MQTT相关实验

第一节：Mosquitto 相关实验
第二节：域名解析和内网穿透实验
第三节：OneNET 相关实验

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Mosquitto实验

实验一：Mosquitto安装

1.1 更换软件源

首先更换树莓派软件源，在树莓派终端输入以下命令

sudo mousepad /etc/apt/sources.list

在打开的文件中，使用 # 将第一行注释掉，然后在末尾添加以下两行语句

deb http://mirrors.aliyun.com/raspbian/raspbian/ buster main non-free contrib
deb-src http://mirrors.aliyun.com/raspbian/raspbian/ buster main non-free contrib

修改完成的效果如下图所示：

修改完成后，保存并退出。

1.2 安装Mosquitto

在树莓派终端输入以下代码（树莓派默认密码为：raspberry）

# 更新软件源
sudo apt-get update
# 导入存储库签名密钥
wget http://repo.mosquitto.org/debian/mosquitto-repo.gpg.key
sudo apt-key add mosquitto-repo.gpg.key
# 切换到软件包管理目录
cd /etc/apt/sources.list.d/
# 下载mosquitto软件源
sudo wget http://repo.mosquitto.org/debian/mosquitto-buster.list
# 更新树莓派软件源
sudo apt-get update
# 安装mosquitto软件包
sudo apt-get install mosquitto mosquitto-clients

正常情况下，安装完成后，mosquitto服务就会自动启动，可以在树莓派终端输入以下命令查看其运行状态

# 查看mosquitto服务状态
service mosquitto status
# 停止mosquitto服务
service mosquitto stop
# 启动mosquitto服务
service mosquitto start

如果mosquitto的服务状态为active (running)，则表示该服务正常运行，按下Ctrl+C退出来即可

目前所实现的功能：

  • 安装了Mosquitto Broker，服务器会在1883端口（默认）监听本机的连接请求
  • 安装了Mosquitto Client，可以使用相关命令发布或订阅主题了

实验二：发布/订阅测试

Mosquitto官方手册

命令或文件名称 用途
mosquitto 运行Mosquitto代理服务
mosquitto.conf Mosquitto代理的配置文件
mosquitto_passwd 用于生成Mosquitto密码文件
mosquitto_pub 用于将消息发布到代理
mosquitto_rr 用于与代理进行简单请求/响应的测试
mosquitto_sub 用于在代理上订阅相应的主题
mosquitto-tls 用于配置SSL/TLS支持
mqtt MQTT功能描述

这里我们需要了解mosquitto_pub和mosquitto_sub这两个命令，分别用于发布和订阅主题。

两个命令所涉及的主要参数如下，详细参数请看mosquitto_pub参考手册和mosquitto_sub参考手册：

mosquitto_pub命令参数

参数名称 参数名称缩写 用途
–help 无 显示帮助信息
–host -h 指定要连接的主机，默认为localhost
–port -p 指定要连接服务器的端口号，默认为1883
–id -i 指定客户端ID，默认会自动生成
–topic -t 指定要发布的主题
–message -m 指定要发布的消息
–username -u 指定用户名，需要配合--pw参数
–pw -P 指定密码，需要配合--username参数
–file -f 将文件内容作为消息发送

mosquitto_sub命令参数

参数名称 参数名称缩写 用途
–help 无 显示帮助信息
–host -h 指定要连接的主机，默认为localhost
–port -p 指定要连接服务器的端口号，默认为1883
–id -i 指定客户端ID，默认会自动生成
–topic -t 指定要订阅的主题
–username -u 指定用户名，需要配合--pw参数
–pw -P 指定密码，需要配合--username参数

2.1 本地测试

因为我们已经在树莓派上安装了客户端和服务器，所以可以在树莓派本地进行简单的发布订阅测试。

首先使用service mosquitto status命令，查看你的mosquitto服务是否处在开启状态，如果服务没启动，则使用命令启动它。

然后我们在树莓派上打开两个终端，一个用于发布消息，一个用于订阅消息

先在订阅端输入命令：

mosquitto_sub -t "test"

然后在发布端输入命令：

mosquitto_pub -t "test" -m "message"

此时订阅端就会收到相应的消息，如下图所示。

上述两行代码的含义是，订阅端首先订阅了主题为test的消息并阻塞等待，然后发布端向服务器发布了主题为test的消息，消息内容为message，然后订阅端就接收到了消息message。

这是一个本地的测试，发布是从树莓派本地发布消息到树莓派的mosquitto broker服务，订阅同样是订阅树莓派本地的broker。下面我们来测试一下向外网的服务器进行发布和订阅。

2.2 外网测试

我在服务器上创建了mosquitto broker服务，这样大家就可以直接访问这个服务器，实现向公网上发布/订阅消息。

broker服务端配置信息

  • 地址：“47.95.13.239”
  • 端口：1883
  • 用户名：student
  • 密码：kkxxb401
  • 客户端ID：“student/xx/test” （推荐）

这里使用了用户名和密码等信息，可以让大家练习使用更多的命令参数。

同样在树莓派开启两个终端，先启动订阅客户端，输入命令：

mosquitto_sub -t "student/xx/test" -h "47.95.13.239" -p 1883 -u "student" -P "kkxxb401"

然后在发布端输入以下命令：

mosquitto_pub -t "student/xx/test" -h "47.95.13.239" -p 1883 -u "student" -P "kkxxb401" -m "This is test message"

实现的效果如下图所示

如果不使用指定的用户名和密码，或者书写有误，会出现下图的现象

这是一个外网测试，树莓派客户端发布主题信息到外网服务器，然后树莓派再订阅外网服务器对应的主题，相当于这个消息从树莓派本地发出，经过外网broker服务转发，又回到了树莓派本地。

实验三：树莓派与手机通信

实验二的外网测试部分，我们实现了下图所示的数据转发流程。

接下来使用手机配合树莓派，实现双方的数据通信，其数据的转发流程如下图所示。

手机端需要下载MQTT客户端APP

  • Android 请下载 MQTT Client
  • iOS 请下载 MQTTool

下面以iOS系统(MQTTool软件)为例，演示手机与树莓派互传数据的过程

  • 打开MQTTool软件
  • Host 填写 47.95.13.239
  • Port 填写 1883
  • Client ID 可以不填，使用默认生成的ID
  • Username 填写 student
  • Password 填写 kkxxb401
  • 点击 Connect 连接服务器

连接成功后，如下图所示，Status状态会显示 Connected to 47.95.13.239:1883

（备注：上图中没填密码是因为截图时密码被自动隐藏了）

连接成功后，我们分别尝试 树莓派向手机传输数据 以及 手机向树莓派传输数据 两种方式。

3.1 树莓派向手机传输数据

树莓派作为消息发布者，将以TopicA为主题的消息发布到服务器；手机作为消息接收者，从服务器订阅主题TopicA的消息。

（！！注意：为了区分不同的学生，需要将每个学生发布/订阅的主题做区分，请将下面TopicA/xx中的xx换成自己电脑的序号）

（1）首先手机端先开启订阅

  • 在MQTTool手机APP的底部选择Subscribe，进入订阅页面
  • Topic (主题) 填写 TopicA/xx
  • QoS (服务质量) 选择 0
  • 点击 Subscribe 订阅按钮

订阅成功后，Status 会显示 Subscribed to: TopicA/xx

（2）在树莓派端发布一条消息

打开树莓派终端，填写以下命令

（！！注意：执行该命令时，需要确保手机端处在订阅状态，手机熄屏后有可能就断开与服务器的连接了）

mosquitto_pub -t "TopicA/xx" -h "47.95.13.239" -p 1883 -u "student" -P "kkxxb401" -m "This is a message from RaspberryPi."

此时手机端就会收到该消息，如下图所示

点击该条消息可以查看相关详情

这样，来自树莓派的消息 This is a message from RasppberryPi. 就通过服务器转发到了手机上。

下面可以仿照 树莓派向手机传输数据 的过程，实现 手机向树莓派传输数据。

3.2 手机向树莓派传输数据

手机作为消息发布者，将以TopicB为主题的消息发布到服务器；树莓派作为消息订阅者，从服务器订阅主题TopicB的消息。

（！！注意：为了区分不同的学生，需要将每个学生发布/订阅的主题做区分，请将下面TopicB/xx中的xx换成自己电脑的序号）

（1）首先树莓派先开启订阅

mosquitto_sub -t "TopicB/xx" -h "47.95.13.239" -p 1883 -u "student" -P "kkxxb401"

（2）手机端向服务器发布以TopicB/xx为主题的消息Hello,this is from Phone.

发布成功后，树莓派就会接收到这条消息。

练习

Mosquitto官方在它的服务器test.mosquitto.org上搭建了Mosquitto Broker服务，分为未加密、已加密、需要客户端证书等多种连接方式，对应不同的服务器端口，可在https://test.mosquitto.org/查看详情。

课后可以自行测试以下内容：

  • 用手机APP连接test.mosquitto.org，实现消息发布和订阅。
  • 用手机测试 mosquitto_sub -h test.mosquitto.org -t "#" 这条订阅指令，并解释为何会接收到大量不同主题的消息。（可参考通配符主题订阅）

额外说明：如果自己在服务器上搭建Mosquitto Broker服务，必须将监听服务绑定到服务器所有端口并设置连接密码，否则默认只能监听服务器本地的连接请求。这是Mosquitto新版本(2.0以上)的特性，详细信息请看版本迁移说明

End

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