MQTT 是如何工作的

⚠️ 本节练习需要一个 MQTT 服务器。如果你参加了 Ferrous Systems 的培训，培训中将会提供一个登录凭证，用于访问 Espressif 运营的服务器。否则，你可以使用 https://test.mosquitto.org/ 中列出的 MQTT 服务器，或者在本地安装一个。

作为入门教程的收尾，让我们向开发板添加一些 IoT 功能。 我们的目标是让板子发送实时更新的传感器值，而无需像使用 HTTP 服务器时那样反复查询。此外，还可以让板子接收命令，更改 LED 的颜色。

这些内容可以使用发布-订阅架构进行建模。多个客户端在特定的频道/主题上发布消息，同时可以订阅这些主题，来接收其他设备发布的消息。这些消息的分发由消息代理（broker）协调——在本例中，就是 MQTT 服务器。

MQTT 消息

MQTT 消息由两部分组成——主题（topic）和 payload。

主题的作用与电子邮件中的主题，或文件柜上的标签相同。而 payload 包含实际的数据。payload 数据的格式没有规定，最常见的是 JSON。

🔎 最新版本的 MQTT 标准（MQTT 5）支持内容的类型元数据。 发送 MQTT 消息时，需要指定一个服务质量（QoS），表示这个消息会被传输：

• 最多一次。
• 至少一次。
• 恰好一次。

对于本练习，选择哪种服务质量并不重要。

MQTT 主题

MQTT 主题是表示层次结构的 UTF-8 字符串，各个层次由斜杠 / 分隔。支持前导斜杠，但不推荐。这里是一些例子：

home/garage/temperature
beacons/bicycle/position
home/alarm/enable
home/front door/lock

在这里，一个传感器会定期发布车库温度（home/garage/temperature），并广播给每个订阅者。自行车信标发布 GPS 坐标也是一样（beacons/bicycle/position）。alarm 和 lock 主题用于向特定设备发送命令。不过，其他订阅者也可以监听这些命令，这对于审计可能会很有用。

🔎 以 $ 开头的主题是保留的，用于消息代理内部的统计功能。通常，这种主题将以 $SYS 开头。客户端不能向这些主题发布消息。

⚠️ 由于所有本教程的参与者会共享同一个 MQTT 服务器，因此需要采取一些措施来防止串扰。本练习的框架会为每一个签出的仓库，生成一个唯一且随机的 ID（采用 UUID v4 格式）。你也可以在线手动生成一个。在电脑和开发板之间传输消息时，你的 UUID 应该用作主题的前导部分。大致上类似于这种模式：

6188eec9-6d3a-4eac-996f-ac4ab13f312d/sensor_data/temperature
6188eec9-6d3a-4eac-996f-ac4ab13f312d/command/board_led

订阅主题

客户端发送订阅消息以表示他们希望接收某些主题下的消息。通配符的支持是可选的。通配符可以用于匹配单个或多个层次。

• home/garage/temperature - 只订阅这个特定的主题
• home/# - 井号是多级通配符，因此它订阅了以 home/ 开头的所有主题。home/garage/temperature、home/front door/lock 和 home/alarm/enable 都会匹配上，但 beacons/bicycle/position 不会。多级通配符必须放在订阅字符串的末尾。
• home/+/temperature - 加号是单级通配符，这里订阅了 home/garage/temperature, home/cellar/temperature 等。