MQTT-消息质量等级

简介

MQTT基于TCP/IP协议。但在实际生产过程中，MQTT终端（一般为消息发布者PUBLISHER）所在的网络环境通常是不稳定的。这就导致终端向Broker发送消息的进程会因为网络波动而中断，进而导致信息发送不完全。

为了应对网络波动的问题，MQTT引入了QOS（消息质量等级）。QOS的常见取值与对应的含义如下：

• QOS=0：消息最多送达一次（消息可能因为网络波动而丢失）
• QOS=1：消息至少送达一次（消息不会丢失，但是可能会重复发送消息）
• QOS=2：消息发送且仅送达一次（消息不会丢失，且不会重复发送消息）

发布者在发布消息时可以指定QOS，Broker通常会根据收到消息的QOS，按要求将消息发送给订阅者（如指定QOS=1，那么该消息就会至少发送一次）。

但如果订阅者指定了消息的 最大QOS，则Broker在给订阅者发送消息时，QOS可能会发生改变（如指定最大QOS=1，而发布者发布的消息的QOS=2，那么Broker在向订阅者发送消息时，就会将消息降级，将QOS降低为1）

消息发送流程

QOS=0

QOS=0时，发布的消息即发即弃，不需要等待接收端确认，也不需要存储或重传。这时在接收端不会收到重复信息。

此时，消息发布完全依赖TCP/IP协议，如果网络状况良好，那么消息将顺利发布并接收，否则消息会因为网络波动而无法被接收，进而导致消息的丢失

QOS=1

QOS=1时，引入了应答与重传机制。发布者会缓存 publish 报文，并在发布的报文中添加一个标识报文的 Packet ID 。

而接收者在收到报文后，会发送一个 puback 报文，并返回收到的 Package ID 。

如果发布者收到了 puback 报文（即确认消息送达），那么缓存中的 publish 报文将被删除，否则 publish 报文将被重新发送。

发布者在确认 publish 报文送达后，会将该报文的 Packet ID 标记为可用，并在此后发送的某个报文中复用这个 ID。

产生重复报文的原因

一般而言，发布者重传 publish 报文有两个原因：

1. 上一条 publish 报文未送达
2. 上一条 publish 报文已送达，但是在规定时间内发布者没有收到 puback 报文

其中第二条原因会导致重复消息的产生。

又因为在保证报文送达后，发布者将在其他报文上复用使用过的 Packet ID，所以接收端无法通过 Packet ID 对报文进行去重（也就是说，接收端无法通过收到报文的 Pactet ID 分辨出该报文是新的报文还是重传的报文）

QOS=2

QOS=2时，会在应答与重传机制的基础上，增加去重机制。

发布者与接收者使用 pubrec 报文实现应答与 publish 报文的重传（流程与QOS=1时相同）

发布者在确认 publish 报文送达后，会将该报文的 Packet ID 标记为不可用，也就是不在此后的报文中复用这个 ID。

然后发布者会发送 pubrel 报文，告诉接收者需要将刚刚发送的报文中的 Packet ID 标记为可用（也就是释放 ID）。

接收者收到 pubrel 后会返回 pubcomp 报文，向发布者确认释放 ID 的操作

发布者收到返回的 pubcomp 报文后，才会将报文的 Packet ID 标记为可用，并在此后发送的某个报文中复用这个 ID。

不产生重复报文的原因

QOS=2报文的发送可以分为两个阶段：重传阶段和去重阶段

在重传阶段，发布者会与QOS=1时一样，与接收者进行应答与 publish 报文的重传，确认报文送达后就进入去重阶段。

在去重阶段，发布者会告诉接收者，刚刚送达的 publish 报文所使用的 Packet ID 将被用于新的报文。

这样接收者就可以通过收到报文的 Packet ID 分辨出该报文是重传的报文还是新的报文，自然就能够排除重复的报文。

不同取值的应用场景

• QOS=0：用于传输一些高频且重要程度低的数据（如传感器数据）
• QOS=1：用于传输一些重要程度较高的数据（如指令），但是由于重复信息的存在，可能会产生无法接受的结果（如给远控电灯发送关灯指令，实际上电灯在开关数次后才关闭）
• QOS=2：在传输重要程度较高的数据，且能够接受去重过程带来的额外系统开销时使用，通常在金融和航空等行业中应用