MQTT在低功耗物联网传感器网络中的应用

由于不可预测的成本使资产负债表倾斜，许多物联网（物联网）项目都失败了。这背后的一个主要因素，也是每台设备成本的最大贡献者之一，只是归结为传输的数据量。通过选择设备和应用程序之间的有效通信方式，可以减轻这种成本。MQTT-SN（用于传感器网络的 MQTT）是物联网通信协议的优化版本。MQTT（消息查询遥测传输）专为在大型低功耗物联网传感器网络中高效运行而设计。

在部署需要扩展的网络时，成本是一个重要因素。随着设备数量的增加，总体运营成本也在增加。这是由于许多因素造成的，包括硬件本身的成本，但也不太明显，但同样具有影响的因素，例如数据传输成本、电源成本以及不可靠数据的成本。这些因素加在一起会产生一个问题，如果在物联网项目的定义阶段没有解决这个问题，可能会失控，随着网络的发展，进一步导致大量数据和功耗成本。

数字化转型和采用物联网网络的好处以多种方式展现出来；更高的商业智能、流程改进、更低的设备维护成本，甚至新的创收方式。许多企业已经实现了这些好处，因此增长趋势将持续下去。Gartner 预测，到 2020 年，全球物联网设备的总安装量将达到 204 亿台左右，端点和服务的总支出将达到 3.4 万亿美元。

虽然物联网的好处可能很明显，但与其部署和后续运营相关的成本却不能这么说。每个部署的设备都会带来大量成本；其中一些是相对可预测的，例如硬件本身的成本。在运营成本方面，看似可以忽略不计的因素，例如传输的数据量和在此过程中使用的电量，在扩展到数百甚至数千台设备时可能会成为主要问题。物联网生态系统日益复杂和分散，进一步加剧了这些问题。无论是什么应用程序，都有许多不同的方法可以从设备收集数据并将指令推送到设备，每种方法都会带来不同的挑战，从而带来不同的成本。

大规模物联网网络面临的最大成本之一是数据传输本身的成本。随着成千上万的设备每年产生数百万条消息，看似很小的每条消息的成本很快就会增加。这也与用于传输数据的电量有关。由于这些原因，必须传输尽可能少的数据，并且仅在需要时才发送。

减少每台设备的成本和总运营成本可以通过减少传输的数据量来实现。这可以通过在网络边缘处理数据并仅在需要时传输数据来部分解决。但是，对于任何需要发送的数据，大小仍然是一个问题，特别是在涉及远程无线网络的情况下。

解决数据问题的另一种方法是选择一种固有地产生小消息的消息传递标准。物联网可以使用各种消息传递协议，并且根据应用程序，它们的适用性会有所不同。例如，流行的物联网协议，如 DDS（数据分发服务）和 XMPP（可扩展消息传递和存在协议），可能适合发送处理能力和数据丰富的大量数据，但由于消息量大且处理量大，它们远非用于许多大规模部署的理想选择。

MQTT 是一种轻量级的机器对机器 （M2M） 消息传递协议，由于代码占用空间非常小，消息大小非常小，因此非常适合大规模网络，尤其是在网络带宽不足的情况下。MQTT 还可以帮助减少技术层和集成。它通过消除在不同组件之间转换数据的要求以及消除使用第三方中间件在设备和物联网平台之间进行通信的需要来做到这一点。

MQTT-SN 是 MQTT 的变体，专为考虑规模的无线传感器网络而设计。该标准进一步提高了数据传输和功耗方面的效率。增加的效率包括缩短主题 ID，通过将主题 ID 从字符串转换为两字节别名来减少主题 ID 的大小，从而减少消息大小。较小的主题 ID 可以通过添加的“注册”功能来实现，该功能允许客户端向网关注册别名以用于转发消息。最重要的是，可以将较短的主题 ID 编程到设备和网关中，以确保两个实体无需注册就已经知道该 ID，从而减少了额外控制消息传递的需要。

如果您正在考虑一个主要的物联网项目，那么请考虑 MQTT。它非常适合在物联网中使用，因为它是最常用的协议之一（被一些最大的平台使用，例如 IBM Watson IoT 和 Microsoft Azure）并且使用 MQTT 的设备很可能很容易与您现有的同步系统。

审核编辑：郭婷