# 设备与服务端消息通讯方法

常用的服务端与设备通讯协议有 Message Queue Telemetry Transport Protocol (MQTT), Advanced Message Queuing Protocol (AMQP), WebSocket 等. 其中 MQTT, AMQP 适用于物联网场景, websocket 适用于 HTML 应用与服务器的双向通讯.

如果使用 HTML 应用作为设备的客户端, 则可以通过 MQTT over Websocket 来实现物联网场景的设备, 服务器消息通讯.

由于产品均通过安卓主板启动, 非纯 HTML 产品, 因此最好使用 AMQP, MQTT 协议作为设备与服务器的消息传输协议.

# 通讯协议说明

MQTT 与 AMQP 协议的详细对比参考 MQTT AMQP 比较说明 (opens new window).

二者都属于物联网协议, 主要的差距在于:

MQTT 具有客户端/代理体系结构，而 AMQP 具有客户端或代理以及客户端或服务器体系结构。
MQTT 遵循发布/订阅的模式，而 AMQP 遵循响应或请求以及发布/订阅的方法。
AMQP 的标头大小为 8 个字节，MQTT 为 2 个字节。MQTT 的消息大小较小且已定义，而 AMQP 的大小可协商且未定义。
MQTT 的方法是连接，发布，关闭，订阅和断开连接。AMQP 遵循消费，交付，发布，获取，选择，确认，删除，恢复，拒绝，打开和关闭。
MQTT 对缓存和代理有部分支持，而 AMQP 提供了全部支持。
AMQP 和 MQTT 都遵循 TCP 协议，二进制标准和开放源代码队列系统。
AMQP 提供的安全性是 IPSec，SASL，TLS 或 SSL，而 MQTT 仅提供 TLS 或 SSL 安全标准。AMQP 与 TCP 一起使用 SCTP 进行传输。 OASIS 支持 AMQP 和 MQTT。

# 通讯模式

项目基本通讯模式要求如下表:

传输方向	传输模式
服务端 -> 设备	AMQP 单向消息传输
设备 -> 服务端	API 接口

通讯模式示意图如下:

消息通讯模式示意图

# 设备在线/离线状态判断

设备通过 AMQP 协议与服务器进行连接, 使用 心跳机制 进行连接状态判断. 即客户端指定心跳检测时长, 服务端定时向客户端发送心跳检测包, 客户端在接受到服务端发送的心跳检测包后, 发送确认心跳包.

特别的, 消息的发布与回执也计算为一次心跳检测.

默认的心跳超时时间为 60s, 发送心跳包的间隔为超时时间的一半, 也就是间隔 30s, 在两次心跳检测超时的情况下, 连接会被断开, 设备会被认为处于离线状态 (opens new window).

实际测试结果为当 发送心跳包数量 - 确认心跳包数量 > 5 时, 连接被断开.

实际项目中, 服务端检测设备从在线变为离线需要 3min, 从离线变为在线需要 1min.

# 流量消耗

设备流量消耗主要分为设备连接, 设备心跳检测, 设备消息接收与回执三个部分.

# 设备连接

设备连接使用 TCP + SSL 模式与服务端连接, 每次连接 128KB. 设备连接的流量消耗会出现在应用初始化与设备断线重连后.

# 心跳检测

非 SSL 连接下, 设备心跳检测每次心跳上传, 下载流量消耗各 8 bytes, 按照默认值进行计算, 每 30s 间隔完成一次心跳包收发. 心跳流量消耗 = 86400/30*8*2/1024, 一天消耗约为 45KB.

如果使用 SSL 连接, 心跳检测每次上传, 下载流量消耗各 37 bytes. 同上, 一天消耗约为 208.125KB.

如果使用 安卓 4.4 的设备, 由于不支持 TLSV1.2, 默认被降级为 TLSV1, 此时的心跳下载流量会翻倍, 上传流量不变. 此时的一天流量消耗约为 312.1875 KB.

# 设备消息接收与回执

消息接收与回执的流量按照消息的大小进行计算, 不计入默认值的计算中.

# 静默状态一天消耗

按照每天完成一次设备启动, 设备安卓版本 6.0, 使用 SSL 加密连接, 默认值的心跳检测, 无任何消息接收与回执进行计算, 静默状态下每天的流量消耗约为 128 + 208.125 = 336.125KB.

# 配置与功能

消息通讯使用 RabbitMQ 作为 AMQP 协议的实现依赖, 分服务端配置与客户端配置两个方面, 其中服务端包括RabbitMQ 运行环境配置与运行程序 RabbitMQ 连接配置.

客户端配置主要为安卓客户端连接配置.

# 服务端

# 运行环境

RabbitMQ 运行环境推荐使用 docker 容器进行搭建, 建议使用 management 带控制面板类型镜像.

配置需要暴露的端口有 AMQP 协议连接端口 与 消息队列管理平台端口.

需要通过 management 工具新建 服务端账户 与 客户端账户, 并分配不同权限与 vhost.

# 服务端配置

与 RabbitMQ 服务连接. 服务端与 RabbitMQ 属于同域下不同容器服务, 可以通过 TCP 协议建立连接, 需要指定的配置包括 host, port, username, password, virtual-host.
与客户端通讯. 服务端与客户端连接使用默认的 amq.direct 交换机, 交换机模式为 direct. 使用 设备号 作为消息队列发布的队列名称(queue)和路由参数(routingKey).

# 主要功能

服务端主要的功能如下:

通过 amqp 协议向指定设备发送消息
定时向 RabbitMQ 服务获取当前消息队列的连接状态, 更新数据库中设备连接状态.

# 客户端

# 运行环境与依赖

客户端使用 安卓4.4及以上系统, 使用 java amqp-client:4.9.3 进行开发.

需要注意的是, android6.0 及以下版本只能使用 amqp-client 5.x 以下版本.

# 客户端配置

与 RabbitMQ 服务连接. 客户端与 RabbitMQ 服务使用 TLSV1.2 建立 SSL 连接, 需要根据服务端提供的私钥创建 SSLContext. 需要指定的配置包括 host, port, username, password, virtualHost, 允许设备自动重连且设置自动重连时间间隔. 客户端默认使用的 心跳超时时长 为 60s.
订阅服务端发布的队列. 客户端使用 amq.direct 交换机, 指定 设备号 为订阅的队列名称和路由参数, 订阅的队列需要被持久化(durable=true).
客户端的消息队列无法在主线程被建立, 需要新建线程启动消息队列通道.

# 主要功能

客户端主要用于接受服务端发来的消息通知, 并根据消息通知完成不同的功能.

# 消息结构

消息队列使用 JSON 结构进行信息传输, 消息结构如下:

interface MessageData {
    // 消息类型
    String type;
    // 消息内容
    Object data;
}

客户端根据消息类型进行不同业务逻辑处理.