理解MQTT和Websocket在物联网中的差异
理解MQTT和Websocket在物联网中的差异
MQTT 和 WebSockets 并不是彼此的竞争关系，而是互补的。MQTT 是为物联网设计的（尽管当时并没有称之为物联网），而 WebSocket 协议则是为了给浏览器中的应用程序提供基于 TCP 的 socket API 访问，因此称为“WebSockets”。
MQTT 和 WebSockets都基于 TCP 连接运行，但 WebSocket 的功能更类似于 TCP 本身而不是 MQTT。一旦建立了 MQTT 连接，就可以通过该连接在两个方向上发送任意数量的消息，从传感器到后端，以及相反方向的命令。当与 MQTT 一起使用时，WebSocket 可以实现相同的行为，但代价是更高的开销。
我们这期重点分享下两者之间的异同，以及MQTT over Websockets的应用。
MQTT定义
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport消息队列遥测传输）因其低带宽要求和可靠性，已成为物联网（IoT）应用的理想轻量级消息协议。
关于MQTT的详细解释，可以参考我们的专栏介绍：
#MQTT
WebSockets定义
WebSocket 是一种通信协议，通过单个 TCP 连接提供全双工通信通道，使客户端和服务器之间能够进行实时数据传输。
WebSocket 实现了客户端和服务器之间的直接通信通道，主要特征如下：
- 无中介：客户端和服务器之间的直接连接
- 双向通信：客户端和服务器都可以在任何时间发起消息发送
- 事件驱动的：通常使用事件驱动的编程模型实现
- 应用特定路由：需要自定义实现消息路由
- 通常一对一：每个连接都是特定客户端和服务器之间的连接
MQTT 与 WebSocket 比较总结
我们整理成下表所示：
MQTT 基于 TCP/IP 的架构是稳健的，但将其与 Websockets 结合使用，使其能够在需要通过单个连接实现双向通信的 web 浏览器和其他环境中有效运行。这种结合在需要持续连接而无需不断轮询的应用程序中（如实时更新、远程监控和实时数据流）越来越关键。
MQTT over WebSocket
虽然两者各自有不同，但是在以下情况选择MQTT over WebSocket：
- 需要在网页浏览器中使用 MQTT 功能（发布/订阅，QoS）
- 应用程序需要穿越可能阻止直接 MQTT 连接的防火墙
- 希望在网页和非网页客户端之间使用一致的协议
- 构建显示实时物联网设备数据的网页仪表板
将 MQTT 与 WebSocket 结合使用可以让开发人员利用两种协议的优势。这种集成特别适合基于 Web 的应用程序，其中 WebSocket 使 MQTT 能够在浏览器中高效运行，从而实现无缝和即时的数据交换。
由于 WebSockets 的行为类似于 TCP 套接字，因此可以在 WebSockets 上运行在 TCP 上运行的协议。现在有许多 MQTT 服务器和客户端库支持 WebSockets。最早提供支持的客户端库是那些在网页浏览器中运行的库，主要是 JavaScript，如下图所示：
有很多 IT 基础设施用于保护 HTTP 连接并阻止不必要的 TCP 流量。许多组织不愿意开放 MQTT 标准端口（1883 和 8883），以允许 MQTT 应用程序与组织内部的基础设施进行通信。WebSocket 协议允许 MQTT 通信使用现有的 HTTP 设施：TCP 端口 80、防火墙、代理等。因此，许多不运行在网页浏览器中的 MQTT 客户端库也支持 WebSocket，例如 Eclipse Paho C 客户端。
示例代码
MQTT Example (Python)
import paho.mqtt.client as mqtt
# Callback when connected
defon_connect(client, userdata, flags, rc):
print(f"Connected with result code {rc}")
# Subscribe to topic
client.subscribe("sensors/temperature")
# Callback when message is received
defon_message(client, userdata, msg):
print(f"Received message on {msg.topic}: {msg.payload.decode()}")
# Create client
client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
# Connect to broker
client.connect("mqtt.example.com", 1883, 60)
# Publish a message
client.publish("sensors/status", "online", qos=1, retain=True)
# Start network loop
client.loop_forever()WebSocket Example (JaveScript)
// Create WebSocket connection
const socket = newWebSocket('wss://example.com/socket');
// Connection opened
socket.addEventListener('open', (event) => {
console.log('Connected to WebSocket server');
// Send a message
socket.send(JSON.stringify({
type: 'status',
data: 'online'
}));
});
// Listen for messages
socket.addEventListener('message', (event) => {
const message = JSON.parse(event.data);
console.log('Received message:', message);
});
// Connection closed
socket.addEventListener('close', (event) => {
console.log('Disconnected from WebSocket server');
});
// Error handling
socket.addEventListener('error', (event) => {
console.error('WebSocket error:', event);
});MQTT over Websocket Example (JaveScript)
// Using the MQTT.js library
const client = mqtt.connect('wss://mqtt.example.com:8884/mqtt', {
clientId: 'browser_client_' + Math.random().toString(16).substr(2, 8),
username: 'username',
password: 'password'
});
// Handle connection
client.on('connect', function () {
console.log('Connected to MQTT broker over WebSocket');
// Subscribe to topics
client.subscribe('sensors/temperature');
// Publish a message
client.publish('sensors/status', 'online from browser', {
qos: 1,
retain: true
});
});
// Handle incoming messages
client.on('message', function (topic, message) {
console.log(`Received message on ${topic}: ${message.toString()}`);
});
// Handle errors
client.on('error', function (error) {
console.error('MQTT error:', error);
});结论
MQTT 和 WebSocket 用途不同，但也可以一起工作：
- MQTTMQTT 是应用层协议，提供发布/订阅消息模式，并内置了服务质量级别、保留消息和最后遗言等功能，使其非常适合物联网和机器对机器通信。
- WebSocketWebSocket 是传输层协议，提供全双工通信通道，主要设计用于网页浏览器和服务器之间的直接双向通信。
- MQTT over WebSocketMQTT over WebSocket 结合了两者的优势，使得 MQTT 丰富的消息功能能够在 web 浏览器和其他传统 MQTT 连接可能受限的环境中工作。
在选择这些技术时，请考虑您对消息路由、投递保证、客户端平台和网络限制的具体要求。在许多情况下，您甚至可以在架构的不同部分同时使用这两种协议。
参考链接：
- https://www.rtautomation.com/technologies/profibus/
- https://mqtt.pro/mqtt-vs-websocket/
- https://www.hivemq.com/blog/understanding-the-differences-between-mqtt-and-websockets-for-iot/
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