工作前其實完全沒有聽過 MQTT，後來用到才開始了解他，今天來用最簡單的方式，介紹一下什麼是 MQTT !

What is MQTT？

MQTT is a lightweight, publish-subscribe, machine to machine network protocol for message queue/message queuing service.
MQTT 是一個輕量且可靠的二進位通訊協定，專門為需要節省網路資源的應用場景所設計。它和 HTTP 一樣，底層都是 TCP/IP，只是訊息的格式不太一樣。

它採用發布-訂閱(Pub-Sub)模式。這個模式不需要發送者與接收者直接連接，所有的訊息都透過**中央的 Broker **來管理。由於網路資源需求較低、高效率的特性，MQTT 成為物聯網（IoT）設備間常用的協議。

雖然常用於 IOT 但在需要低延遲的產品上也能使用，如 Facebook Messenger 這樣的即時通訊的軟體，因為它能在大規模的使用者基礎上提供低延遲的通訊，並且有效減少網路資源的消耗。所以也使用 MQTT。

發布 / 訂閱（ Publish / Subscribe ）模式

MQTT 採用的架構是 Client（客戶端）和 Broker（代理服務器）。客戶端負責發佈或訂閱訊息，Broker 負責接收和發布的訊息。

圖片來源

訊息格式

圖片來源

• Fixed Header：
  • Control Packet Type：包含 4 位元表示訊息的類型，如發布 (PUBLISH)、訂閱 (SUBSCRIBE) 等。
  • Flags：一些負責控制的資訊，例如 DUP (Duplicate Delivery)、QoS 等級、Retain 的 flag 等。
  • Remaining Length：一些剩餘可變的資訊。如 variable header 和 payload。
• Variable Header：
  • 根據不同的 MQTT 訊息類型，可能有不同的欄位。例如在 PUBLISH 訊息中，會包含主題名稱 (Topic Name) 和封包識別碼 (Packet Identifier)。
• Payload：
  • 訊息實際的內容。

Topic

每個 MQTT 訊息都會有一個主題，可以透過訂閱/發布主題，來進行訊息的交流。
主題可以有不同的階層架構，如檔案路徑一般用 / 來做階層的區隔。

/vehicle/car/wheel #交通工具/汽車/輪子
/university/department #大學/系所

Quality Of Service(QOS)

• QoS level：

  • QoS 0：最多傳一次（At most once）

    • 提供最低限度的傳輸。在 QOS 0，每條訊息只會傳送一次，他不會進行驗證，無法確認接收者是否收到訊息。這種策略通常被稱為「即發即忘」（Fire and forget）或「 At most once 」。訊息在斷線後重新連接也不會儲存。

  • QoS 1：至少傳一次（At least once）

    • Broker 會嘗試傳送訊息，並等待接收者的確認回覆。如果在設定的時間內沒有收到確認，訊息將被重新傳送。這意味著如果 Broker 沒有及時收到確認，訊息可能會被傳送多次，因此被稱為「 At least once 」。

  • QoS 2：確實傳一次（Exactly once）

    • 客戶端和 Broker 之間會進行四次握手，確保訊息被完整接收且只接收一次。這種策略有時被稱為「恰好傳送一次」。

當網路資源有限時，QoS 0 可能是最佳選擇；而當通訊不穩定但資源較充足時，QoS 2 是最理想的選擇。

Retained Messages

保留訊息（Retained Messages）：保留訊息會保存最後 PUBLISH 的訊息，如果使用者斷線或有新的訂閱者就可以立即接收到最新的消息。

Python paho-mqtt

簡單用 Python 建立一個 MQTT

import paho.mqtt.client as mqtt

def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print(f"Connected with result code {rc}")
    client.subscribe("sensor/temperature")

def on_message(client, userdata, msg):
    print(f"{msg.topic} {msg.payload.decode()}")

client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message

client.connect("mqtt-broker.example.com", 1883, 60) #port 預設 1883 
client.loop_forever()

Reference

• https://www.spiceworks.com/tech/iot/articles/what-is-mqtt/
• https://www.rfwireless-world.com/Tutorials/MQTT-tutorial.html