IoT平台中Broker的测试总结

物联网平台中最基础的部分之一就是通信，通信协议在物联网中常用的就是MQTT协议。针对MQTT协议，需要选择一款合适的MQTT服务器来搭建服务。

本文对搭建的Broker服务进行功能和性能方面的测试，来验证系统上线之前能否承受预先设计的压力。

1

MQTT协议简介

MQTT协议，是一种基于发布/订阅模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议之上。MQTT协议的最大优点在于，可以通过极少的代码和有限的带宽，为远程设备提供实时可靠的消息服务，是一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议。这些特点使其使用范围非常广泛，在IoT和M2M及一些小型化设备中已广泛使用。

图1

图1是MQTT协议中包含的几个身份：发布者(Publish)、代理(Broker)、订阅者(Subscribe)。

其中发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。MQTT协议传输的消息为：主题(Topic)和负载(payload)两部分，Topic可以理解为消息的类型，payload是消息的内容。如果对mqtt协议想更深入研究的话，可以查看官方网站或其他资料。

2

MQTT协议实现

MQTT协议的Broker有很多种，具体可以参考

https://github.com/mqtt/mqtt.github.io/wiki/servers，其中主要包括以下几种：

Apache-Apollo：

在ActiveMQ基础上发展而来的一款代理服务器，可以支持STOMP、AMQP、MQTT等多种协议，并且Apollo提供后台管理页面，方便开发者管理和调试。

EMQ 2.0：

号称百万级开源MQTT消息服务器，基于Erlang/OTP语言平台开发，支持大规模连接和分布式集群，发布订阅模式的开源MQTT消息服务器。

HiveMQ：

一个企业级的MQTT代理，主要用于企业和新兴的机器到机器M2M通讯和内部传输，最大程度的满足可伸缩性、易管理和安全特性，提供免费的个人版。HiveMQ提供了开源的插件开发包。

图2是众多broker对比的图片，可以根据自身业务的需求选择合适的broker。

图2

3

Broker服务功能测试

单纯broker服务的功能测试主要分为三个方面：连接功能测试、消息发布功能和消息订阅功能。

在连接功能测试中需要考虑ip+port、超时时间、协议类型、clientId、心跳间隔等参数；在消息发布功能中需要注意发布消息的服务质量(Qos)、消息发送的topic、消息发送的payload内容及格式；消息订阅的功能与消息发布功能类似，需要考虑订阅消息的服务质量(Qos)以及整个broker的服务质量，消息订阅的topic。

在IoT平台中，Broker作为设备端与云端交互的桥梁，单纯的broker测试是不能满足业务需求的，需要设备端和云端的整体测试。如果broker桥接了kafka进行数据的生产消费，需要把mq对业务的功能影响加入其中。在安全性方面，一方面需要考虑Broker 的ACL鉴权，另外一方面需要考虑消息传递的安全性。

针对以上功能调研了几款测试工具：

Eclipse Paho

https://www.eclipse.org/paho/

直接通过tcp或者tls进行ip+port的测试。由于使用客户端的方式，简单方便快捷。可以进行简单的功能测试，但在在pub消息为中文的时候，连接经常强制被断开。

Mosquitto

一款实现了消息推送协议 MQTT v3.1 的开源消息代理软件，提供轻量级的，支持可发布/可订阅的的消息推送模式，使设备对设备之间的短消息通信变得简单。

官方网站为：http://mosquitto.org/

其他Web端或者插件端有MQTTLens，百度自行安装即可。

4

Broker服务性能测试

与传统的web服务性能测试相比，Broker服务的关注点除了服务器基本的负载、CPU、内存、磁盘IO等外，更多的是虚拟用户的数量，连接建立的响应时间及成功率，消息吞吐测试过程中更多的是网络的带宽。不同的应用有不同的系统要求，用户可以按自己的应用场景进行测试，而不是简单的连接压力测试。在IoT业务中，对Broker的测试主要包括并发连接测试、消息吞吐测试以及长时连接测试。并发连接测试中主要包括线性增长、阶梯增长、瞬时增长；消息吞吐测试中包括不同的传输方式、不同大小的payload。

图3是Broker连接和吞吐压力测试的一些功能点。

图3

图4是百万连接下broker的性能测试数据统计。

图4

总 结

以上是笔者前段时间对MQTT协议及Broker服务的学习认识及工作总结，不足之处还望指教。如果您对物联网平台感兴趣，也可以联系笔者共同交流。