NB-IoT 学习开发和应用第三讲

桃扇骨 2023-07-06 14:35 1阅读 0赞

NB-IoT 学习开发和应用 第三讲

*  阿里云物联网将开发中的MQTT协议讲解
 *  阿里云物联网的关键参数及格式：

阿里云平台下的设备的三个基本参数：
    { 
      "ProductKey": "a125zR8hwQq",
      "DeviceName": "D001",
      "DeviceSecret": "TmRnTWVOWjTPgqNIsVwcLqRInIQ9NFvn"
    }

*  MQTT协议 的基本认识：  
            MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其中，通过卫星链路通信传感器、医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。
 *  同时MQTT协议总共只有14个报文，并且在各大物联网服务器中，基本上现在MQTT协议较为火热，固这里学习一些MQTT协议的报文以及报文的构成形式。
 *  1、connect报文（即连接服务器后登录报文，简单来说就是找到了大楼，要有房间号码和钥匙来打开自己的房间），注：此时已经连接上了总服务器。  
    CONNECT 数据格式组成： 固定报头+可变报头+负载（注：负载就是自己要发送的数据）

固定报头：  
0x10 0x??  
分析：  
0x10 --> 在MQTT协议中，0x10代表连接（CONNECT）的固定开头  
0x?? -->代表剩余字节的长度，即0x?? 以后的剩余字节（字符个数）的长度的一个数字  
特点：低字节在前，高字节在后（非常重要）  
举例分析：  
且0x?? 的长度的计算方式：  
对剩余长度的解释：代表在(0x??)后面的字符的长度，长度包括(可变报头+负载字符)的长度  
eg：  
1）假设字符长度在0-127内，则(??)的取值则为 00–7f （此时0x??可用一个字节即可）

假设字符长度在128-16383内，则(??)的取值则为  80 01--ff  7f  ,并且问号代表的是2个字节
     举例1：设字符长度为200
    分析：因为超过127.则最高位（标志位）要置1
    	200/128=1----余（72）
    	1转换为16进制  （0x01）二进制（0000 0001）
    	72转换为16进制（0x48）二进制（0100 1000）
    	并且余数的最高位需要置1，此时变成（1100 1000）-->变换成16进制则是（0xC8）
    所以(?? ??)  替换成16进制的(C8 01）
    特点：最低位在前面(C8)，最高位在后面(01)
    
    举例2：设字符长度为300
    分析：因为超过127.则最高位（标志位）要置1
    	300/128=2----余（44）
    	2转换为16进制  （0x02）二进制（0000 0010）
    	72转换为16进制（0x2C）二进制（0010 1100）
    	并且余数的最高位需要置1，此时变成（1010 1100）-->变换成16进制则是（0xAC）
    所以(?? ??)  替换成16进制的(AC 02）
    特点：最低位在前面(AC)，最高位在后面(02)
    
    验证：AC 02   
     (AC)变换回去-->(0xAC-0x80-->0x2C) 	
     (02)变换回去-->(0x02---->0x02)
    所以： 2*128+0x2c==256+44=300   正确：验证完毕

可变报头（16进制）  
分析：  
（eg1、） 00 04 4D 51 54 54 04 C2 00 64  
分析：00 04 固定发送  
4D 51 54 54 表示"MQTT"字符,固定发送  
C2 表示连接标志字节，一般来说C2是固定发送的  
00 64 表示最大保持连接时，用2个字节表示代表最高位和最低位，（阿里云一般是100-300s），这里选的00 64代表100s  
\-负载  
阿里云服务器中负载内容数据格式：(客户端ID长度+客户端ID+用户名长度+用户名+密码长度+密码)

客户端ID长度长度（38） 对应的16进制（2个字节表示）  
00 26  
客户端ID D001|securemode=3,signmethod=hmacsha1| 对应的16进制  
44 30 30 31 7C 73 65 63 75 72 65 6D 6F 64 65 3D 33 2C 73 69 67 6E 6D 65 74 68 6F 64 3D 68 6D 61 63 73 68 61 31 7C

用户名长度用2个字节的16进制来表示  
00 10  
用户名 D001&a125zR8hwQq 对应的16进制  
44 30 30 31 26 61 31 32 35 7A 52 38 68 77 51 71

密码长度用用2个字节的16进制来表示  
00 28  
密码 13c2f83c41175d1d1e6ea71c045d4115ec0867b7 （加密后的密码）对应的16进制  
31 33 63 32 66 38 33 63 34 31 31 37 35 64 31 64 31 65 36 65 61 37 31 63 30 34 35 64 34 31 31 35 65 63 30 38 36 37 62 37

最终计算：（0x??）=10+2+38+2+16+2+40=110 —>转换成16进制（6E）  
最终发送的数据为：  
10 6E 00 04 4D 51 54 54 04 C2 00 64 00 26 44 30 30 31 7C 73 65 63 75 72 65 6D 6F 64 65 3D 33 2C 73 69 67 6E 6D 65 74 68 6F 64 3D 68 6D 61 63 73 68 61 31 7C 00 10 44 30 30 31 26 61 31 32 35 7A 52 38 68 77 51 71 00 28 31 33 63 32 66 38 33 63 34 31 31 37 35 64 31 64 31 65 36 65 61 37 31 63 30 34 35 64 34 31 31 35 65 63 30 38 36 37 62 37

*  02 CONACK 服务器连接回复 流向 (S–>C)  
    组合形式： 固定报头+可变报头+负载  
                       （有）      （有）    （有）  
    服务器返回的数据：（16进制）  
    正确返回的数据： 20 02 00 00 —>该数据代表连接服务器正确  
    分析：  
    20 02 : 代表是连接登录具体设备服务器返回的固定数据，即代表你在登录  
    后面的00 00 一共有五种解释  
        (00 00) 代表连接正确  
        (00 01) 代表不支持协议版本  
      （00 02）代表不合格的客户端(ID)错误  
        (00 03）连接拒绝，MQTT服务不可用  
      （00 04）用户名或密码错误  
        (00 05) 客户端未授权
 *  03 DISCONNECT 断开服务器连接 流向 (C–>S)  
    组合形式： 固定报头+可变报头+负载  
                          （有）     （无） （无）  
    固定发送字符（16进制）  
    E0 00
 *  12 PING 客户端发送保持和服务器连接 流向 (C–>S)  
    组合形式： 固定报头+可变报头+负载  
                        （有）      （无） （无）  
    固定发送字符（16进制）  
    C0 00
 *  13 PINGRSP 服务器ping命令回复 流向 (S–>C)  
    组合形式： 固定报头+可变报头+负载  
                        （有）      （无） （无）  
    服务器回复的数据：  
    D0 00 接收到该数据代表与服务器连接正常
 *  8 SUBSCRIBE 订阅请求（类似与关注主播一样，只有关注了，才能够推送给用户（硬件端）） 流向 (C–>S)  
    组合形式： 固定报头+可变报头+负载  
                             （有） （有） （有）  
    发送的数据格式： 82 ?? 00 0A 00 30 2F 73 79 73 2F 61 31 32 35 7A 52 38 68 77 51 71 2F 44 30 30 31 2F 74 68 69 6E 67 2F 73 65 72 76 69 63 65 2F 70 72 6F 70 65 72 74 79 2F 73 65 74 00  
    数据解析：  
    固定报头（16进制）  
    82 表示的订阅固定开头  
    ??(剩余长度)

可变报头（设备发送的ID）  
00 0A 分析（设备标识符的ID）:相当于订阅的不同的设备时的ID 代表A设备订阅的，回复的信号则会告诉你是A设备订阅的情况

载荷长度 (48) 16进制  
00 30  
有效载荷 /sys/a125zR8hwQq/D001/thing/service/property/set 对应的16进制  
2F 73 79 73 2F 61 31 32 35 7A 52 38 68 77 51 71 2F 44 30 30 31 2F 74 68 69 6E 67 2F 73 65 72 76 69 63 65 2F 70 72 6F 70 65 72 74 79 2F 73 65 74

外加 Qos等级 （16进制）  
00 （默认使用等级0）  
01 （等级1）极少部分支持等级1  
02 （等级2）基本上所有服务器均不支持等级2

(??)长度为–>(??)=2+2+48+1==53----->对应的16进制为（35）

总的发送格式：  
82 35 00 0A 00 30 2F 73 79 73 2F 61 31 32 35 7A 52 38 68 77 51 71 2F 44 30 30 31 2F 74 68 69 6E 67 2F 73 65 72 76 69 63 65 2F 70 72 6F 70 65 72 74 79 2F 73 65 74 00

*  9 SUBACK 订阅确认 （服务器给硬件端发送的数据格式） 流向 (S–>C)  
    组合形式： 固定报头+可变报头+负载  
                        （有） （有）     （有）  
    接收格式  
    90 03 00 0A 01  
    分析：  
    固定接收（16进制）  
    90 ??(接收剩余长度)  
    可变报头 （16进制）  
    00 0A 分析：接收的是发送订阅的的可变报头的ID  
    有限载荷 （16进制） 代表的是客户端订阅的Qos等级  
    00 (Qos等级为0）  
    01 （Qos等级为1） （注: 阿里云固定回复01）  
    02 （Qos等级为2）  
    80 （代表订阅失败）
 *  10 UNSUBSCRIBE 取消订阅 流向 (C–>S)  
    组合形式： 固定报头+可变报头+负载  
                        （有） （有）     （有）  
    发送格式  
    A2 ?? 00 0A 00 30 2F 73 79 73 2F 61 31 32 35 7A 52 38 68 77 51 71 2F 44 30 30 31 2F 74 68 69 6E 67 2F 73 65 72 76 69 63 65 2F 70 72 6F 70 65 72 74 79 2F 73 65 74  
    几乎与订阅请求相一致  
    在部分上有所区别:  
    1)固定报头由82---->A2  
    2)??剩余长度比订阅请求少一个字节长度  
    3）最后面没有Qos等级设置  
    4）其余的均和订阅请求方式保持一致  
    总的发送格式：  
    A2 34 00 0A 00 30 2F 73 79 73 2F 61 31 32 35 7A 52 38 68 77 51 71 2F 44 30 30 31 2F 74 68 69 6E 67 2F 73 65 72 76 69 63 65 2F 70 72 6F 70 65 72 74 79 2F 73 65 74
 *  11 UNSUBACK 取消订阅确认 流向 (C–>S) 组合形式： 固定报头+可变报头+负载  
    （有） （有） （无）  
    固定报头 （16进制）  
    B0 02  
    可变报头  
    00 0A (接收的是取消订阅发送的可变报头的ID)
 *  3 PUBLISH 发布 流向 (C–>S)
 *  组合形式： 固定报头+可变报头+负载  
                             （有） （有） （有）

固定报头 --16进制  
30 代表的是是数据，而非其他的命令  
??(剩余字节长度)

可变报头长度 47 对应的16进制  
00 2F  
发布的方式：/sys/a125zR8hwQq/D001/thing/event/property/post 对应的16进制  
2F 73 79 73 2F 61 31 32 35 7A 52 38 68 77 51 71 2F 44 30 30 31 2F 74 68 69 6E 67 2F 65 76 65 6E 74 2F 70 72 6F 70 65 72 74 79 2F 70 6F 73 74

数据上报格式发送： \{“method”:“thing.event.property.post”,“id”:“0000000001”,“params”:\{“PowerSwitch”:0\},“version”:“1.0.0”\} 长度101  
特点:（7B开头 7D结尾，即 “\{” 和 “ \}”的 16进制数 ）  
7B 22 6D 65 74 68 6F 64 22 3A 22 74 68 69 6E 67 2E 65 76 65 6E 74 2E 70 72 6F 70 65 72 74 79 2E 70 6F 73 74 22 2C 22 69 64 22 3A 22 30 30 30 30 30 30 30 30 30 31 22 2C 22 70 61 72 61 6D 73 22 3A 7B 22 50 6F 77 65 72 53 77 69 74 63 68 22 3A 30 7D 2C 22 76 65 72 73 69 6F 6E 22 3A 22 31 2E 30 2E 30 22 7D

(??）==2+47+101=150

整体发送数据格式：  
30 96 01 00 2F 2F 73 79 73 2F 61 31 32 35 7A 52 38 68 77 51 71 2F 44 30 30 31 2F 74 68 69 6E 67 2F 65 76 65 6E 74 2F 70 72 6F 70 65 72 74 79 2F 70 6F 73 74 7B 22 6D 65 74 68 6F 64 22 3A 22 74 68 69 6E 67 2E 65 76 65 6E 74 2E 70 72 6F 70 65 72 74 79 2E 70 6F 73 74 22 2C 22 69 64 22 3A 22 30 30 30 30 30 30 30 30 30 31 22 2C 22 70 61 72 61 6D 73 22 3A 7B 22 50 6F 77 65 72 53 77 69 74 63 68 22 3A 30 7D 2C 22 76 65 72 73 69 6F 6E 22 3A 22 31 2E 30 2E 30 22 7D

数据上报格式:--------加入温湿度数据:  
\{“method”:“thing.event.property.post”,“id”:“0000000001”,“params”:\{“CurrentHumidity”:40,“CurrentTemperature”:21.73,“PowerSwitch”:0\},“version”:“1.0.0”\} 长度149  
7B 22 6D 65 74 68 6F 64 22 3A 22 74 68 69 6E 67 2E 65 76 65 6E 74 2E 70 72 6F 70 65 72 74 79 2E 70 6F 73 74 22 2C 22 69 64 22 3A 22 30 30 30 30 30 30 30 30 30 31 22 2C 22 70 61 72 61 6D 73 22 3A 7B 22 43 75 72 72 65 6E 74 48 75 6D 69 64 69 74 79 22 3A 34 30 2C 22 43 75 72 72 65 6E 74 54 65 6D 70 65 72 61 74 75 72 65 22 3A 32 31 2E 37 33 2C 22 50 6F 77 65 72 53 77 69 74 63 68 22 3A 31 7D 2C 22 76 65 72 73 69 6F 6E 22 3A 22 31 2E 30 2E 30 22 7D

(??)==2+47+148=198 --转换成16进制  
C6 01  
构造发送数据格式:  
30 C6 01 00 2F 2F 73 79 73 2F 61 31 32 35 7A 52 38 68 77 51 71 2F 44 30 30 31 2F 74 68 69 6E 67 2F 65 76 65 6E 74 2F 70 72 6F 70 65 72 74 79 2F 70 6F 73 74 7B 22 6D 65 74 68 6F 64 22 3A 22 74 68 69 6E 67 2E 65 76 65 6E 74 2E 70 72 6F 70 65 72 74 79 2E 70 6F 73 74 22 2C 22 69 64 22 3A 22 30 30 30 30 30 30 30 30 30 31 22 2C 22 70 61 72 61 6D 73 22 3A 7B 22 43 75 72 72 65 6E 74 48 75 6D 69 64 69 74 79 22 3A 34 30 2C 22 43 75 72 72 65 6E 74 54 65 6D 70 65 72 61 74 75 72 65 22 3A 32 31 2E 37 33 2C 22 50 6F 77 65 72 53 77 69 74 63 68 22 3A 31 7D 2C 22 76 65 72 73 69 6F 6E 22 3A 22 31 2E 30 2E 30 22 7D

*  服务器下发(set)数据格式：  
    30 98 01 00 30 2F 73 79 73 2F 61 31 32 35 7A 52 38 68 77 51 71 2F 44 30 30 31 2F 74 68 69 6E 67 2F 73 65 72 76 69 63 65 2F 70 72 6F 70 65 72 74 79 2F 73 65 74 7B 22 6D 65 74 68 6F 64 22 3A 22 74 68 69 6E 67 2E 73 65 72 76 69 63 65 2E 70 72 6F 70 65 72 74 79 2E 73 65 74 22 2C 22 69 64 22 3A 22 31 36 36 33 33 36 30 30 32 37 22 2C 22 70 61 72 61 6D 73 22 3A 7B 22 50 6F 77 65 72 53 77 69 74 63 68 22 3A 30 7D 2C 22 76 65 72 73 69 6F 6E 22 3A 22 31 2E 30 2E 30 22 7D  
    数据拆分分析：  
    固定报头 （16进制）  
    30 98 01 30代表固定报头，接收的是数据或者是控制命令  
    （98 01）代表剩余字节长度  
    可变报头 （16进制）  
    报文标识符（无） 注：只有Qos等级为1或2是才有报文标识符),否则没有  
    00 30 可变报文长度 10进制为 4  
    设置的格式 /sys/a125zR8hwQq/D001/thing/service/property/set （16进制表示）  
    2F 73 79 73 2F 61 31 32 35 7A 52 38 68 77 51 71 2F 44 30 30 31 2F 74 68 69 6E 67 2F 73 65 72 76 69 63 65 2F 70 72 6F 70 65 72 74 79 2F 73 65 74

数据格式: \{“method”:“thing.service.property.set”,“id”:“1663360027”,“params”:\{“PowerSwitch”:0\},“version”:“1.0.0”\}  
7B 22 6D 65 74 68 6F 64 22 3A 22 74 68 69 6E 67 2E 73 65 72 76 69 63 65 2E 70 72 6F 70 65 72 74 79 2E 73 65 74 22 2C 22 69 64 22 3A 22 31 36 36 33 33 36 30 30 32 37 22 2C 22 70 61 72 61 6D 73 22 3A 7B 22 50 6F 77 65 72 53 77 69 74 63 68 22 3A 30 7D 2C 22 76 65 72 73 69 6F 6E 22 3A 22 31 2E 30 2E 30 22 7D  
数据下发格式：  
\{“method”:“thing.event.property.post”,“id”:“0000000001”,“params”:\{“PowerSwitch”:0\},“version”:“1.0.0”\}

*  4）PUBACK 收到发布消息确认适用于Qos1等级 流向 (S–>C) 组合形式： 固定报头+可变报头+负载  
    （有） （有） （无）