; ret = mqtt_subscribe(m, topic, Qos);//定閱消息 printf("mqtt client subscribe %s, return code = %d\n", topic, ret); signal(SIGINT, stop_running); signal(SIGTERM, stop_running); printf("wait for message of topic: %s ...\n", topic); //loop: waiting message, 循環 while (running) { int timeout = 200; if ( mqtt_receive(m, timeout) == MQTT_SUCCESS ) { //recieve message，接收消息 printf("received Topic=%s, Message=%s\n", m->received_topic, m->received_message); } mqtt_sleep(200); //sleep a while } mqtt_disconnect(m); //disconnect printf("mqtt client disconnect"); mqtt_delete(m); //delete mqtt client object return 0; }

主程序分為幾個步驟：

1，調用 mqtt_new()創建客戶端對象

2，調用 mqtt_connect() 連接服務器

3，調用 mqtt_subscribe() 定閱消息

4，進入循環：不斷用 mqtt_receive()檢測有否新消息，如有，則打印出來。

用Eclipse編譯項目 (記得必須在GCC中加入連接選項： -lpthread -ldl ）

OK, 編譯成功了。

用scp將 mqtt_subscribe 程序上傳到 linkit 7688： scp mqtt_subscribe root@mylinkit.local:/root

用SSH登錄入Linkit 7688, 運行 mqtt_subscribe 程序。則此時出現：

mqtt client created

mqtt client connect

mqtt client subscribe, return code = 0

wait for message of topic: test_topic ...

顯示程序在等待消息到來

準備發送消息的網頁客戶端：用閱讀器打開 http://m2m.demos.ibm.com/mqttclient/

在Connect欄中，點Connect.

在Publish欄中，將topic設為 test_topic, 將Message設為 “Say hello to linkit 7688” 按publish, 則發出1條MQTT消息。

這時候, 看Linkit 7688 SSH客戶端，可以看到，Linkit7688立即收到了這條MQTT消息

mqtt client created

mqtt client connect

mqtt client subscribe, return code = 0

wait for message of topic: test_topic ...

received Topic=test_topic, Message=Say hello to linkit 7688

成功了： Linkit 7688 實時收到了網頁客戶端發來的消息。

mqtt_subscribe 程序是死循環，1直在接收消息。可按CTRL+C退出。

通用性： Eclipse Paho C 的 MQTT客戶端代碼，可以運行在Linux、Windows、Mac上。所以，上述的代碼可以用于Linux、Windows、Mac操作系統，編寫各種App。

對Android手機， Eclipse Paho另提供了Java的代碼庫。

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