前言
這一段時間在翻看MQTT-SN的協(xié)議，對針對不依賴于TCP傳輸?shù)腗QTT協(xié)議十分感興趣，總是再想著這貨到底是怎么定義的。一系列文章皆有MQTT-SN 1.2協(xié)議所拼裝組成，原文檔地址： MQTT-SN_spec_v1.2.pdf
MQTT-SN文檔分為7個部分，我直接按照從前到后的順序，直接組裝成四個小篇。嗯，若放在一篇文章中，文字太長，造成排版難度。
非直譯，完全按照自己理解整理而成，請知曉。
版本變遷歷史
- 2007-11-29 1.0版本
- 2008-6-5 1.1版本，增加休眠設(shè)備支持
- 2011-5-20 1.2版本
- 增加消息長度255字節(jié)支持
- 增加轉(zhuǎn)發(fā)封裝支持
- 增加返回代碼"0x03 Rejected, not supported"
- ReturnCode 增加到WILLTOPICRESP和WILLMSGRESP消息中
MQTT-SN名稱由來
原名是MQTT-S，但會引起人們的誤解，因此更名成MQTT-SN：
As part of the job of applying the same or similar license terms to the MQTT-S specification as those on the MQTT specification, we are proposing a small name change. The new name would be MQTT-SN, standing for exactly the same long name, MQTT for Sensor Networks. Some people had assumed that the S in MQTT-S stood for secure, so we hope this change will avoid that confusion. -- Ian Craggs
MQTT-SN存在目的
MQTT for Sensor Networks is aimed at embedded devices on non-TCP/IP networks, such as Zigbee. MQTT-SN is a publish/subscribe messaging protocol for wireless sensor networks (WSN), with the aim of extending the MQTT protocol beyond the reach of TCP/IP infrastructure for Sensor and Actuator solutions.
針對適配傳感裝置（縮寫為SA）的特定版MQTT協(xié)議，一般運行在嵌入式電池驅(qū)動的電子元件中，傳輸通過基于IEEE 802.15.4規(guī)范無線低速網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN），同樣具有企業(yè)級別特性具有以數(shù)據(jù)為核心的（data-centric）訂閱/發(fā)布特性。
總之，針對低功耗、電池驅(qū)動、處理存儲受限的設(shè)備、不支持TCP/IP協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)的電子器件而定制，比如常見的ZigBee（或XBee），對所依賴的底層傳輸網(wǎng)絡(luò)不可知，但只要網(wǎng)絡(luò)支持雙向數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)關(guān)，都是可以支持較為上層的MQTT-SN協(xié)議傳輸。比如簡單數(shù)據(jù)報服務(wù)，只要支持一個源端點發(fā)送數(shù)據(jù)到一個特定目的地端點，這對支持MQTT-SN協(xié)議，就足夠了。廣播數(shù)據(jù)報傳輸服務(wù)也是必須的用于網(wǎng)關(guān)和終端的自動發(fā)現(xiàn)流程。為了降低廣播風(fēng)暴，MQTT-SN定義了廣播路徑深度（廣播范圍或廣播半徑）。
一些名詞和術(shù)語
- topic id，主題標(biāo)識符，兩個字節(jié)16位表示的自然數(shù)（java語言short類型，0-65535范圍），對應(yīng)于主題topic name
- 網(wǎng)關(guān)/服務(wù)器（gateway/server），在MQTT-SN中統(tǒng)一稱之為網(wǎng)關(guān)，主要處理和MQTT-SN客戶端的交互，縮寫為網(wǎng)關(guān)
- MQTT-SN終端和客戶端（client），統(tǒng)一稱之為客戶端，其實也是嵌入式傳感設(shè)備，或電子元件，資源受限，在無線區(qū)域個人網(wǎng)中運行
- IEEE 802.15.4，完整棧的整個數(shù)據(jù)上限為128個字節(jié)，一般選擇UDP（相比20個字節(jié)的TCP協(xié)議，UDP報文頭部僅僅需要8個字節(jié)）協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)
- 低速網(wǎng)絡(luò)/當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)，指的是LR-WPAN（low-rate wireless personal area network,），低速無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)
MQTT-SN VS MQTT
盡管MQTT-SN被設(shè)計成盡可能接近于MQTT，但那些低功耗、電池驅(qū)動、資源受限的設(shè)備所在網(wǎng)絡(luò)場景為低速帶寬、高連接失敗、物理層數(shù)據(jù)包上線為128字節(jié)。文檔提出了以下不同點：
- CONNECT消息被拆分成三個消息（CONNECT，WILLTIPIC，WILLMSG），后兩者用于客戶端傳遞遺囑主題和遺囑消息等
- 在PUBLISH消息中主題（topic name）被替換成兩個字節(jié)長度自然數(shù)（topic id），這個需要客戶端通過注冊流程進(jìn)行獲取對應(yīng)的topic id
- 預(yù)定義（提前定義）topic id和topic name，省去中間注冊流程，客戶端和網(wǎng)關(guān)要求提前在其固件中指定
- 協(xié)議引入的自動發(fā)現(xiàn)機(jī)制可幫助客戶端發(fā)現(xiàn)潛在的網(wǎng)關(guān)。若存在多個網(wǎng)關(guān)，彼此可協(xié)調(diào)是為主從互備或者負(fù)載均衡
- "clean session"即可作用于訂閱持久化，也被擴(kuò)展作用于遺囑特性（遺囑主題和遺囑消息）
- 針對休眠設(shè)備增加離線保活機(jī)制支持，當(dāng)有消息時代理需要緩存，客戶端被喚醒時再發(fā)送
MQTT-SN架構(gòu)示意
在MQTT-SN架構(gòu)圖中，存在三種組件：
- MQTT-SN 客戶端
- MQTT-SN 網(wǎng)關(guān)，可單獨存在，也可以被集成到MQTT服務(wù)器中。需要承擔(dān)MQTT-SN和MQTT協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換工作
- MQTT-SN 轉(zhuǎn)發(fā)器，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)前客戶端數(shù)據(jù)到不可直接訪問的網(wǎng)關(guān)上去，針對客戶端而言網(wǎng)關(guān)不可直接訪問時，轉(zhuǎn)發(fā)器作用就凸顯。轉(zhuǎn)發(fā)器封裝MQTT-SN消息轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關(guān)，解封來自網(wǎng)關(guān)的消息發(fā)送給客戶端。網(wǎng)關(guān)不能夠篡改原始數(shù)據(jù)。
MQTT-SN傳輸網(wǎng)關(guān)
MQTT-SN網(wǎng)關(guān)傳輸方式，下面的圖片一目了然。 
- 透明網(wǎng)關(guān)，會為每一個客戶端都建立一個TCP連接到MQTT服務(wù)器的通道，這樣會較為耗費網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源，但模型簡單
- 聚合網(wǎng)關(guān)，只建立一條TCP連接通道到MQTT服務(wù)器上，所有的客戶端共享一個通道，很經(jīng)濟(jì)的說。
網(wǎng)關(guān)需要抉擇哪些消息需要和遠(yuǎn)程的MQTT Server進(jìn)行交互，比如只選擇客戶端發(fā)送的PUBLISH、SUBSCRIBLE消息等。
小結(jié)
上面簡單介紹了MQTT-SN，下面將會介紹MQTT-SN消息頭部和格式。