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多协议网关 ​

本章深入介绍了 EMQX 支持的各种网关协议，涉及原理、实现方法等内容。

  • Stomp 网关为 EMQX 提供了 Stomp 协议的接入能力。
  • LwM2M 网关部分重点介绍 LwM2M 协议网关，一种轻量级的、标准通用的物联网设备管理协议,可用于快速部署客户端/服务器模式的物联网业务。本节介绍了如何创建网关以及相关的配置参数。
  • MQTT-SN 网关部分深入研究了 MQTT-SN 协议，专门为无线传感器网络设计。本节介绍了如何创建网关以及相关的配置参数。
  • 在 TCP 网关一节中，我们基于 TCP 协议实现了一个简单的、用于透明传输的应用层协议。它将接受用户的私有协议设备，并将其数据透传到 EMQX Pub/Sub 消息系统中。
  • JT/T808 网关部分概述了 JT/T808 协议，该协议通常用于远程信息处理应用。本节介绍了如何创建网关以及相关的配置参数。
  • CoAP 网关部分介绍了 CoAP 协议，该协议专为智能能源和楼宇自动化等机器对机器 (M2M) 应用而设计。本节介绍了如何创建网关以及相关的配置参数。

MQTT-SN 协议 ​

MQTT-SN 协议是 MQTT 的直系亲属，它使用 UDP 进行通信，标准的端口是1884。MQTT-SN 的主要目的是为了适应受限的设备和网络，比如一些传感器，只有很小的内存和 CPU，TCP 对于这些设备来说非常奢侈。还有一些网络，比如 ZIGBEE，报文的长度在300字节以下，无法承载太大的数据包。所以 MQTT-SN 的数据包更小巧。

MQTT-SN 的官方标准下载地址: http://mqtt.org/new/wp-content/uploads/2009/06/MQTT-SN_spec_v1.2.pdf

MQTT-SN 和 MQTT 的区别 ​

MQTT-SN 的信令和 MQTT 大部分都相同，比如都有 Will, 都有 Connect/Subscribe/Publish 命令.

MQTT-SN 最大的不同是，Topic 使用 TopicId 来代替，而 TopicId 是一个16比特的数字。每一个数字对应一个 Topic, 设备和云端需要使用 REGISTER 命令映射 TopicId 和 Topic 的对应关系。

MQTT-SN 可以随时更改 Will 的内容, 甚至可以取消. 而 MQTT 只允许在 CONNECT 时设定 Will 的内容, 而且不允许更改.

MQTT-SN 的网络中有网关这种设备，它负责把 MQTT-SN 转换成 MQTT，和云端的 MQTT Broker 通信. MQTT-SN 的协议支持自动发现网关的功能。

MQTT-SN 还支持设备的睡眠功能，如果设备进入睡眠状态，无法接收 UDP 数据，网关将把下行的 PUBLISH 消息缓存起来，直到设备苏醒后再传送。

EMQX-SN 网关插件 ​

EMQX-SN 是 EMQX 的一个网关插件，实现了 MQTT-SN 的大部分功能，它相当于一个在云端的 MQTT-SN 网关，直接和 EMQ X Broker 相连。

配置参数 ​

bash
# File: etc/plugins/emqx_sn.conf:

mqtt.sn.port = 1884

mqtt.sn.advertise_duration = 900

mqtt.sn.gateway_id = 1

mqtt.sn.username = mqtt_sn_user

mqtt.sn.password = abc
配置项说明
mqtt.sn.port指定 MQTT-SN 监听的端口号
mqtt.sn.advertise_durationADVERTISE 消息的发送间隔(秒)
mqtt.sn.gateway_id网关 ID
mqtt.sn.username这是可选的参数，指定所有 MQTT-SN 连接的用户名，用于鉴权模块
mqtt.sn.password这也是可选的参数，和 username 一起使用

启动 emqx-sn ​

bash
./bin/emqx_ctl plugins load emqx_sn

MQTT-SN 客户端库 ​

  1. https://github.com/eclipse/paho.mqtt-sn.embedded-c/
  2. https://github.com/ty4tw/MQTT-SN
  3. https://github.com/njh/mqtt-sn-tools
  4. https://github.com/arobenko/mqtt-sn

LWM2M 协议 ​

LwM2M 全称是 Lightweight Machine-To-Machine，是由 Open Mobile Alliance(OMA) 定义的一套适用于物联网的轻量级协议，它提供了设备管理和通讯的功能，尤其适用于资源有限的终端设备。协议可以在 这里 下载。

LwM2M 基于 REST 架构，使用 CoAP 作为底层的传输协议，承载在 UDP 或者 SMS 上，因而报文结构简单小巧，并且在网络资源有限及无法确保设备始终在线的环境里同样适用。

LwM2M 最主要的实体包括 LwM2M Server 和 LwM2M Client。

LwM2M Server 作为服务器，部署在 M2M 服务供应商处或网络服务供应商处。LwM2M 定义了两种服务器

  • 一种是 LwM2M BOOTSTRAP SERVER，emqx-lwm2m 插件并未实现该服务器的功能。
  • 一种是 LwM2M SERVER，emqx-lwm2m 实现该服务器在 UDP 上的功能，SMS 并没有实现。

LwM2M Client 作为客户端，部署在各个 LwM2M 设备上。

在 LwM2M Server 和 LwM2M Client 之间，LwM2M 协议定义了4个接口。

  1. 引导接口 Bootstrap：向 LwM2M 客户端提供注册到 LwM2M 服务器的必要信息，例如服务器访问信息、客户端支持的资源信息等。
  2. 客户端注册接口 Client Registration：使 LwM2M 客户端与 LwM2M 服务器互联，将 LwM2M 客户端的相关信息存储在 LwM2M 服务器上。只有完成注册后，LwM2M 客户端与服务器端之间的通信与管理才成为可能。
  3. 设备管理与服务实现接口 Device Management and Service Enablement：该接口的主控方为 LwM2M 服务器，服务器向客户端发送指令，客户端对指令做出回应并将回应消息发送给服务器。
  4. 信息上报接口 Information Reporting：允许 LwM2M 服务器端向客户端订阅资源信息，客户端接收订阅后按照约定的模式向服务器端报告自己的资源变化情况。

LwM2M 把设备上的服务抽象为 Object 和 Resource, 在 XML 文件中定义各种 Object 的属性和功能。可以在 这里 找到 XML 的各种定义。

LwM2M 协议预定义了8种 Object 来满足基本的需求，分别是：

  • Security 安全对象
  • Server 服务器对象
  • Access Control 访问控制对象
  • Device 设备对象
  • Connectivity Monitoring 连通性监控对象
  • Firmware 固件对象
  • Location 位置对象
  • Connectivity Statistics 连通性统计对象

EMQX-LWM2M 插件 ​

EMQX-LWM2M 是 EMQX 服务器的一个网关插件，实现了 LwM2M 的大部分功能。MQTT 客户端可以通过 EMQX-LWM2M 访问支持 LwM2M 的设备。设备也可以往 EMQX-LWM2M 上报 notification，为 EMQX后端的服务采集数据。

MQTT 和 LwM2M的转换 ​

从 MQTT 客户端可以发送 Command 给 LwM2M 设备。MQTT 到 LwM2M 的命令使用如下的 topic

bash
"lwm2m/{?device_end_point_name}/command".

其中 MQTT Payload 是一个 json 格式的字符串，指定要发送的命令，更多的细节请参见 emqx-lwm2m 的文档。

LwM2M 设备的回复用如下 topic 传送

bash
"lwm2m/{?device_end_point_name}/response".

MQTT Payload 也是一个 json 格式的字符串，更多的细节请参见 emqx-lwm2m 的文档。

配置参数 ​

bash
## File: etc/emqx_lwm2m.conf:

lwm2m.port = 5683

lwm2m.certfile = etc/certs/cert.pem

lwm2m.keyfile = etc/certs/key.pem

lwm2m.xml_dir =  etc/lwm2m_xml
配置项说明
lwm2m.port指定 LwM2M 监听的端口号，为了避免和 emqx-coap 冲突，使用了非标准的5783端口
lwm2m.certfileDTLS 使用的证书
lwm2m.keyfileDTLS 使用的秘钥
lwm2m.xml_dir存放 XML 文件的目录，这些 XML 用来定义 LwM2M Object

启动 emqx-lwm2m ​

bash
./bin/emqx_ctl plugins load emqx_lwm2m

LwM2M 的客户端库 ​

私有 TCP 协议 ​

EMQX 提供 emqx-tcp 插件，插件作为一个靠近端侧的一个接入模块，按照其功能逻辑和整个系统的关系，将整个消息交换的过程可以分成三个部分：终端侧，平台侧和其它侧：

bash
|<-- Terminal -->|<--------- Broker Side --------->|<---  Others  --->|
|<-    Sid e   ->|                                 |<--    Side    -->|

+---+                                                PUB  +-----------+
| D |  INCOMING  +----------+    PUB     +---------+   -->| subscriber|
| E |----------->|          |----------->|         |--/   +-----------+
| V |            | emqx-tcp |            |  EMQX  |
| I |<-----------|          |<-----------|         |<--   +-----------+
| C |  OUTGOING  +----------+    PUB     +---------+   \--| publisher |
| E |                                                PUB  +-----------+
+---+
  1. 终端侧，通过本插件定义的 TCP 私有协议进行接入，然后实现数据的上报，或者接收下行的消息。
  2. 平台侧，主体是 emqx-tcp 插件和 EMQX 系统。emqx-tcp 负责报文的编解码，代理订阅下行主题。实现将上行消息转为 EMQX 系统中的 MQTT 消息 PUBLISH 到整个系统中；将下行的 MQTT 消息转化为 TCP 私有协议的报文结构，下发到终端。
  3. 其它侧，可以对 2 中出现的上行的 PUBLISH 消息的主题进行订阅，以接收上行消息。或对发布消息到具体的下行的主题，以发送数据到终端侧。

配置说明 ​

协议层 ​

bash
## 闲置时间。超过该时间未收到 CONNECT 帧, 将
## 直接关闭该 TCP 连接
tcp.proto.idle_timeout = 1s

## 上行主题。上行消息到 EMQ 系统中的消息主题
##
## 占位符：
#### - %c: 接入客户端的 ClientId
#### - %u: 接入客户端的 Username
tcp.proto.up_topic = tcp/%c/up

## 下行主题。客户端接入成功后, emqx-tcp 会订阅
## 该主题，以接收 EMQ 系统向该类型的客户端下
## 发的消息。
##
## 占位符：(同上)
tcp.proto.dn_topic = tcp/%c/dn

## 最大处理的单个 TCP 私有协议报文大小
tcp.proto.max_packet_size = 65535

## 开启状态统计。开启后，emqx-tcp 会定期更新
## 连接信息, 并检测连接的健康状态
tcp.proto.enable_stats = on

## 强制 GC, 当进程已处理 1000 消息或发送数据超过 1M
tcp.proto.force_gc_policy = 1000|1MB

## 强制关闭连接, 当进程堆积 8000 消息或堆栈内存超过 800M
tcp.proto.force_shutdown_policy = 8000|800MB

监听器 ​

监听器配置比较广泛，在此仅列举部分常用部分：

bash

## 配置监听的端口
tcp.listener.external = 0.0.0.0:8090

## 配置监听池大小。影响 TCP 建链的并发速率。
tcp.listener.external.acceptors = 8

## 最大连接数
tcp.listener.external.max_connections = 1024000

## 每秒支持的最大并发连接数
tcp.listener.external.max_conn_rate = 1000