MQTT ( Message Queuing Telemetry Transport ) 的設計目的，是將訊息用最精簡的方式傳送出去，並且使用較少的網路頻寬和電力。
由於 MQTT 具備可靠性高、可擴展性強、網路傳輸效率高⋯⋯等特點，故廣泛應用於各種場景中，例如物聯網、Facebook Messenger 等即時通訊。

一、引言

物聯網（IoT）技術正迅速成為現代社會中不可或缺的一部分，無論是智慧家居、智能城市還是工業自動化，IoT的應用場景無處不在。而在這些應用中，可靠且輕量級的通訊協定至關重要。MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）作為一種輕量級的通訊協定，已經成為物聯網中設備間通訊的首選協定。本文將探討MQTT在物聯網中的應用，並介紹如何通過MQTT實作一個簡單的物聯網系統。

二、MQTT協定的基本原理

1. MQTT的特性
   MQTT是一種發布/訂閱模式的網路通訊協定，設計之初主要為了解決低帶寬、不穩定網路環境下的資料傳輸問題。它具有以下幾個顯著特點：
   • 輕量級：MQTT協定頭部僅需2個字節，非常適合在資源受限的設備上運行。
   • 低延遲：MQTT使用TCP/IP協定進行傳輸，支持QoS（Quality of Service）等級，保證了訊息的傳遞速度和可靠性。
   • 靈活性：通過主題（Topic）進行訊息的發布與訂閱，支持一對一、一對多的訊息傳遞模式。
2. MQTT的運作模式
   MQTT的運作模式簡單而高效，通常涉及三個主要元件：發布者（Publisher）、訂閱者（Subscriber）和中介（Broker）。
   • 發布者：發送訊息的設備，將訊息發布到某個特定的主題上。
   • 訂閱者：訂閱特定主題的設備，接收來自該主題的訊息。
   • 中介：MQTT的核心元件，負責管理主題、處理發布者和訂閱者之間的訊息傳遞。
   這種結構使得MQTT非常適合於IoT應用中的多設備通訊場景，尤其是那些需要即時更新和多點資料同步的情境。

三、物聯網中MQTT的實作

1. 架設MQTT Broker
   在實作物聯網系統之前，首先需要架設MQTT Broker。Mosquitto是一款開源的MQTT Broker，因其輕量級且容易部署的特點，廣泛應用於各種IoT項目中。
   步驟：
   1. 安裝Mosquitto：在Linux系統中可以通過以下指令安裝：

       sudo apt-get install mosquitto mosquitto-clients
       ```
    2. 啟動Mosquitto：安裝完成後，可通過以下指令啟動Mosquitto服務：

   sudo systemctl start mosquitto
   ```

2. 開發MQTT客戶端
   在架設好MQTT Broker後，下一步是開發MQTT客戶端。MQTT客戶端負責發布和訂閱訊息，常用的開發工具包括Python、JavaScript等。
   Python範例：
   1. 安裝paho-mqtt套件：

       pip install paho-mqtt
       ```
    2. 編寫簡單的MQTT發布者與訂閱者：

   import paho.mqtt.client as mqtt
   ```
   # 設定 MQTT Broker 的 IP 和 Port
   broker = "localhost"
   port = 1883
   topic = "iot/test"
   
   # 定義發布者
   def publish_message():
       client = mqtt.Client()
       client.connect(broker, port)
       client.publish(topic, "Hello MQTT")
       client.disconnect()
   
   # 定義訂閱者
   def on_message(client, userdata, msg):
       print(f"Received message: {msg.payload.decode()} on topic {msg.topic}")
   
   def subscribe_message():
       client = mqtt.Client()
       client.connect(broker, port)
       client.subscribe(topic)
       client.on_message = on_message
       client.loop_forever()
   
   # 測試發送與接收訊息
   publish_message()
   subscribe_message()

3. 整合多個設備與感測器
   在實際的IoT應用中，MQTT通常用於整合多個感測器與設備。例如，智慧家居中的溫度感測器、門窗感測器、燈光控制器等設備可以通過MQTT協定相互通訊。這些設備作為MQTT客戶端，分別扮演發布者和訂閱者的角色，實現整體系統的協同工作。

四、MQTT在物聯網中的應用案例

1. 智慧家居系統
   在智慧家居系統中，MQTT可用於連接各種家用設備。例如，當溫度感測器檢測到室內溫度過高時，通過MQTT協定向空調設備發送開啟指令，同時向用戶的手機推送通知。
2. 工業自動化
   在工業自動化中，MQTT可用於監控和控制各種生產設備。例如，生產線上的各種感測器通過MQTT協定向中央控制系統發送數據，控制系統根據接收到的數據進行決策並發出指令。

五、結語

MQTT作為物聯網中重要的通訊協定，具有輕量級、低延遲和高靈活性的特點，非常適合應用於各種IoT場景。本文通過對MQTT協定的基本原理、實作步驟以及應用案例的探討，展示了MQTT在物聯網中的廣泛應用前景。隨著物聯網技術的不斷發展，MQTT將在未來的智慧化系統中扮演越來越重要的角色。
當然人也可以是物聯網的一部份且是主人，萬物互聯將是「物聯網（IoT）的MQTT」實作未來最重要的課題。
AI會讓物聯網跳躍到「智聯網」，在進入「智聯網」前對底層的MQTT實作還是要有所了解，加油!
參考網址
• Mosquitto MQTT Broker https://mosquitto.org/
• paho-mqtt Python Library https://pypi.org/project/paho-mqtt/
• MQTT協定介紹 https://mqtt.org/
• 物聯網中的MQTT應用 https://resource.webduino.io/blog/mqtt-guide