MQTT là gì ?

MQTT là giao thức sử dụng cơ chế Publish/Subscribe/Topic để truyền nhận dữ liệu.

Mình sẽ lấy ví dụ cho các bạn dễ hình dung. Giả sử bạn thích Ngọc Trinh, bạn sẽ vào facebook của Ngọc Trinh và nhấn nút follow, để khi có cập nhật nào từ Ngọc Trinh (như Ngọc Trinh mới ra bộ ảnh bikini mới chẳng hạn) hệ thống của facebook sẽ báo cho bạn biết từ cửa sổ Timeline của bạn. Ở đây hành động nhấn nút follow chính là Subscribe, còn khi facebook thông báo cho bạn biết Ngọc Trinh mới ra bộ ảnh bikini mới chính là Publish. Và bạn chỉ muốn biết những thông tin về Ngọc Trinh thì thông tin đó được gọi là Topic.

MQTT theo mô hình Client-Server truyền thống, nghĩa là sẽ có 1 MQTT server hay còn gọi là broker làm trung gian giữ vai trò quản lý các kết nối giữa các MQTT client. Chẳng hạn ứng dụng trong các hệ thống SmartHome như hình dưới, từ điện thoại bạn muốn giám sát nhiệt độ của phòng 1 và phòng 2 thì điện thoại sẽ đăng kí Subscribe Topic nhiệt độ từ phòng 1 và phòng 2 với server. Còn 2 cảm biến nhiệt độ ở phòng 1 và 2 sẽ liện tục Publish Topic nhiệt độ khi nhiệt độ phòng 1 và 2 thay đổi tới server. Từ đó server sẽ thông báo thay đổi nhiệt độ này cho điện thoại.

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là một giao thức gởi dạng publish/subscribe sử dụng cho các thiết bị Internet of Things với băng thông thấp, độ tin cậy cao và khả năng được sử dụng trong mạng lưới không ổn định.
Bởi vì giao thức này sử dụng băng thông thấp trong môi trường có độ trễ cao nên nó là một giao thức lý tưởng cho các ứng dụng M2M
MQTT cũng là giao thức sử dụng trong Facebook Messager
Và MQTT là gì? Để có một cái nhìn toàn diện hoặc định nghĩa chi tiết, chỉ cần google "what is mqtt", "mqtt slides" ... Trong bài viết này chúng ta chỉ nói ngắn gọn thôi, đủ để hiểu giao thức MQTT, bao gồm các định nghĩa "subscribe", "publish", "qos", "retain", "last will and testament (lwt)" - Và chỉ dành cho những ai đang muốn tìm hiểu về MQTT, không thì đọc toàn chữ thôi, mỏi mắt lắm.
Publish, subscribe
Trong một hệ thống sử dụng giao thức MQTT, nhiều node trạm (gọi là mqtt client - gọi tắt là client) kết nối tới một MQTT server (gọi là broker). Mỗi client sẽ đăng ký một vài kênh (topic), ví dụ như "/client1/channel1", "/client1/channel2". Quá trình đăng ký này gọi là "subscribe", giống như chúng ta đăng ký nhận tin trên một kênh Youtube vậy. Mỗi client sẽ nhận được dữ liệu khi bất kỳ trạm nào khác gởi dữ liệu và kênh đã đăng ký. Khi một client gởi dữ liệu tới kênh đó, gọi là "publish".
QoS
Ở đây có 3 tuỳ chọn *QoS (Qualities of service) * khi "publish" và "subscribe":
QoS0 Broker/client sẽ gởi dữ liệu đúng 1 lần, quá trình gởi được xác nhận bởi chỉ giao thức TCP/IP, giống kiểu đem con bỏ chợ.
QoS1 Broker/client sẽ gởi dữ liệu với ít nhất 1 lần xác nhận từ đầu kia, nghĩa là có thể có nhiều hơn 1 lần xác nhận đã nhận được dữ liệu.
QoS2 Broker/client đảm bảm khi gởi dữ liệu thì phía nhận chỉ nhận được đúng 1 lần, quá trình này phải trải qua 4 bước bắt tay.
Xem thêm QoS: https://code.google.com/p/mqtt4erl/wiki/QualityOfServiceUseCases
Một gói tin có thể được gởi ở bất kỳ QoS nào, và các client cũng có thể subscribe với bất kỳ yêu cầu QoS nào. Có nghĩa là client sẽ lựa chọn QoS tối đa mà nó có để nhận tin. Ví dụ, nếu 1 gói dữ liệu được publish với QoS2, và client subscribe với QoS0, thì gói dữ liệu được nhận về client này sẽ được broker gởi với QoS0, và 1 client khác đăng ký cùng kênh này với QoS 2, thì nó sẽ được Broker gởi dữ liệu với QoS2.
Một ví dụ khác, nếu 1 client subscribe với QoS2 và gói dữ liệu gởi vào kênh đó publish với QoS0 thì client đó sẽ được Broker gởi dữ liệu với QoS0. QoS càng cao thì càng đáng tin cậy, đồng thời độ trễ và băng thông đòi hỏi cũng cao hơn.
Retain
Nếu RETAIN được set bằng 1, khi gói tin được publish từ Client, Broker PHẢI lưu trữ lại gói tin với QoS, và nó sẽ được gởi đến bất kỳ Client nào subscribe cùng kênh trong tương lai. Khi một Client kết nối tới Broker và subscribe, nó sẽ nhận được gói tin cuối cùng có RETAIN = 1 với bất kỳ topic nào mà nó đăng ký trùng. Tuy nhiên, nếu Broker nhận được gói tin mà có QoS = 0 và RETAIN = 1, nó sẽ huỷ tất cả các gói tin có RETAIN = 1 trước đó. Và phải lưu gói tin này lại, nhưng hoàn toàn có thể huỷ bất kỳ lúc nào.
Khi publish một gói dữ liệu đến Client, Broker phải se RETAIN = 1 nếu gói được gởi như là kết quả của việc subscribe mới của Client (giống như tin nhắn ACK báo subscribe thành công). RETAIN phải bằng 0 nếu không quan tâm tới kết quả của viẹc subscribe.
LWT
Gói tin LWT (last will and testament) không thực sự biết được Client có trực tuyến hay không, cái này do gói tin KeepAlive đảm nhận. Tuy nhiên gói tin LWT như là thông tin điều gì sẽ xảy đến sau khi thiết bị ngoại tuyến.
Một ví dụ
Tôi có 1 cảm biến, nó gởi những dữ liệu quan trọng và rất không thường xuyên. Nó có đăng ký trước với Broker một tin nhắn lwt ở topic /node/gone-offline với tin nhắn id của nó. Và tôi cũng đăng ký theo dõi topic /node/gone-offline, sẽ gởi SMS tới điện thoại thôi mỗi khi nhận được tin nhắn nào ở kênh mà tôi theo dõi.
Trong quá trình hoạt động, cảm biến luôn giữ kết nối với Broker bởi việc luôn gởi gói tin keepAlive. Nhưng nếu vì lý do gì đó, cảm biến này chuyển sang ngoại tuyến, kết nối tới Broker timeout do Broker không còn nhận được gói keepAlive.
Lúc này, do cảm biến của tôi đã đăng ký LWT, do vậy broker sẽ đóng kết nối của Cảm biến, đồng thời sẽ publish một gói tin là Id của cảm biến vào kênh /node/gone-offline, dĩ nhiên là tôi cũng sẽ nhận được tin nhắn báo cái Cảm biến yêu quý của mình đã ngoại tuyến.
Ngắn gọn
Ngoài việc đóng kết nối của Client đã ngoại tuyến, gói tin LWT có thể được định nghĩa trước và được gởi bởi Broker tới kênh nào đó khi thiết bị đăng ký LWT ngoại tuyến.