了解5G通信一、5G時(shí)代——新空口(NR)二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一、5G時(shí)代——新空口(NR)與3G相比，4G傳輸速率更快，網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬，通信靈活度更高并且兼容性更好。但是隨著科技的不斷發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率也有了更高的要求。無(wú)論是無(wú)人駕駛汽車，還是更高清的影視資源的下載，4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率在飛速發(fā)展的需求面前還是顯得有些捉襟見(jiàn)肘。這個(gè)時(shí)候，具有更高傳輸速率的5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。從傳輸速率來(lái)看，5G可以達(dá)到10Gbit/s,是4G傳輸速率的100倍，能夠在頃刻之間完成一部高清電影的下載，流暢地觀看8K視頻；從傳輸容量來(lái)看，5G的容量可以達(dá)到4G的1000倍。這些特征使得5G很貼合物聯(lián)網(wǎng)和智慧家庭的應(yīng)用，能讓更多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備同時(shí)實(shí)現(xiàn)在線連接。一、5G時(shí)代——新空口(NR)5G通信的模式是NR(NewRadio,新空口），這是3GPP組織大會(huì)通過(guò)的正式名稱。NR是基于OFDM的全新空口設(shè)計(jì)的全球性5G標(biāo)準(zhǔn)，也是下一代非常重要的蜂窩移動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)。5G核心指的是核心編碼，5G的核心編碼標(biāo)準(zhǔn)有4個(gè)：長(zhǎng)碼編碼－控制信道、長(zhǎng)碼編碼－數(shù)據(jù)信道、短碼編碼－控制信道、短碼編碼－數(shù)據(jù)信道。NSA（非獨(dú)立組網(wǎng)）和SA（獨(dú)立組網(wǎng)）是5G的兩種組網(wǎng)方式。根據(jù)目前發(fā)展的清況，NSA技術(shù)成熟，已實(shí)現(xiàn)商用，SA還處于實(shí)驗(yàn)階段，但是未來(lái)必然是以SA為發(fā)展趨勢(shì)。一、5G時(shí)代——新空口(NR)與原有的通信手段相比，5G通信最為突出的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在數(shù)據(jù)通信的高傳輸帶寬以及低時(shí)延上。5G具體的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面：①更低的延遲：5G網(wǎng)絡(luò)的延遲比4G低1/10，因此可以實(shí)現(xiàn)更短的數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間。②更高的傳輸速度：5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度比4G快10~100倍，最高速率可達(dá)10Gbit/s。③更大的網(wǎng)絡(luò)容量：5G網(wǎng)絡(luò)可以連接更多的設(shè)備，并且可以同時(shí)處理大量的數(shù)據(jù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)容量和效率。④更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋：5G網(wǎng)絡(luò)使用了更多的頻段，使得網(wǎng)絡(luò)信號(hào)更容易傳播，從而實(shí)現(xiàn)更廣泛的覆蓋范圍。⑤更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接：5G網(wǎng)絡(luò)采用了更高級(jí)的信號(hào)處理技術(shù)，從而可以降低信號(hào)噪聲，提高網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定性和可靠性。二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G又稱為第五代移動(dòng)通信技術(shù)，5G網(wǎng)絡(luò)定位于速率高、時(shí)延低、容量大的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)支持100Mbit/s的用戶體驗(yàn)速率，106個(gè)／km2的連接密度，毫秒級(jí)的端到端時(shí)延，面向行業(yè)客戶提供物與物之間的連接，加快智能化進(jìn)程。三大應(yīng)用場(chǎng)景：eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）、mMTC（萬(wàn)物互聯(lián)）、uRLLC（高可靠低時(shí)延通信）。具體應(yīng)用場(chǎng)景：超高清視頻、AR、VR、智慧城市、工業(yè)智能化、自動(dòng)駕駛等。5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與4G類似，都分為核心網(wǎng)和接入網(wǎng)兩部分。5G核心網(wǎng)被稱為5GC,5G接入網(wǎng)被稱為NG-RAN。二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)1.5G網(wǎng)絡(luò)層級(jí)5G接入網(wǎng)(gNB基站）將BBU分割成CU（集中單元）和DU（分布單元），通過(guò)光纖與AAU（有源天線單元，RRU＋天線）連接。CU主要負(fù)責(zé)統(tǒng)—控制，—個(gè)CU可以控制多個(gè)DU。5G核心網(wǎng)由AMF控制面、UPF用戶面和SMF會(huì)話面組成。2.5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G系統(tǒng)由5G核心網(wǎng)(5GC)和5G無(wú)線接入網(wǎng)(RAN)構(gòu)成，如圖1所示。3GPP制定了NR無(wú)線網(wǎng)的接入關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)也重新考慮了無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間的系統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)兩者之間的功能進(jìn)行了重新定義和劃分。無(wú)線接入網(wǎng)由用于NR的gNB和E-UTRAN使用的ng-eNB兩種無(wú)線接入節(jié)點(diǎn)組成。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)采用雙鏈接架構(gòu)時(shí)，終端將同時(shí)連接兩種節(jié)點(diǎn)。二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)gNB和ng-eNB直接通過(guò)Xn接口互相連接。Xn接口是由一系列協(xié)議結(jié)構(gòu)組成的邏輯接口。運(yùn)營(yíng)商和制造商根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)條件將邏輯Xn接口映射到光纖、銅纜、微波等物理接口，實(shí)現(xiàn)物理層的連通。gNB和ng-eNB主要負(fù)責(zé)終端與5G網(wǎng)絡(luò)的空口交互及連接，從協(xié)議高層視角看，主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：①無(wú)線連接移動(dòng)性管理：支持終端在空閑模式下的重選和連接模式下的切換。②測(cè)星控制：針對(duì)網(wǎng)絡(luò)配置情況對(duì)終端下發(fā)測(cè)量控制指令，通過(guò)終端提供的測(cè)量報(bào)酶行無(wú)線資源管理，通過(guò)終端的測(cè)量反饋提供切換控制和干擾協(xié)調(diào)規(guī)避。③資源動(dòng)態(tài)分配和調(diào)度：通過(guò)無(wú)線承載的QoS配置規(guī)則在上行和下行無(wú)線鏈路中調(diào)度分配無(wú)線資源。二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)④無(wú)線接入控制和系統(tǒng)消息廣播：進(jìn)行小區(qū)接入控制管理，如小區(qū)廣播接入禁止、系統(tǒng)消息、隨機(jī)接入配置等功能。⑤無(wú)線連接控制：對(duì)終端的連接建立、釋放及連接狀態(tài)（連接態(tài)、空閑態(tài)、非激活態(tài)）進(jìn)行管理。⑥無(wú)線承載控制：處理終端的無(wú)線連接安全性，不同服務(wù)質(zhì)量的上行鏈路和下行鏈路的建立，對(duì)終端的無(wú)線承載通道進(jìn)行管理。圖15G系統(tǒng)構(gòu)成示意圖二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3.核心網(wǎng)功能組件核心網(wǎng)主要包含三大功能組件：用于認(rèn)證和移動(dòng)性功能的AMF、用于用戶面功能的UPF,以及用千服務(wù)會(huì)話管理功能的SMF。(1)AMF核心網(wǎng)中的控制面數(shù)據(jù)管理功能主要由AMF實(shí)現(xiàn)，AMF負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)以下功能：①網(wǎng)絡(luò)信令：網(wǎng)絡(luò)控制面信令的處理，用千終端的接入和尋呼。保證控制面數(shù)據(jù)流的安全，是5G網(wǎng)絡(luò)信令的終結(jié)點(diǎn)。②安全管理：終端接入網(wǎng)絡(luò)的鑒權(quán)、授權(quán)、加密的處理。對(duì)用戶進(jìn)行接入鑒權(quán)和漫游權(quán)限檢查，同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)安全管理控制，負(fù)責(zé)注冊(cè)區(qū)管理，并負(fù)責(zé)SMF的選擇。③終端移動(dòng)性管理：通過(guò)記錄終端的位置信息和用戶網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)尋呼，管理終端注冊(cè)數(shù)據(jù)。二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(2)UPF核心網(wǎng)中的用戶面數(shù)據(jù)管理主要由UPF實(shí)現(xiàn)，UPF負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)一下功能：①數(shù)據(jù)包處理：5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)全部以數(shù)據(jù)包分組交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并沒(méi)有電路域(CS域），因此所有的用戶數(shù)據(jù)都封裝為數(shù)據(jù)包的POU。用戶面的所有數(shù)據(jù)包均由UPF進(jìn)行數(shù)據(jù)包的路由、轉(zhuǎn)發(fā)和QoS處理。UPF支持用戶面數(shù)據(jù)包檢查和策略規(guī)則的實(shí)施，如合法的用戶面數(shù)據(jù)監(jiān)聽(tīng)，并提供用戶面數(shù)據(jù)包的緩沖和下行數(shù)據(jù)通知的觸發(fā)功能。②用戶數(shù)據(jù)描定功能：終端可能會(huì)發(fā)生系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)外的切換，UPF可以在終端移動(dòng)過(guò)程中提供用戶面數(shù)據(jù)描定功能，確保不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的清況。二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(3)SMF核心網(wǎng)中的SMF負(fù)責(zé)對(duì)用戶進(jìn)行會(huì)話管理，SMF負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)以下功能：①數(shù)據(jù)包會(huì)話控制：通過(guò)與UPF的配合使用，SMF負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和釋放用千用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅?huì)話。SMF負(fù)責(zé)用戶面功能的選擇和控制，并承擔(dān)部分QoS策略的實(shí)施，協(xié)助UPF將數(shù)據(jù)包路由至正確目的地。②終端IP地址分配：通過(guò)分配IP地址保證數(shù)據(jù)包可以在5G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實(shí)現(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)支持外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)。二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G時(shí)代對(duì)基站架構(gòu)進(jìn)行了重構(gòu)，如圖2所示。在4G時(shí)代，每個(gè)基站都有一套BBU下掛RRU連接天線，并通過(guò)BBU連接至核心網(wǎng)。而到了5G時(shí)代，每個(gè)站點(diǎn)都有一套CU，多個(gè)站點(diǎn)使用同—個(gè)CU進(jìn)行集中式管理。5G基站把原先BBU的—部分物理層處理功能歸入RRU,原先的RRU和天線結(jié)合成AAU,原來(lái)的BBU拆分成CU和DU，并在CU中融合了一部分從核心網(wǎng)下沉的功能，作為集中管理節(jié)克使用。圖24G與5G基站構(gòu)架的比較二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G基站的重構(gòu)是根據(jù)不同協(xié)議層的實(shí)時(shí)性要求來(lái)進(jìn)行切分的，BBU中的低層物理底層下沉到AAU中進(jìn)行處理，對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高的MAC層和RLC層放到DU中進(jìn)行處理，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的PDCP層和RRC層則放到CU中進(jìn)行處理。注意：NodeB、eNB、gNB和ng-eNB代表—種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的描點(diǎn)，需要從協(xié)議層的角度進(jìn)行理解，基站是與無(wú)線連接相關(guān)的RF硬件資源。二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G時(shí)代通過(guò)對(duì)基站的重構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以下幾大功能：①基帶資源共享。基站在各個(gè)時(shí)段的業(yè)務(wù)量都不樣，傳統(tǒng)基站中，每個(gè)站都要配置最大容星的基帶資源，而這個(gè)最大容量的資源通常是達(dá)不到的。例如，城市的商圈區(qū)域在白天話務(wù)量很高，而到了晚上商鋪閉門(mén)停止?fàn)I業(yè)后業(yè)務(wù)量就會(huì)很空閑，居民區(qū)的情況則正好相反。傳統(tǒng)基站對(duì)于這兩種區(qū)域要按最大容量設(shè)計(jì)，否則高峰期時(shí)會(huì)出現(xiàn)資源不足的情況，造成了很大的資源浪費(fèi)。5G時(shí)代，處理基帶資淚的DU集中部署于中心機(jī)房，并由CU統(tǒng)調(diào)度，能夠節(jié)省大量基帶資源。二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)②無(wú)線接入的切片和云化。網(wǎng)絡(luò)切片是5G網(wǎng)絡(luò)的新功能特性之，新的基站架構(gòu)能夠更好適配eMMB、mMTC和uRLLC三大場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的不同要求。網(wǎng)絡(luò)切片的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是虛擬化，在5G的實(shí)時(shí)處理方面，通用服務(wù)器的效率還太低，無(wú)法滿足業(yè)務(wù)需求，因此需要采用專用硬件設(shè)計(jì)，而專用硬件又難以實(shí)現(xiàn)虛擬化。這樣來(lái)，就只好把需要專用硬件處理的協(xié)議層剝離出來(lái)交由AAU和CU處理。非實(shí)時(shí)部分的協(xié)議層組成cu,運(yùn)行在通用服務(wù)器上，經(jīng)過(guò)虛擬化技術(shù)處理就可以支持網(wǎng)絡(luò)切片和云化了。③實(shí)現(xiàn)復(fù)雜組網(wǎng)情況下的小區(qū)協(xié)同。5G網(wǎng)絡(luò)將大量使用高頻毫米波，毫米波的頻段高、衰減大、覆蓋范圍小，因此5G小區(qū)數(shù)量將會(huì)是4G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)倍。5G網(wǎng)絡(luò)通過(guò)強(qiáng)大的中心節(jié)點(diǎn)CU統(tǒng)一進(jìn)行干擾協(xié)同管理及業(yè)務(wù)聚合，從而獲得更大的網(wǎng)絡(luò)性能增益。二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G時(shí)代DU和CU的拆分在帶來(lái)好處的同時(shí)，也產(chǎn)生了一些不利的影響，具體如下：①數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延增加。DU和CU網(wǎng)元架構(gòu)會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的處理時(shí)延，在CU和DU進(jìn)行物理分布部署時(shí)，通常一個(gè)RRC信令的往返時(shí)延將增加2ms,一個(gè)完整的附著流程將增加7ms，此類時(shí)延的增加對(duì)uRLLC業(yè)務(wù)帶來(lái)很大的影響。②網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜度增加。CU和DU之間對(duì)接的參數(shù)、配置、版本兼容性等問(wèn)題都將引入新的管理難度。CU和DU雖然在邏輯上可以分離，但實(shí)際運(yùn)營(yíng)中在物理上要不要分開(kāi)部署還要看具體業(yè)務(wù)需求清況。在5G網(wǎng)絡(luò)中，CU和DU合設(shè)與分離這兩種架構(gòu)將長(zhǎng)期共存，因此網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜度也會(huì)成倍提高。③可用性要求變高。當(dāng)CU采用云化部署時(shí)，單個(gè)CU物理機(jī)房將會(huì)下帶大量小區(qū)，對(duì)可用性的要求很高，需要考慮CUPool或異地容災(zāi)方案。二、5G通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G不同業(yè)務(wù)對(duì)千網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延要求不同，eMBB對(duì)時(shí)延不是特別敏感，如用戶下載大文件數(shù)據(jù)或觀看高清視頻時(shí)，網(wǎng)絡(luò)延遲多幾毫秒是完全感受不到的；mMTC對(duì)時(shí)延的要求更低，智能電表、燃?xì)獗砩蠄?bào)數(shù)據(jù)，有延遲都可以接受；而uRLLC對(duì)時(shí)延的要求極高，像工業(yè)控制、自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等業(yè)務(wù)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t通常會(huì)造成災(zāi)難性后果。對(duì)千eMBB和eMTC等場(chǎng)景，因?yàn)槠錁I(yè)務(wù)需求對(duì)時(shí)延不是特別敏感，可以把CU和DU分開(kāi)在不同的物理機(jī)房部署，而要支持uRLLC業(yè)務(wù)，就必須要CU和DU合設(shè)。2019年5G網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始商用的場(chǎng)景是支持eMBB業(yè)務(wù)，具備CU和DU分布部署的條件，但實(shí)際部署中還是采取CU和DU—體合設(shè)的形式。這是因?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期大部分是和4G基站共址建設(shè)，只需要對(duì)原先機(jī)房?jī)?nèi)部的傳輸、電源、電池等配套設(shè)施進(jìn)行升級(jí)，再把CU和DU一體的5G基站放進(jìn)去就可以開(kāi)通5G了。如果要實(shí)現(xiàn)CU和DU分離，還需要建設(shè)專門(mén)的CU數(shù)據(jù)機(jī)房，成本太大。運(yùn)營(yíng)商會(huì)隨著后續(xù)5G新業(yè)務(wù)的拓展，逐步進(jìn)行CU和DU物理分離的建設(shè)。MQTT通信及應(yīng)用一、MQTT協(xié)議二、MQTTX軟件三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用一、MQTT協(xié)議MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport，消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議），是一種基于發(fā)布/訂閱（publish/subscribe）模式的“輕量級(jí)”通訊協(xié)議，該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上，由IBM在1999年發(fā)布。MQTT最大優(yōu)點(diǎn)在于，用極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠(yuǎn)程設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù)。作為一種低開(kāi)銷、低帶寬占用的即時(shí)通訊協(xié)議，使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用等方面有較廣泛的應(yīng)用。MQTT協(xié)議工作在低帶寬、不可靠的網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程傳感器和控制設(shè)備通訊而設(shè)計(jì)的協(xié)議，它具有以下主要的幾項(xiàng)特性：一、MQTT協(xié)議（1）使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對(duì)多的消息發(fā)布，解除應(yīng)用程序耦合。這一點(diǎn)很類似于XMPP，但是MQTT的信息冗余遠(yuǎn)小于XMPP，因?yàn)閄MPP使用XML格式文本來(lái)傳遞數(shù)據(jù)。（2）對(duì)負(fù)載內(nèi)容屏蔽的消息傳輸。（3）使用TCP/IP提供網(wǎng)絡(luò)連接。主流的MQTT是基于TCP連接進(jìn)行數(shù)據(jù)推送的，但是同樣有基于UDP的版本，叫做MQTT-SN。這兩種版本由于基于不同的連接方式，優(yōu)缺點(diǎn)自然也就各有不同了。一、MQTT協(xié)議（4）有三種消息發(fā)布服務(wù)質(zhì)量："至多一次"，消息發(fā)布完全依賴底層TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。會(huì)發(fā)生消息丟失或重復(fù)。這一級(jí)別可用于如下情況，環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，丟失一次讀記錄無(wú)所謂，因?yàn)椴痪煤筮€會(huì)有第二次發(fā)送。這一種方式主要普通APP的推送，倘若你的智能設(shè)備在消息推送時(shí)未聯(lián)網(wǎng)，推送過(guò)去沒(méi)收到，再次聯(lián)網(wǎng)也就收不到了。"至少一次"，確保消息到達(dá)，但消息重復(fù)可能會(huì)發(fā)生。"只有一次"，確保消息到達(dá)一次。在一些要求比較嚴(yán)格的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中，可以使用此級(jí)別。在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中，消息重復(fù)或丟失會(huì)導(dǎo)致不正確的結(jié)果。這種最高質(zhì)量的消息發(fā)布服務(wù)還可以用于即時(shí)通訊類的APP的推送，確保用戶收到且只會(huì)收到一次。一、MQTT協(xié)議（5）小型傳輸，開(kāi)銷很小（固定長(zhǎng)度的頭部是2字節(jié)），協(xié)議交換最小化，以降低網(wǎng)絡(luò)流量。它非常適合"在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，傳感器與服務(wù)器的通信，信息的收集"，要知道嵌入式設(shè)備的運(yùn)算能力和帶寬都相對(duì)薄弱，使用這種協(xié)議來(lái)傳遞消息再適合不過(guò)了。（6）使用LastWill和Testament特性通知有關(guān)各方客戶端異常中斷的機(jī)制。LastWill：即遺言機(jī)制，用于通知同一主題下的其他設(shè)備發(fā)送遺言的設(shè)備已經(jīng)斷開(kāi)了連接。Testament：遺囑機(jī)制，功能類似于LastWill。一、MQTT協(xié)議1. 設(shè)計(jì)規(guī)范由于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境是非常特別的，所以MQTT遵循以下設(shè)計(jì)原則：（1）精簡(jiǎn)，不添加可有可無(wú)的功能。（2）發(fā)布/訂閱（Pub/Sub）模式，方便消息在傳感器之間傳遞。（3）允許用戶動(dòng)態(tài)創(chuàng)建主題，零運(yùn)維成本。（4）把傳輸量降到最低以提高傳輸效率。（5）把低帶寬、高延遲、不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)等因素考慮在內(nèi)。（6）支持連續(xù)的會(huì)話控制。（7）理解客戶端計(jì)算能力可能很低。（8）提供服務(wù)質(zhì)量管理。（9）假設(shè)數(shù)據(jù)不可知，不強(qiáng)求傳輸數(shù)據(jù)的類型與格式，保持靈活性。一、MQTT協(xié)議2. MQTT協(xié)議原理（1）MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)MQTT協(xié)議需要客戶端和服務(wù)器端通訊完成，在通訊過(guò)程中，MQTT協(xié)議中有三種身份：發(fā)布者（Publish）、代理（Broker）（服務(wù)器）、訂閱者（Subscribe）。其中，消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務(wù)器，消息發(fā)布者可以同時(shí)是訂閱者。MQTT傳輸?shù)南⒎譃椋褐黝}（Topic）和負(fù)載（payload）兩部分：①Topic，可以理解為消息的類型，訂閱者訂閱（Subscribe）后，就會(huì)收到該主題的消息內(nèi)容（payload）；②payload，可以理解為消息的內(nèi)容，是指訂閱者具體要使用的內(nèi)容。一、MQTT協(xié)議（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸與應(yīng)用消息MQTT會(huì)構(gòu)建底層網(wǎng)絡(luò)傳輸：它將建立客戶端到服務(wù)器的連接，提供兩者之間的一個(gè)有序的、無(wú)損的、基于字節(jié)流的雙向傳輸。當(dāng)應(yīng)用數(shù)據(jù)通過(guò)MQTT網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時(shí)，MQTT會(huì)把與之相關(guān)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）和主題名（Topic）相關(guān)聯(lián)。（3）MQTT客戶端一個(gè)使用MQTT協(xié)議的應(yīng)用程序或者設(shè)備，它總是建立到服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接。客戶端可以：① 發(fā)布其他客戶端可能會(huì)訂閱的信息；② 訂閱其它客戶端發(fā)布的消息；③ 退訂或刪除應(yīng)用程序的消息；④斷開(kāi)與服務(wù)器連接。一、MQTT協(xié)議（4）MQTT服務(wù)器MQTT服務(wù)器以稱為"消息代理"（Broker），可以是一個(gè)應(yīng)用程序或一臺(tái)設(shè)備。它是位于消息發(fā)布者和訂閱者之間，它可以：① 接受來(lái)自客戶的網(wǎng)絡(luò)連接；② 接受客戶發(fā)布的應(yīng)用信息；③ 處理來(lái)自客戶端的訂閱和退訂請(qǐng)求；④向訂閱的客戶轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用程序消息。（5）MQTT協(xié)議中的訂閱、主題、會(huì)話①訂閱（Subscription）訂閱包含主題篩選器（TopicFilter）和最大服務(wù)質(zhì)量（QoS）。訂閱會(huì)與一個(gè)會(huì)話（Session）關(guān)聯(lián)。一個(gè)會(huì)話可以包含多個(gè)訂閱。每一個(gè)會(huì)話中的每個(gè)訂閱都有一個(gè)不同的主題篩選器。一、MQTT協(xié)議②會(huì)話（Session）每個(gè)客戶端與服務(wù)器建立連接后就是一個(gè)會(huì)話，客戶端和服務(wù)器之間有狀態(tài)交互。會(huì)話存在于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間，也可能在客戶端和服務(wù)器之間跨越多個(gè)連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)連接。③主題名（TopicName）連接到一個(gè)應(yīng)用程序消息的標(biāo)簽，該標(biāo)簽與服務(wù)器的訂閱相匹配。服務(wù)器會(huì)將消息發(fā)送給訂閱所匹配標(biāo)簽的每個(gè)客戶端。④主題篩選器（TopicFilter）一個(gè)對(duì)主題名通配符篩選器，在訂閱表達(dá)式中使用，表示訂閱所匹配到的多個(gè)主題。⑤負(fù)載（Payload）消息訂閱者所具體接收的內(nèi)容。一、MQTT協(xié)議（6）MQTT協(xié)議中的方法MQTT協(xié)議中定義了一些方法（也被稱為動(dòng)作），來(lái)于表示對(duì)確定資源所進(jìn)行操作。這個(gè)資源可以代表預(yù)先存在的數(shù)據(jù)或動(dòng)態(tài)生成數(shù)據(jù)，這取決于服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)。通常來(lái)說(shuō)，資源指服務(wù)器上的文件或輸出。主要方法有：① Connect。等待與服務(wù)器建立連接。② Disconnect。等待MQTT客戶端完成所做的工作，并與服務(wù)器斷開(kāi)TCP/IP會(huì)話。③ Subscribe。等待完成訂閱。④ UnSubscribe。等待服務(wù)器取消客戶端的一個(gè)或多個(gè)topics訂閱。⑤Publish。MQTT客戶端發(fā)送消息請(qǐng)求，發(fā)送完成后返回應(yīng)用程序線程。一、MQTT協(xié)議3. MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)在MQTT協(xié)議中，一個(gè)MQTT數(shù)據(jù)包由：固定頭（Fixedheader）、可變頭（Variableheader）、消息體（payload）三部分構(gòu)成。MQTT數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如表1所示。表1MQTT數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)MQTT數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)解釋固定頭（Fixedheader）存在于所有MQTT數(shù)據(jù)包中，表示數(shù)據(jù)包類型及數(shù)據(jù)包的分組類標(biāo)識(shí)。可變頭（Variableheader）存在于部分MQTT數(shù)據(jù)包中，數(shù)據(jù)包類型決定了可變頭是否存在及其具體內(nèi)容。消息體（Payload）存在于部分MQTT數(shù)據(jù)包中，表示客戶端收到的具體內(nèi)容。二、MQTTX軟件1. 軟件介紹MQTTX是一款開(kāi)源的MQTT5.0桌面測(cè)試客戶端，它支持在macOS，Linux，Windows操作系統(tǒng)上運(yùn)行。MQTTX支持創(chuàng)建多個(gè)同時(shí)在線的MQTT客戶端，方便用戶快速測(cè)試MQTT/TCP、MQTT/TLS、MQTT/WebSocket的連接/發(fā)布/訂閱功能及其他MQTT協(xié)議特性。圖1為MQTTX軟件界面。圖1MQTTX軟件界面二、MQTTX軟件2. 主要功能跨平臺(tái)，支持Windows，macOS，Linux；完整支持MQTTv3.1.1以及MQTTv5.0協(xié)議；支持CA、自簽名證書(shū)，以及單、雙向SSL/TLS認(rèn)證；多界面主題，支持Light、Dark、Night三種主題模式切換；訂閱Topic時(shí)可自定義顏色標(biāo)記；支持簡(jiǎn)體中文以及英文；支持MQTT/TCP連接和MQTT/WebSocket連接；支持$SYS主題自動(dòng)訂閱，并可按層級(jí)展開(kāi)；支持多種Payload格式Hex，Base64，JSON，Plaintext。二、MQTTX軟件3. 優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)MQTTX采用了Electron跨平臺(tái)技術(shù)，在交互上一改常見(jiàn)的單一客戶端模式，允許保存多個(gè)連接信息；使用簡(jiǎn)單，能夠快速創(chuàng)建連接，且提供了較為全面的MQTT參數(shù)配置，以便用戶應(yīng)對(duì)任何使用場(chǎng)景、使用方式的模擬測(cè)試，包括對(duì)于MQTTv5.0的支持；以消息聊天的交互形式收發(fā)消息，允許同時(shí)建立多個(gè)客戶端連接并自由切換互相通信，滿足各類MQTT測(cè)試場(chǎng)景；完全開(kāi)源，支持多平臺(tái)。二、MQTTX軟件4. 使用操作MQTTX軟件常用操作介紹見(jiàn)表2。表1MQTT數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)步驟操作示意圖1打開(kāi)軟件后，分別點(diǎn)擊“+”號(hào)，NewConnection，添加連接頁(yè)面。

2根據(jù)圖示順序分別輸入1連接名稱，2客戶端ID，3MQTT通信的服務(wù)器地址，4服務(wù)器端口號(hào)，然后點(diǎn)擊右上角Connect。

二、MQTTX軟件表1MQTT數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)（續(xù)）步驟操作示意圖3連接完成后會(huì)彈出綠色Connected。

4然后點(diǎn)擊左側(cè)NewSubscription打開(kāi)添加訂閱。

5輸入訂閱信息的Topic，然后點(diǎn)擊Confirm。Topic從物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)獲取。

二、MQTTX軟件表1MQTT數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)（續(xù)）步驟操作示意圖6添加完成后等待右側(cè)訂閱信息。三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用1. HL-02接線（1）使用香蕉頭疊插線將溫濕度、PLC、電能表連接到到網(wǎng)關(guān)1的485串口；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（2）先鋒一體機(jī)萬(wàn)兆口1即eno1接到浪潮網(wǎng)關(guān)WAN口;三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（3）PC機(jī)網(wǎng)線連接網(wǎng)關(guān)LAN口（也可通過(guò)交換機(jī)連接）。三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用2. 先鋒一體機(jī)首次開(kāi)機(jī)設(shè)置（1）先鋒一體機(jī)設(shè)備的設(shè)置需要借助顯示器、鍵盤(pán)來(lái)完成，完成線纜連接的基礎(chǔ)上，接通電源后開(kāi)機(jī)，下圖所示為默認(rèn)開(kāi)機(jī)界面；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（2）一體機(jī)登錄賬號(hào)root回車后輸入密碼nihao213（密碼不顯示）再次回車；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（3）鍵入圖示命令，進(jìn)入IP設(shè)置窗口，按照一體機(jī)操作說(shuō)明配置，這里配置1G網(wǎng)口eno1IP為21，eno2IP為22；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（4）在eno1IP設(shè)置窗口，輸入下圖所示圖片中的所有程序指令；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（5）按下Esc按鍵，然后輸入“：wq”，再點(diǎn)擊“回車”，意為保存當(dāng)前設(shè)置并退出；（6）重啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以生效配置。窗口鍵入下方字符串然后回車，即可生效網(wǎng)絡(luò)配置；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（7）網(wǎng)口2的設(shè)置參考2.3-2.6，IP地址修改為22如下圖所示。三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用3. 測(cè)試網(wǎng)絡(luò)配置是否成功（網(wǎng)線連接一體機(jī)和網(wǎng)關(guān)）（1）通過(guò)瀏覽器默認(rèn)IP進(jìn)入網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)采集界面，修改斥候網(wǎng)關(guān)的LAN和WAN口的IP地址。然后重新登陸修改后的IP地址（需要保持訪問(wèn)網(wǎng)關(guān)的PC機(jī)IP地址和網(wǎng)關(guān)IP地址在同一網(wǎng)段內(nèi)才可訪問(wèn)）；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（2）在浪潮云州的數(shù)據(jù)采集界面中，選擇【系統(tǒng)管理】-【工具】，輸入主機(jī)（一體機(jī)）的網(wǎng)口地址，然后點(diǎn)擊“Ping”；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（3）出現(xiàn)當(dāng)前界面，即為網(wǎng)關(guān)到一體機(jī)的網(wǎng)路ping通；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（4）在一體機(jī)中，直接輸入“ping”（即網(wǎng)關(guān)的WAN口IP），然后回車；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（5）下圖所示，表示一體機(jī)到網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)ping通。三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用4. 軟件及其他操作（方法可見(jiàn)浪潮培訓(xùn)視頻）網(wǎng)關(guān)設(shè)置：浪潮網(wǎng)關(guān)設(shè)置WAN口IP為L(zhǎng)AN口IP為0；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用PC機(jī)設(shè)置：PC機(jī)使用網(wǎng)線連接網(wǎng)關(guān)LAN口局域網(wǎng)192.168.0網(wǎng)段，修改電腦IP地址在同一網(wǎng)段后，通過(guò)IP地址21訪問(wèn)iiot物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)賬號(hào)superadmin；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)操作：（1）點(diǎn)擊項(xiàng)目管理-添加項(xiàng)目，打開(kāi)創(chuàng)建項(xiàng)目窗口，添加項(xiàng)目名稱和行業(yè)類型后點(diǎn)擊確定；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（2）選擇設(shè)備管理-產(chǎn)品-網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品頁(yè)面點(diǎn)擊創(chuàng)建產(chǎn)品以創(chuàng)建網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，輸入產(chǎn)品名稱，選擇以太網(wǎng)連網(wǎng)方式，JSON數(shù)據(jù)格式點(diǎn)擊下一步，再次點(diǎn)擊下一步然后確定；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（3）選擇設(shè)備管理-產(chǎn)品-網(wǎng)關(guān)子產(chǎn)品頁(yè)面點(diǎn)擊創(chuàng)建產(chǎn)品以創(chuàng)建網(wǎng)關(guān)子產(chǎn)品，選擇接入網(wǎng)關(guān)協(xié)議并且設(shè)置相應(yīng)參數(shù)然后點(diǎn)擊確定；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（4）選擇設(shè)備管理-設(shè)備-網(wǎng)關(guān)設(shè)備頁(yè)面點(diǎn)擊新增以添加網(wǎng)關(guān)設(shè)備，選擇所屬項(xiàng)目選擇所屬網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品點(diǎn)擊確定；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（5）選擇設(shè)備管理-設(shè)備-網(wǎng)關(guān)子設(shè)備選擇新增以添加網(wǎng)關(guān)子設(shè)備，選擇所屬項(xiàng)目選擇所屬網(wǎng)關(guān)子產(chǎn)品；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（6）設(shè)備管理-設(shè)備-網(wǎng)關(guān)設(shè)備-管理-子設(shè)備管理-添加子設(shè)備，選擇網(wǎng)關(guān)子產(chǎn)品選擇網(wǎng)關(guān)子設(shè)備；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（7）設(shè)備管理-產(chǎn)品-網(wǎng)關(guān)子產(chǎn)品-查看-功能定義-新增，選擇屬性，添加功能名稱如溫度，添加標(biāo)識(shí)符（英文）添加數(shù)據(jù)類型等參數(shù)；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（8）設(shè)備管理-設(shè)備-網(wǎng)關(guān)子設(shè)備-查看-運(yùn)行狀態(tài)，可以看到添加的設(shè)備屬性。三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用PC機(jī)設(shè)置：PC機(jī)連接網(wǎng)關(guān)LAN口時(shí)設(shè)置IP地址192.168.0網(wǎng)段，網(wǎng)頁(yè)ip地址訪問(wèn)網(wǎng)關(guān)賬號(hào)adm密碼123456；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)平臺(tái)操作：（1）邊緣計(jì)算-設(shè)備監(jiān)控-云服務(wù)，選擇浪潮云洲云平臺(tái)，服務(wù)器地址21，MQTT客戶端ID自定（不重復(fù)）。productkey，devucename在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)-設(shè)備管理-設(shè)備-網(wǎng)關(guān)設(shè)備-管理可以看到，高級(jí)設(shè)置默認(rèn)MQTT通信端口1883；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（2）邊緣計(jì)算-設(shè)備監(jiān)控-測(cè)點(diǎn)監(jiān)控，添加控制器，選擇控制器協(xié)議，productkey，devicename在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)-設(shè)備管理-設(shè)備-網(wǎng)關(guān)子設(shè)備-查看可以看到，連接參數(shù)相應(yīng)設(shè)置；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（3）邊緣計(jì)算-設(shè)備監(jiān)控-測(cè)點(diǎn)監(jiān)控，點(diǎn)擊控制器-添加測(cè)點(diǎn)；三、智能制造中的IoT平臺(tái)應(yīng)用（4）邊緣計(jì)算-設(shè)備監(jiān)控-云服務(wù)-上云測(cè)點(diǎn)設(shè)置-上云測(cè)點(diǎn)名稱（英文，默認(rèn)是采集測(cè)點(diǎn)名稱）為設(shè)備管理-產(chǎn)品-網(wǎng)關(guān)子產(chǎn)品-查看-功能定義-新增-屬性-標(biāo)識(shí)符（英文）。基于智能倉(cāng)庫(kù)輸送線的通信網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用一、任務(wù)描述二、調(diào)試一、任務(wù)描述制造領(lǐng)域市場(chǎng)巨大，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)賦能制造業(yè)，主要體現(xiàn)在數(shù)字化以及智能化的工廠改造上，包括工廠機(jī)械設(shè)備的監(jiān)控和工廠環(huán)境的監(jiān)控。如圖XX所示，利用數(shù)字孿生技術(shù)（虛實(shí)結(jié)合）、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、無(wú)線通信）、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，完成智能物流設(shè)備運(yùn)行前的設(shè)備通信，生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集及上傳。圖1智能倉(cāng)庫(kù)輸送線一、任務(wù)描述1.入庫(kù)流程入庫(kù)流程主要是在虛擬輸送線和實(shí)際物理設(shè)備的配合下，將物料輸送至立體庫(kù)的過(guò)程。其中組盤(pán)上料過(guò)程和物料輸送過(guò)程中的信息核對(duì)過(guò)程需要人工參與，具體運(yùn)行流程如圖所示。圖2入庫(kù)流程一、任務(wù)描述2.出庫(kù)流程出庫(kù)流程主要是在虛擬輸送線和實(shí)際物理設(shè)備的配合下，將物料由立體庫(kù)輸送至物料出口的過(guò)程。其中物料輸送過(guò)程中的信息核對(duì)過(guò)程需要人工參與，具體流程如圖所示。圖3出庫(kù)流程一、任務(wù)描述3.盤(pán)點(diǎn)流程盤(pán)點(diǎn)流程主要是在虛擬輸送線和實(shí)際物理設(shè)備的配合下，將物料由立體庫(kù)出庫(kù)，并在輸送線某位置處完成數(shù)量統(tǒng)計(jì)后再回庫(kù)的過(guò)程。其中數(shù)量統(tǒng)計(jì)過(guò)程以及信息錄入過(guò)程需要人工參與，具體流程如圖所示。圖4盤(pán)點(diǎn)流程二、調(diào)試1.硬件選型及匹配圖5硬件對(duì)應(yīng)選型二、調(diào)試2.網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃分析分析要點(diǎn)：表1網(wǎng)絡(luò)通信備選方案序號(hào)通信對(duì)象連接線纜通信方式一、電子式電能表1.1香蕉頭疊插連接線RS4851.2香蕉頭疊插連接線RS4851.3香蕉頭疊插連接線RS4851.4香蕉頭疊插連接線