MQTT篇（一）MQTT的认识及原理和操作

什么是MQTT

MQTT是一个客户端服务端架构的发布/订阅模式的消息传输协议。

优点：

轻巧、开放、简单、规范，易于实现。

这些特点使得它对很多场景来说都是很好的选择，特别是对于受限的环境如机器与机器的通信（M2M）以及物联网环境（IoT）。

基本原理

在MQTT协议通讯中，有两个最为重要的角色。它们分别是服务端和客户端。

服务端：

是消息传输的枢纽

客户端：

客户端有多个，它们之间不能直接相互通信，中间使用服务端来处理消息分配。

客户端要获取某个主题信息，要向服务端进行主题 “订阅”，订阅后可以向服务端发送与主题相关的信息，其他客户端再从服务端获取信息。

客户端连接服务端

分2个步骤

客户端向服务端发送请求数据包“CONNECT”（也叫报文），其中包含了连接请求的信息
服务端收到请求后，发送数据包“CONNACK”进行确认

CONNECT报文

这是该报文的信息：

clientID

clientId是MQTT客户端的唯一标识，MQTT服务端以此来识别客户端

cleanSession – 清除会话

表示如果客户端未能正确接收到数据时，服务端是否要对数据进行保存；

取值true表示保存，false表示不保存

注意：如果数据很重要，客户端没有正确接收到会造成严重后果，建议取值true，让服务端先把会话保留，待客户端能正常接收再发送。

反之如果数据不会重要，可以取值为false

keepAlive —— 间隔时间

用于服务端每隔多久就了解一下客户端是否与其保持连接的情况

CONNACK – 确认连接请求

sessionPresent

CONNACK报文的sessionPresent与CONNECT报文的cleanSession相互配合。

cleanSession=true时，sessionPresent应该配置为false，即不需要保存信息；反之sessionPresent应该配置为true，即需要保存会话信息。

总之，sessionPresent作用是客户端发送连接请求时，服务端告知客户端有没有保存报文信息。这个被服务端保存的报文信息是来自于上一次客户端连接时，服务端曾经发送此报文给客户端，但是发送后没有收到客户端接收确认。

returnCode —— 返回码

当服务端收到了客户端的连接请求后，会向客户端发送returnCode(返回码)，用以说明连接情况

返回码	返回码描述
0	成功连接
1	连接被服务端拒绝，原因是不支持客户端的MQTT协议版本
2	连接被服务端拒绝，原因是不支持客户端标识符的编码。可能造成此原因的是客户端标识符编码是UTF-8，但是服务端不允许使用此编码。
3	连接被服务端拒绝，原因是服务端不可用。即，网络连接已经建立，但MQTT服务不可用。
4	连接被服务端拒绝，原因是用户名或密码无效。
5	连接被服务端拒绝，原因是客户端未被授权连接到此服务端。

ESP8266连接MQTT服务端

http://test.ranye-iot.net 是国内一个MQTT服务器平台地址，TCP端口为1883

接下来使用PubSubClient库（去GitHub下载zip包后通过ArduinoIDE添加即可）来实现MQTT物联网应用。

配置WiFi

创建mqtt客户端对象（间接创建）

1 2	WiFiClient wifiClient; PubSubClient mqttClient(wifiClient);

配置客户端要连接哪个服务端（绑定服务端）

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String mqttServer = "test.ranye-iot.net";
const int port = 1883;
mqttClient.setServer(mqttServer, port);  //连接服务端

连接服务端

//用设备的mac地址来生成唯一标识该设备的clientID
String clientID = "esp8266-" + WiFi.macAddress();  

mqttClient.connect(clientId.c_str()) //连接成功返回true

连接成功后保持 “心跳”，否则…（可以尝试继续连接）

void loop() { 
    if (mqttClient.connected()) { // 如果开发板成功连接服务器    
        mqttClient.loop();          // 保持客户端心跳
    } else {                  // 如果开发板未能成功连接服务器
        connectMQTTServer();    // 则尝试连接服务器
    }
}

完整code：

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
 
// 设置wifi接入信息(请根据您的WiFi信息进行修改)
const char* ssid = "rbook";
const char* password = "12345678";
const char* mqttServer = "test.ranye-iot.net";
 
// 如以上MQTT服务器无法正常连接，请前往以下页面寻找解决方案
// http://www.taichi-maker.com/public-mqtt-broker/
 
WiFiClient wifiClient;
PubSubClient mqttClient(wifiClient);
 
void setup() {
    Serial.begin(9600);

    //设置ESP8266工作模式为无线终端模式
    WiFi.mode(WIFI_STA);

    // 连接WiFi
    connectWifi();

    // 设置MQTT服务器和端口号
    mqttClient.setServer(mqttServer, 1883);

    // 连接MQTT服务器
    connectMQTTServer();
}
 
void loop() { 
    if (mqttClient.connected()) { // 如果开发板成功连接服务器    
        mqttClient.loop();          // 保持客户端心跳
    } else {                  // 如果开发板未能成功连接服务器
        connectMQTTServer();    // 则尝试连接服务器
    }
}
 
void connectMQTTServer(){
    // 根据ESP8266的MAC地址生成客户端ID（避免与其它ESP8266的客户端ID重名）
    String clientId = "esp8266-" + WiFi.macAddress();

    // 连接MQTT服务器
    if (mqttClient.connect(clientId.c_str())) { 
        Serial.println("MQTT Server Connected.");
        Serial.println("Server Address: ");
        Serial.println(mqttServer);
        Serial.println("ClientId:");
        Serial.println(clientId);
    } else {
        Serial.print("MQTT Server Connect Failed. Client State:");
        Serial.println(mqttClient.state());
        delay(3000);
    }   
}

// ESP8266连接wifi
void connectWifi(){

    WiFi.begin(ssid, password);

    //等待WiFi连接,成功连接后输出成功信息
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
        delay(1000);
        Serial.print(".");
    }
    Serial.println("");
    Serial.println("WiFi Connected!");  
    Serial.println(""); 
}