10. mqtt连接到百度天工物接入

10.1. 百度天工物接入简介

物接入(IoT Hub)是面向物联网领域开发者的全托管云服务,通过主流的物联网协议(如MQTT)进行通信,可以在智能设备与云端之间建立安全的双向连接,快速实现物联网项目。支持亿级并发连接和消息数,支持海量设备与云端安全可靠的双向连接,无缝对接天工平台和百度云的各项产品和服务。

物接入分为设备型和数据型两种项目类型,我们在这里使用数据型项目类型,传输一些温湿度数据,同时可以无缝对接时序数据库TSDB、物可视等,将数据实时显示出来,同时我们采用MQTT协议与云端进行通讯。

物接入主要采用后付费方式,根据你的实际使用量实时计费,即你只需为已使用的传输消息条数付费。

在使用物接入服务前,必须要创建一个百度云账号用于管理我们的设备,所有的设备信息都是在云端后台进行管理的,地址:https://console.bce.baidu.com/iot2/hub/

使用IoT Hub之前应先了解一下计费套餐,目前IoT Hub的计费是很便宜的,每个月的前1000000条消息是免费的,更多的消息数量请自行参考IoT Hub的收费说明,因此我们用它来做实验早已足够,计算一下,假设我们的开发板在一个月内不间断以3秒的频率发送一次消息到IoT Hub,那么一个月只能发送30 * 24 * 60 * (60/3) = 864000,还不到1000000条呢,因此这个流量用来做实验早就绰绰有余,即使这个月用完了流量,下个月还有1000000条,只要当月没超出这个流量都是可以免费使用,具体见

月用量:消息条数N 价格(元/百万条)
N < 100万 免费
100万 < N < 1亿条 1.2
1亿条 < N < 10亿条 1.0
10亿条以上 0.8

当然也可以按消息数计算,以下计价单位中的条数代表发布消息(PUB)和订阅消息(SUB)之和。例如:有5台设备订阅了同一个主题(topic),第6台设备向该主题发布1条消息,则总条数的计算方法为:1(PUB)+5(SUB)=6。 在计费上,消息长度在512Bytes内的记为一条消息,超出部分将被算作是一条或多条新的消息,也就是“实际消息长度/512Bytes”的计算结果向上取整。(在实际使用中,用户上传的单条消息大小限制是32KB,超过32KB的消息会被丢弃)

10.2. 使用百度天工物接入

10.2.1. 创建项目

IoT Hub是用于物联网设备的后台管理的,将设备接入IoT Hub的第1步就是创建一个项目,每个项目会对应一个接入点(endpoint),一个项目就表示一个完整的物接入服务,首先登录物接入控制台页面:https://console.bce.baidu.com/iot2/hub/project/list,点击“创建项目”,填写需要创建 IoT Hub 服务的项目名称、选择项目类型为数据型,并提交即可,创建的项目,默认具有多种通信方式,我们暂时只关注TCP连接方式即可,因为开发板是采用MQTT协议与云端交互的,端口号是1883。

mqtt-baidu000

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此处补充说明一点:通过项目可以将不同项目的设备进行隔离和管理,一个项目下允许有多个用户(设备),用户与身份进行绑定,而每个身份需要绑定一个策略,而策略下可以创建多个不同的主题,因此一个设备可以订阅多个不同的主题,并且同一个项目下的主题是共享的,所有的设备均可进行订阅。

具体见:

mqtt-baidu0011

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10.2.2. 创建策略

首先我们点击刚刚创建的“mqtt-client”项目,进入项目里面,首先创建一个策略(简单来说就是主题),输入对应的名称与主题,选择发布与订阅权限,当创建完成后,项目下的设备就可以订阅这个主题,具体见

mqtt-baidu002

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10.2.3. 创建身份

身份是开发板连接IoT Hub的重要途径,这里面包含了秘钥,标识着开发板能否通过IoT Hub的验证,这也是安全保障的主要操作,首先点击“身份列表”,再点击“创建身份”,然后根据自己的信息进行填写,在这里要注意的是需要勾选密码验证,再选择之前我们创建的策略进行绑定(如果没有则必须创建),当身份创建完成时候生成的秘钥是用于开发板连接IoT Hub的必要条件,记住不能丢失,如果丢失了就找不回来了,在创建的时候就把它保存好。

mqtt-baidu003

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mqtt-baidu004

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mqtt-baidu005

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10.2.4. 创建用户

在创建用户的时候,只需要把用户名设置好,然后再绑定身份即可,这样子一个设备就对应到云端了,并且可以向策略中设置的主题发布消息和订阅主题,具体见:

mqtt-baidu006

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mqtt-baidu007

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mqtt-baidu008

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10.2.5. 测试连接

当所有的东西都创建完成,我们点击身份操作中的“测试连接”,在网页上测试一下我们能不能正常进行MQTT通信、发布与定阅主题,在页面中输入刚刚保存的秘钥,点击“connect”进行连接测试,如果前面的步骤全部做完,并且秘钥是正确的,就可以发现我们的连接是正常的,然后我们订阅一下之前创建策略时候的主题名字“topic1”,再向这个主题发送一个消息,消息的内容由自己定义,

mqtt-baidu009

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mqtt-baidu012

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最后回到项目下,可以看到项目的地址信息,等内容。

mqtt-baidu013

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10.3. MQTT软件测试连接

仔细观察的同学可能会发现,这个连接的端口是8884,因为这是在网页上测试连接的,所以端口不一样是正常的,那么我们也可以使用MQTT客户端软件进行连接测试,这个软件的界面看起来很漂亮,并且它是开源的,我们直接用它就好了,可以从github下载:https://github.com/emqx/MQTTX/releases

此处演示MQTTX软件去连接百度云:

首先获取到用户名与项目的地址信息:

mqtt-baidu014

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mqtt-baidu013

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在软件中填写名称、Client ID,选择MQTT协议,填写项目的地址信息、端口号、用户名以及密码,然后点击连接。

mqtt-baidu015

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在连接成功后,可以添加订阅的主题名字,向指定的主题发送内容:

mqtt-baidu016

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10.4. 在Debian上使用mqttclient连接百度云

10.4.1. 更新

为了确保我们安装的软件包的版本是最新版本,让我们使用apt命令更新本地apt包索引和升级系统:

sudo apt-get update
sudo apt-get -y upgrade

10.4.2. 手动安装相关的依赖包

这些依赖包是使用mqttclient库去连接百度云时必须要安装的。

sudo apt-get -y install git
sudo apt-get -y install mkae
sudo apt-get -y install gcc
sudo apt-get -y install g++
sudo apt-get -y install cmake

10.4.3. 拉取mqttclient仓库

接着到github拉取这个仓库,仓库非常小,下载下来是很快的,注意,这里也需要拉取到两个开发板上。

git clone https://github.com/jiejieTop/mqttclient.git

当然也可以从野火的gitee仓库下载。

git clone https://gitee.com/jiejieTop/mqttclient.git

10.4.4. 简单介绍mqttclient仓库文件夹

  • common文件夹:是一些通用的文件内容,比如链表的处理,错误代码的处理、随机数生成器、日志库等内容。
  • mqtt文件夹:著名的paho mqtt库。
  • mqttclient文件夹:实现mqttclient的主要文件,并且包含了一个默认的配置文件。
  • network文件夹:网络抽象层,封装了mbedtls加密库、网络数据的通道类型,自动选择tls加密传输或者是tcp直连。
  • platform文件夹:平台抽象层,此处封装了各种平台的内存管理、互斥锁、线程管理、时间管理等内容,如linux平台,freertos平台、rt-thread平台、TencentOS tiny平台等。
  • test文件夹:一些测试的代码,比如我们连接百度云的时候,就会使用test文件夹的百度云平台的测试代码。

10.4.5. 编译

拉取下来后看到本地有mqttclient文件夹,我们进去mqttclient目录下,运行它提供的编译脚本,它主要是通过cmake去自动构建整个代码工程。

./build.sh

# 产生的信息如下:

-- Configuring done
-- Generating done
-- Build files have been written to: /home/jiejie/github/mqttclient/build
[  9%] Built target mqtt
[ 12%] Built target common
[ 17%] Built target platform
[ 21%] Built target wrapper
[ 85%] Built target mbedtls
[ 88%] Built target network
[ 90%] Built target mqttclient
[ 92%] Built target arch
[ 95%] Built target salof
[ 97%] Built target emqx
[ 98%] Built target onenet
[ 99%] Built target baidu
[100%] Built target ali

当编译完成后,在 ./build/bin 目录下会出现多个可执行文件,在 ./build/lib 目录下会出现相关的动态库文件,具体如下:

➜  mqttclient git:(master) ls build/bin
ali  baidu  emqx  onenet

➜  mqttclient git:(master) ls build/lib
libarch.a  libcommon.a  libmbedtls.a  libmqtt.a  libmqttclient.a  libnetwork.a  libplatform.a  libsalof.a  libwrapper.a

我们直接运行 ./build/bin/baidu 这个可执行文件:

➜  mqttclient git:(master) ./build/bin/baidu

welcome to mqttclient test...

[I] >> [TS: 1590399555] /home/jiejie/github/mqttclient/mqttclient/mqttclient.c:948 mqtt_connect_with_results()... mqtt connect success...
[I] >> [TS: 1590399558] /home/jiejie/github/mqttclient/mqttclient/mqttclient.c:1337 mqtt_list_subscribe_topic()...[1] subscribe topic: topic1
[I] >> [TS: 1590399558] -----------------------------------------------------------------------------------
[I] >> [TS: 1590399558] /home/jiejie/github/mqttclient/test/baidu/test.c:48 topic1_handler()...
topic: topic1
message:welcome to mqttclient, this is a publish test, a rand number: 2108237578 ...
[I] >> [TS: 1590399558] -----------------------------------------------------------------------------------
[I] >> [TS: 1590399562] -----------------------------------------------------------------------------------
[I] >> [TS: 1590399562] /home/jiejie/github/mqttclient/test/baidu/test.c:48 topic1_handler()...
topic: topic1
message:welcome to mqttclient, this is a publish test, a rand number: 1675963111 ...
[I] >> [TS: 1590399562] -----------------------------------------------------------------------------------

此时表示已经连接上百度云天工了,并且实现了数据的收发。

10.4.6. 代码

那么这个测试的例程代码如下,位于 ./test/baidu/test.c

mqtt_client_t client;
client_init_params_t init_params;

static void topic1_handler(void* client, message_data_t* msg)
{
    (void) client;
    MQTT_LOG_I("-----------------------------------------------------------------------------------");
    MQTT_LOG_I("%s:%d %s()...\ntopic: %s\nmessage:%s", __FILE__, __LINE__, __FUNCTION__, msg->topic_name, (char*)msg->message->payload);
    MQTT_LOG_I("-----------------------------------------------------------------------------------");
}

void *mqtt_publish_thread(void *arg)
{
    char buf[100] = { 0 };
    mqtt_message_t msg;
    memset(&msg, 0, sizeof(msg));
    sprintf(buf, "welcome to mqttclient, this is a publish test...");

    sleep(2);

    mqtt_list_subscribe_topic(&client);

    msg.payload = (void *) buf;
    msg.qos = 0;
    while(1) {
        sprintf(buf, "welcome to mqttclient, this is a publish test, a rand number: %d ...", random_number());
        mqtt_publish(&client, "topic1", &msg);
        sleep(4);
    }
}

int main(void)
{
    int res;
    pthread_t thread1;

    printf("\nwelcome to mqttclient test...\n");

    mqtt_log_init();

    init_params.read_buf_size = 1024;
    init_params.write_buf_size = 1024;

    init_params.network.port = "1883";
    init_params.network.host = "j6npr4w.mqtt.iot.gz.baidubce.com";

    init_params.connect_params.user_name = "j6npr4w/mqtt-client-dev";
    init_params.connect_params.password = "lcUhUs5VYLMSbrnB";
    init_params.connect_params.client_id = random_string(10);
    init_params.connect_params.clean_session = 1;

    mqtt_init(&client, &init_params);

    mqtt_connect(&client);

    mqtt_subscribe(&client, "topic1", QOS0, topic1_handler);

    res = pthread_create(&thread1, NULL, mqtt_publish_thread, NULL);
    if(res != 0) {
        MQTT_LOG_E("create mqtt publish thread fail");
        exit(res);
    }

    while (1) {
        sleep(100);
    }
}

使用到的API如下:

  • mqtt初始化,主要是配置 mqtt_client_t 结构的相关信息,如果没有指定初始化参数,则系统会提供默认的参数。但连接部分的参数则必须指定,比如连接的端口号、云服务器的地址或者域名、用户名、密码,这些信息都是百度云平台得到的。
init_params.network.port = "1883";
init_params.network.host = "j6npr4w.mqtt.iot.gz.baidubce.com";

init_params.connect_params.user_name = "j6npr4w/mqtt-client-dev";
init_params.connect_params.password = "lcUhUs5VYLMSbrnB";

mqtt_init(&client, &init_params);
  • 连接服务器并建立mqtt会话。
mqtt_connect(&client);
  • 订阅主题,字符串类型的 主题 (支持通配符”#” “+”),主题的``服务质量`` ,以及收到报文的 回调处理函数 ,如不指定则有默认处理函数,订阅主题的处理方式是异步处理的,topic1_handler则是当收到服务器下发的数据内容时调用的回调函数。
mqtt_subscribe(&client, "topic1", QOS0, topic1_handler);
  • 创建一个发布主题的线程,并且发布主题数据,指定字符串类型的 主题 (支持通配符),要发布的消息(包括 服务质量消息主体 )。
mqtt_message_t msg;
msg.payload = (void *) buf;
msg.qos = 0;

mqtt_publish(&client, "topic1", &msg);