MQTT-SN 全名為 **MQTT for Sensor Networks**，其目標是為非 TCP/IP 協議棧的嵌入式裝置（如 Zigbee、Bluetooth）提供應用層通訊標準。MQTT-SN 是一個專為 WSN（Wireless Sensor Networks）網路設計的 Publish/Subscribe 的訊息傳輸協議。

大規模分散式物聯網 [MQTT 訊息伺服器 EMQX](https://www.emqx.io/zh) 除了完整支援 MQTT 協議外，還可以透過閘道器處理所有非 MQTT 協議的連線、認證和訊息收發，併為其提供統一的使用者層介面。本文將介紹如何在 EMQX 中接入 MQTT-SN 協議裝置，並透過認證及授權保障裝置接入安全。

## MQTT-SN 的優點是什麼？

- **與 MQTT 協議相容：** MQTT-SN 通訊模型完全與 MQTT 相對應，例如釋出、訂閱、保留會話、遺囑訊息等。統一的模型有利於降低端到端的設計複雜度。
- **輕量：** 為了應對 WSN 網路中有限的傳輸頻寬，協議設計非常精簡。例如 PUBLISH 訊息中的主題名稱被一個短的、兩位元組長的 Topic ID 取代。
- **支援休眠：** MQTT-SN 協議新增了休眠邏輯，來應對低功耗的場景。例如裝置進入到休眠後，所有發給它們的訊息都會被快取在伺服器，並在喚醒後傳遞給它們。

## MQTT-SN 常見的部署結構

[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/09/06/f8047d0a6a03a061.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/connecting-mqtt-sn-devices-using-emqx)

1. Client 和 Gateway 部署在同一個區域網中（例如 Zigbee）透過 MQTT-SN 協議進行通訊，並且 Gateway 透過乙太網和 MQTT 協議將資料上報到雲端的 MQTT Broker。
2. MQTT Broker 與 MQTT-SN Gateway 整合在一起，都部署在雲端。Client 透過 UDP 和 MQTT-SN 直接與雲端的 MQTT-SN 閘道器進行通訊。
3. 第三種部署方式與第一種類似，不同的是使用 MQTT-SN 協議與雲端的 MQTT-SN 閘道器進行互動。

相對比而言：

- 第一種方案是最為典型的 MQTT-SN 部署方案，該方案非常適用於終端無公網通訊需求且需要部署閘道器來統一管理的場景，例如典型的智慧家居場景。
- 第二種方案常見於終端裝置都部署在室外，它們透過行動網路例如（NB-IoT) 直接與雲端直連，中間無法部署閘道器來處理裝置請求。
- 第三種部署比較少見，它僅是方案 1、2 的一種折中。僅在服務端僅能提供 MQTT-SN 接入服務時會用到。

因此，MQTT-SN 主要應用於具有短距離、頻寬受限、低功耗等特點的應用場景，例如智慧城市、智慧傢俱、水電氣表等。

## 使用 EMQX 接入 MQTT-SN 協議

EMQX 的 MQTT-SN 閘道器基於 [MQTT-SN 1.2](https://www.oasis-open.org/committees/download.php/66091/MQTT-SN_spec_v1.2.pdf) 版本實現。MQTT-SN 閘道器作為一個元件整合在 EMQX，可以允許將其部署在邊緣或雲端來實現上文提到的第一和第二種部署結構。

### 啟用 MQTT-SN 閘道器

在 EMQX 5.0 中，可以透過 Dashboard、HTTP-API 或配置檔案來啟用 MQTT-SN 閘道器。

例如，開啟並配置監聽 UDP 1884 埠的 MQTT-SN 閘道器：

```abnf
gateway.mqttsn {

mountpoint = "mqttsn/"

listeners.udp.default {
    bind = 1884
    max_connections = 10240000
    max_conn_rate = 1000
  }
}
```

### 客戶端測試

使用 C 語言編寫的 [MQTT-SN 客戶端](https://github.com/njh/mqtt-sn-tools)，來測試釋出訂閱，例如：

Client ID `mqttsn1` 連線並訂閱主題 `t/a`，

```shell
$ ./mqtt-sn-sub -i mqttsn1 -t t/a -p 1884 -d
```

使用 Client ID 為 `mqttsn2` 登入到 MQTT-SN 閘道器，並對 `t/a` 主題釋出訊息 `Hi, This is mqttsn2` ：

```shell
$ ./mqtt-sn-pub -i mqttsn2 -p 1884 -t t/a -m 'Hi, This is mqttsn2' -d
```

最終，能在 `mqtt-sn-sub` 端接收到該訊息：

[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/09/06/994f89095eaf6d30.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/connecting-mqtt-sn-devices-using-emqx)

## 更多高階功能配置

### 配置客戶端接入認證

由於 MQTT-SN v1.2 協議的連線報文只定義了 Client ID，沒有 Username 和 Password 。所以 MQTT-SN 閘道器目前僅支援 HTTP Server 認證

例如，透過配置檔案，為 MQTT-SN 閘道器新增一個 HTTP 認證：

```abnf
gateway.mqttsn {
  authentication {
    enable = true
    backend = "http"
    mechanism = "password_based"
    method = "post"
    connect_timeout = "5s"
    enable_pipelining = 100
    url = "<http:>
    headers {
      "content-type" = "application/json"
    }
    body {
      clientid = "${clientid}"
    }
    pool_size = 8
    request_timeout = "5s"
    ssl.enable = false
  }
}
```

在該認證方式中，將 Client ID 傳遞給 HTTP 服務，由 HTTP 服務來決定該客戶端是否有接入系統的許可權。

### 配置釋出訂閱許可權

在 EMQX 5.0 中，所有主題的釋出訂閱許可權都在**授權（Authorization）**中統一配置。例如，允許所有人釋出訂閱 `mqttsn/` 開頭的主題：

[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/09/06/1511662439f90cfa.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/connecting-mqtt-sn-devices-using-emqx)

### 獲取上下線事件

MQTT-SN 閘道器會將所有裝置的上下線事件釋出到兩個專用的主題：

- 上線事件主題：`$SYS/brokers/<node>/gateway/mqtt-sn/clients/<clientid>/connected`
- 下線事件主題：`$SYS/brokers/<node>/gateway/mqtt-sn/clients/<clientid>/disconnected`

例如，一條上線事件訊息內容為：

```json
{
  "clientid": "abc",
  "username": "undefined",
  "ts": 1660285421750,
  "sockport": 1884,
  "protocol": "mqtt-sn",
  "proto_ver": "1.2",
  "proto_name": "MQTT-SN",
  "keepalive": 10,
  "ipaddress": "127.0.0.1",
  "expiry_interval": 7200000,
  "connected_at": 1660285421750,
  "clean_start": false
}
```

當然，也可以透過規則引擎中的 `$event/client_connected` 和 `$event/client_disconnected` 事件來獲取 MQTT-SN 閘道器的上下線事件，具體可以參考：[Event topic available for FROM clause](https://www.emqx.io/docs/en/v5.0/data-integration/rule-sql-events-and-fields.html#mqtt-events)

## 引用

[[1\] OASIS Open: MQTT-SN spec v1.2](https://www.oasis-open.org/committees/download.php/66091/MQTT-SN_spec_v1.2.pdf)

[[2\] Urs Hunkeler & Hong Linh Truong: MQTT-S – A Publish/Subscribe Protocol For Wireless Sensor Networks](https://sites.cs.ucsb.edu/~rich/class/cs293b-cloud/papers/mqtt-s.pdf)

[[3\] EMQX 5.0 MQTT-SN Gateway introduction](https://www.emqx.io/docs/en/v5.0/gateway/mqttsn.html)

[[4\] OASIS Open: MQTT-SN v2.0-wd17.docx](https://www.oasis-open.org/committees/download.php/69841/mqtt-sn-v2.0-wd17.docx)

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使用 EMQX 接入 MQTT-SN 協議裝置

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