物(wu)联(lian)网(wang)(wang) (IoT) 不只是(shi)新技术， 还是(shi)与旧技术的(de)(de)(de)集(ji)成，其关键在于通(tong)信(xin)(xin)。 可(ke)(ke)用(yong)的(de)(de)(de)通(tong)信(xin)(xin)方法各不相同，但是(shi)，各种不同的(de)(de)(de)协议在将海量“事物(wu)”连接(jie)到互(hu)联(lian)网(wang)(wang)时发挥着重要(yao)的(de)(de)(de)作用(yong)。 本文介(jie)绍了两种物(wu)联(lian)网(wang)(wang)补(bu)充(chong)协议： 用(yong)于短距(ju)离设备(bei)连接(jie)的(de)(de)(de)本地协议 Modbus 以及(ji)支持物(wu)联(lian)网(wang)(wang)进(jin)行全局通(tong)信(xin)(xin)的(de)(de)(de)可(ke)(ke)扩展(zhan)互(hu)联(lian)网(wang)(wang)协议“消息队列遥测传输(shu) (MQTT)”。
Modbus 是(shi)一(yi)个串(chuan)行通信(xin)协(xie)议(yi)，首次(ci)出现于 1979 年(nian)，是(shi)连接(jie)行业设(she)备实际使用的标准(zhun)协(xie)议(yi)。 MQTT 早在 20 年(nian)前(qian)便已(yi)出现，但是(shi)将这(zhei)两个协(xie)议(yi)结合在一(yi)起使用，能够为深度嵌入式设(she)备提(ti)供物联网(wang)的规(gui)模和(he)连接(jie)性。 图 1 展示了(le)这(zhei)些(xie)协(xie)议(yi)之间的一(yi)般关系，同时介绍(shao)了(le)连接(jie)的支持解决方案：物联网(wang)网(wang)关。
图 1. 物联网 (IoT) 网关作为物联网通(tong)信的支持解(jie)(jie)决方案 我(wo)们来看一下 Modbus 和 MQTT，以了解(jie)(jie)其区别(bie)以及如何(he)在物联网中互相补充。
Modbus
自 1979 年首次出现至今，Modbus 已(yi)经演变为一套全(quan)面(mian)的支持多种物理链接的协议集（如 RS-485）。 Modbus 的核心是一个串行通信(xin)协议，采(cai)用主(zhu)从模式(shi)。 主(zhu)机(ji)向从机(ji)发送请求，从机(ji)予以回复。 在标准(zhun) Modbus 网络中，有一台主(zhu)机(ji)以及最多 247 台从机(ji)（但(dan)是，如果采(cai)用 2 字节(jie)寻(xun)址，则可(ke)显著提高这一界(jie)限）。
借助 RS-485，主(zhu)从机(ji)之(zhi)间的(de)(de)通信(xin)发生在指(zhi)示功(gong)能(neng)码(ma)的(de)(de)帧(zhen)中(zhong)。 该功(gong)能(neng)码(ma)可识别要操作的(de)(de)功(gong)能(neng)，如读取独立输入(ru)；读取先(xian)进先(xian)出队(dui)列；或执(zhi)行诊断函数。 然后，从机(ji)根据收到(dao)的(de)(de)功(gong)能(neng)码(ma)进行响(xiang)应，该响(xiang)应较为简(jian)单，由一(yi)(yi)组(zu)字节(jie)指(zhi)示。 因(yin)此，从机(ji)可以是(shi)智(zhi)能(neng)设备(bei)(bei)，也可以是(shi)只(zhi)有一(yi)(yi)个传感(gan)器的(de)(de)简(jian)单设备(bei)(bei)。
从该描述(shu)中，您可以看到(dao) Modbus 协(xie)议(yi)非常简单，但是其作(zuo)为协(xie)议(yi)的开放性使其成为整个行业或 SCADA 系统的实际通信协(xie)议(yi)。
消(xiao)息队列遥测传输
MQTT 是一(yi)个(ge)(ge)开放(fang)的轻量级机器对机器协议，专为物联(lian)网(wang)交互(hu)设计。 MQTT 网(wang)络包含一(yi)个(ge)(ge) MQTT 经纪人 (broker)，负责(ze)协调 MQTT 代理之间(jian)的交互(hu)。 代理是发布器，负责(ze)发布供用户(hu)使用的信息（参见图 2）。
MQTT 的(de)要(yao)求非常少，因为(wei)它(ta)专为(wei)资源有限(xian)的(de)嵌入(ru)式设(she)备设(she)计。 除(chu)了占(zhan)地空间(jian)少之外，MQTT 还可提(ti)供出(chu)色的(de)通(tong)信(xin)高效性（即使通(tong)过低带宽(kuan)网(wang)络进行(xing)通(tong)信(xin)）和(he)非常少的(de)开销（较之 HTTP 等(deng)协议）。 在 3G 网(wang)络中，MQTT 的(de)吞(tun)吐(tu)量(liang)速度是(shi)使用 HTTP 的(de)表述性状态(tai)转(zhuan)移 (REST) 的(de) 93 倍。
MQTT 可使用最少的(de)(de)方(fang)法(fa)指示要(yao)在特定主(zhu)题上实施(shi)的(de)(de)操作，进而实施(shi)发(fa)(fa)布(bu)/订阅(yue)模式。 代理(li)先(xian)连(lian)(lian)接(jie)到经纪(ji)人，然(ran)后再发(fa)(fa)布(bu)或订阅(yue)主(zhu)题。 完成后，代理(li)将从经纪(ji)人上断(duan)开连(lian)(lian)接(jie)。 MQTT 方(fang)法(fa)定义：
连接 - 建立与 MQTT 经纪人之间的连接。
断(duan)开连接 - 断(duan)开与 MQTT 经(jing)纪人之间(jian)的连接。
发(fa)布 - 在 MQTT 经纪人(ren)上发(fa)布主(zhu)题(ti)。
订阅 - 从(cong) MQTT 经纪人(ren)上订阅主(zhu)题。
退(tui)订(ding) - 从 MQTT 经纪人上退(tui)订(ding)主题。
图 3 展示了(le)发布(bu)者(zhe)与(yu)订(ding)阅者(zhe)使(shi)用(yong) MQTT 经纪人(ren)进行的简单交互。 如图所示，信(xin)息创(chuang)建者(zhe) (producer) 连接(jie)至 MQTT 经纪人(ren)。 同样，信(xin)息消费者(zhe) (consumer) 连接(jie)至 MQTT 经纪人(ren)。 消费者(zhe)订(ding)阅主(zhu)题(ti)(ti)（此处定义(yi)为 /home/alarms/1/status）。 本示例主(zhu)题(ti)(ti)可识别主(zhu)页上针对区域(yu) 1 的警报系统的状(zhuang)态变(bian)化。 当创(chuang)建者(zhe)有信(xin)息要(yao)分享(xiang)时，它会(hui)向经纪人(ren)发布(bu)一条消息，然(ran)后经纪人(ren)将会(hui)将信(xin)息分享(xiang)给所有订(ding)阅该主(zhu)题(ti)(ti)的用(yong)户。
图 3. 消(xiao)息队列遥测传输代理之(zhi)间的简单交互
请注意(yi)此处分享的主题结构(gou)(gou)(gou)。 它与(yu)文件系统层次结构(gou)(gou)(gou)相似，这可简化主题的结构(gou)(gou)(gou)。 这种资源层次形式也常见于(yu)协议架构(gou)(gou)(gou)中，如 REST。
MQTT 甚至允许使(shi)用(yong)通(tong)配符的(de)(de)形(xing)式，以(yi)简化订阅流程。 如果用(yong)户想要(yao)获取所有警报的(de)(de)状态，则可直接订阅 /home/alarms/+/status，该(gai)主(zhu)题可通(tong)知用(yong)户所有的(de)(de)警报状态变(bian)化。 整个子树还可使(shi)用(yong)主(zhu)题 /home/# 进行订阅，该(gai)主(zhu)题可以(yi)订阅 /home 下的(de)(de)所有事件。
服务质量(liang)
MQTT 允(yun)许定义(yi)服务质量 (QoS)。 MQTT 中有三个(ge)等级(ji)的 QoS：
QoS 0。 该等级表示“最多一次”交(jiao)付(fu)（最佳状(zhuang)况）。 消息不会得到(dao)确认，因(yin)而，这是一种一劳永与的方(fang)法。
QoS 1。 该等级(ji)表示(shi)“至少一次”交付(fu)。 用(yong)户可能不止(zhi)一次获得消息，但是允(yun)许收(shou)到(dao)的(de)人确(que)认(ren)已经收(shou)到(dao)。
QoS 2。 最(zui)慢但是最(zui)有(you)保障的(de)服(fu)务质(zhi)量等级即为(wei)等级 2。 QoS 2 表(biao)示“只有(you)一(yi)次”，并包含四个阶段(duan)的(de)交付握(wo)手(shou)。 该(gai)等级最(zui)慢，但是最(zui)安(an)全。
您(nin)选择(ze)的(de) QoS 等级将取决(jue)于数据(ju)及其交付的(de)重要(yao)性。
消息(xi)队(dui)列遥(yao)测传输经纪人(ren)
随(sui)着越来越多的(de)(de)物(wu)联(lian)网(wang)采用 MQTT 作为支持协(xie)议，您将会发现许多开源应用和产品中出现了 MQTT。 英(ying)特尔® 物(wu)联(lian)网(wang)网(wang)关(guan)解(jie)决方案则(ze)是其中一款采用 MQTT 的(de)(de)全(quan)面物(wu)联(lian)网(wang)解(jie)决方案。
该(gai)系列(lie)产品(pin)支(zhi)持传感(gan)器、设备和云之间(jian)安全交(jiao)互(hu)。 这(zhei)些(xie)预验(yan)证的(de)应用就绪型平台支(zhi)持出(chu)色的(de)可管理性(xing)、安全性(xing)和多种连接选项，如 ZigBee*、蜂窝网络、蓝牙*、USB、Wi-Fi*，当(dang)然还有(you) MQTT 和 Modbus 等协议(yi)。
英(ying)特(te)尔根据市场需求(qiu)提供了三个版本的(de)英(ying)特(te)尔® 物联网网关，分别(bie)包含不(bu)(bu)(bu)同(tong)的(de)输入/输出选项，并针对工业和(he)能(neng)源、交通(tong)运(yun)输以及综合产业等不(bu)(bu)(bu)同(tong)领域(yu)。 虽(sui)有不(bu)(bu)(bu)同(tong)之处(chu)，但(dan)它们无(wu)一例(li)外都包括通(tong)用的(de)可管理(li)性和(he)供应(ying)、数据和(he)端点安全性以及运(yun)行(xing)时环境(jing)。 它们分别(bie)运(yun)行(xing)在安全且稳定的(de) Wind River* Linux* 上。
英特尔® 物联网(wang)网(wang)关的(de)主要(yao)优势是 McAfee® 嵌入式(shi)控制安全(quan)技术。 McAfee® 嵌入式(shi)控制可根据(ju)策(ce)略处理设备(bei)变(bian)化，同(tong)时能够追(zhui)踪所有变(bian)化，提供完整的(de)可视性和可说明性，以便进行(xing)持续的(de)审计跟踪。
总结
MQTT 和 Modbus 能够互相补充(chong)提(ti)高物(wu)联网(wang)的性能。 使(shi)用 Modbus 作(zuo)为(wei)本地接(jie)口(kou)来管理设(she)备(bei)(bei)，使(shi)用 MQTT 作(zuo)为(wei)全局协议来扩展设(she)备(bei)(bei)的范围，二(er)者都(dou)起到了重要的作(zuo)用。 英特尔® 物(wu)联网(wang)网(wang)关(guan)可(ke)为(wei)现在以(yi)及(ji)未来构建物(wu)联网(wang)提(ti)供(gong)一个简单(dan)、安全的方式(shi)。