内容简介 本书是一部从技术原理、工程实践、设计模式和最佳实践等多个维度详细讲解物联网系统和产品开发的著作。它涵盖物联网应用开发80%的场景，能指导读者零基础的读者从0到1构建一个功能齐备的物联网平台，并附有代码和解释。本书既有作者在物联网行业多年实操经验的总结，也结合了作者在高校的多年教学实践经验，是一本既适合高校学生、物联网初学者，也适合有经验的物联网开发者和架构师阅读的佳作。 本书第1版是物联网系统开发领域的畅销书，几乎零差评。第2版新增了全面解析MQTT 5.0协议特性的内容，同时，为了适配EMQX最新版本，对书中的相关代码和配置均进行了更新。 全书共14章，分为三大部分： 第一部分（第1~2章）物联网基础 介绍物联网基础知识，涵盖物联网的概念和常用协议。 第二部分（第3~6章）MQTT协议详解与实战 详细讲解MQTT协议，通过详尽的示例代码对物联网的核心协议——MQTT协议的规范和特性进行讲解。内容包括MQTT 3.1.1和MQTT 5.0。 第三部分（第7~14章）实战：从零开始搭建一个IoT平台 物联网平台开发实战，讲解如何使用开源组件从0到1构建一个功能完备的物联网平台。

目　　录　Contents
前言
第一部分　物联网基础
第1章　什么是物联网　2
1.1　物联网和人工智能　3
1.2　物联网的现状与前景　4
第2章　常见的物联网协议　6
2.1　MQTT协议　6
2.2　MQTT-SN协议　7
2.3　CoAP　8
2.4　LwM2M协议　9
2.5　HTTP　9
2.6　LoRaWAN协议　9
2.7　NB-IoT协议　10
2.8　本章小结　10
第二部分　MQTT协议详解与实战
第3章　MQTT协议基础　13
3.1　MQTT协议的通信模型　13
3.2　MQTT的不同版本　 14
3.3　MQTT Client　14
3.4　MQTT Broker　16
3.5　MQTT协议数据包格式　17
3.6　本章小结　19
第4章　MQTT 3.1.1协议详解　20
4.1　建立到Broker的连接　20
4.1.1　CONNECT数据包　20
4.1.2　CONNACK数据包　23
4.1.3　关闭连接　25
4.1.4　代码实践　26
4.2　订阅与发布　29
4.2.1　PUBLISH数据包　30
4.2.2　代码实践：发布消息　32
4.2.3　订阅一个主题　32
4.2.4　代码实践：订阅主题　35
4.2.5　取消订阅　37
4.3　QoS及其最佳实践　40
4.3.1　MQTT协议中的QoS等级　40
4.3.2　QoS0　40
4.3.3　QoS1　41
4.3.4　QoS2　42
4.3.5　代码实践：使用不同的QoS
发布消息　45
4.3.6　实际的QoS　48
4.3.7　QoS的最佳实践　48
4.4　Retained消息和LWT　49
4.4.1　Retained消息　49
4.4.2　代码实践：发布和接收
Retained消息　50
4.4.3　LWT　52
4.4.4　代码实践：监控Client连接
状态　52
4.5　Keep Alive与连接保活　54
4.5.1　Keep Alive　54
4.5.2　代码实践　56
4.5.3　连接保活　57
4.6　本章小结　59
第5章　MQTT 5.0协议详解　60
5.1　协议包内容扩展　60
5.1.1　属性集　60
5.1.2　原因码　60
5.2　更完善的连接管理　63
5.2.1　获取MQTT Broker的连接
属性　63
5.2.2　代码实践：建立MQTT 5.0
连接　65
5.2.3　Client主动断开连接　65
5.2.4　代码实践：主动断开连接，
触发遗愿机制　66
5.2.5　Broker主动断开连接　67
5.2.6　代码实践：处理客户端标识符
冲突　67
5.3　更完善的会话管理　68
5.3.1　清理会话启动　69
5.3.2　会话过期时间　69
5.3.3　代码实践：在CONNECT数据包
中设定会话过期时间　70
5.3.4　代码实践：在DISCONNECT
数据包中更新会话过期时间　70
5.4　新增消息过期机制　71
5.4.1　消息过期时间　71
5.4.2　代码实践：发布带有过期
时间的消息　72
5.5　协议级别支持共享订阅　73
5.5.1　如何使用共享订阅　73
5.5.2　代码实践：使用共享订阅　74
5.5.3　代码实践：使用带通配符的
共享订阅　75
5.5.4　代码实践：多个共享订阅组　76
5.6　数据包可携带用户属性　77
5.6.1　为什么要引入用户属性　77
5.6.2　典型的使用场景　78
5.7　可声明消息体格式　79
5.7.1　为什么要声明消息体格式　79
5.7.2　如何声明消息体格式　79
5.7.3　代码实践：发布带有消息体
格式的消息　79
5.8　可设置主题别名　80
5.8.1　主题名映射　81
5.8.2　代码实践：使用主题别名　81
5.9　新增请求/响应模式　82
5.9.1　MQTT 5.0之前的解决方案　82
5.9.2　MQTT 5.0的解决方案　83
5.9.3　代码实践：使用请求/响应模式
进行数据交互　84
5.10　订阅时可指定订阅标识符　85
5.10.1　订阅标识符　85
5.10.2　代码实践：使用订阅标
识符　85
5.11　更完善的订阅选项　86
5.11.1　QoS等级选项　87
5.11.2　非本地选项　87
5.11.3　保留Retain标识符选项　87
5.11.4　保留消息处理选项　87
5.11.5　代码实践：设置非本地
选项　87
5.11.6　代码实践：设置保留Retain
标识符选项　88
5.11.7　代码实践：设置保留消息
处理选项　89
5.12　更完善的认证机制　91
5.13　本章小结　92
第6章　MQTT协议实战　93
6.1　“AI+IoT”项目实战　93
6.1.1　用TensorFlow在Android系统
上进行物体识别　93
6.1.2　如何在MQTT协议里传输大
文件　94
6.1.3　消息去重　95
6.1.4　最终的消息数据格式　95
6.1.5　代码实践：上传识别结果　95
6.1.6　在浏览器中运行
MQTT Client　97
6.1.7　代码实践：接收识别结果　97
6.1.8　搭建私有MQTT Broker　98
6.1.9　传输层安全　100
6.2　MQTT常见问题解答　101
6.3　开发物联网应用，学会MQTT
协议就够了吗　101
6.4　本章小结　103
第三部分　实战：从零开始搭建
　一个IoT平台
第7章　准备工作台　107
7.1　安装需要的组件　107
7.2　Maque IotHub的组成部分　108
7.3　项目结构　109
7.3.1　IotHub Server　109
7.3.2　IotHub DeviceSDK　109
7.4　本章小结　111
第8章　设备生命周期管理　112
8.1　设备注册　112
8.1.1　设备三元组　112
8.1.2　EMQX的认证方式　113
8.1.3　设备接入流程　117
8.1.4　Server API：设备注册　118
8.1.5　调整EMQX配置　120
8.1.6　修改DeviceSDK　121
8.1.7　Server API：设备信息
查询　122
8.1.8　Server API：获取接入IotHub
的一次性密码（JWT）　123
8.1.9　完善细节　125
8.2　设备连接状态管理　127
8.2.1　Poor man’s Solution　127
8.2.2　使用EMQX的解决方案　128
8.2.3　管理设备的连接状态　132
8.3　设备的禁用与删除　136
8.3.1　禁用设备　136
8.3.2　删除设备　141
8.4　设备权限管理　142
8.4.1　为什么要控制Publish和
Subscribe权限　142
8.4.2　EMQX的ACL功能　142
8.4.3　集成EMQX的ACL功能　146
8.5　给IotHub加一点扩展性　148
8.5.1　EMQX的纵向扩展　148
8.5.2　EMQX的横向扩展　149
8.6　本章小结　151
第9章　上行数据处理　152
9.1　选择一个可扩展的方案　152
9.1.1　完全基于MQTT协议的方案　153
9.1.2　基于WebHook的方案　154
9.1.3　数据格式　155
9.1.4　主题名规划　156
9.1.5　上行数据存储　156
9.1.6　通知业务系统　157
9.1.7　上行数据查询　157
9.1.8　上行数据处理流程　157
9.2　实现上行数据处理功能　158
9.2.1　DeviceSDK的功能实现　158
9.2.2　IotHub Server的功能实现　160
9.2.3　代码联调　162
9.2.4　通知业务系统　164
9.2.5　Server API历史消息查询　167
9.3　设备状态上报　168
9.3.1　设备状态　168
9.3.2　DeviceSDK的实现　169
9.3.3　IotHub Server 的实现　169
9.3.4　Server API：查询设备状态　171
9.3.5　代码联调　172
9.3.6　为何不用Retained消息　172
9.4　时序数据库　173
9.4.1　时序数据　173
9.4.2　时序数据库概述　174
9.4.3　收集设备连接状态变化的
数据　174
9.5　本章小结　177
第10章　下行数据处理　178
10.1　选择一个可扩展的方案　179
10.1.1　完全基于 MQTT协议的
方案　179
10.1.2　基于EMQX RESTful API的
方案　180
10.1.3　下行数据格式　180
10.1.4　主题名规划　181
10.1.5　如何订阅主题　182
10.1.6　设备端消息去重　182
10.1.7　指令回复　183
10.2　DeviceSDK端的实现　183
10.2.1　消息去重　183
10.2.2　提取元数据　184
10.2.3　处理指令　185
10.2.4　回复指令　186
10.3　服务端的实现　187
10.3.1　更新ACL 列表　187
10.3.2　EMQX发布功能　187
10.3.3　Server API：发送指令　188
10.3.4　Broker自动订阅　189
10.3.5　通知业务系统　190
10.3.6　代码联调　192
10.4　本章小结　195
第11章　IotHub的高级功能　196
11.1　RPC式调用　196
11.1.1　主题规划　197
11.1.2　等待指令回复　198
11.1.3　服务端实现　198
11.1.4　Server API：发送RPC指令　200
11.1.5　更新设备ACL列表　201
11.1.6　更新服务器订阅列表　201
11.1.7　DeviceSDK端实现　202
11.1.8　代码联调　203
11.2　设备数据请求　204
11.2.1　更新设备ACL列表　205
11.2.2　服务端实现　206
11.2.3　DeviceSDK端实现　207
11.2.4　代码联调　207
11.3　NTP服务　209
11.3.1　IotHub 的 NTP 服务　209
11.3.2　DeviceSDK端实现　210
11.3.3　服务端实现　211
11.3.4　代码联调　212
11.4　设备分组　212
11.4.1　功能设计　213
11.4.2　服务端实现　215
11.4.3　DeviceSDK端实现　 218
11.4.4　代码联调　221
11.5　M2M设备间通信　223
11.5.1　主题名规划　223
11.5.2　服务端实现　224
11.5.3　DeviceSDK端实现　225
11.5.4　代码联调　225
11.6　OTA升级　227
11.6.1　功能设计　227
11.6.2　服务端实现　229
11.6.3　DeviceSDK端实现　233
11.6.4　代码联调　235
11.7　设备影子　238
11.7.1　什么是设备影子　238
11.7.2　设备影子的数据结构　238
11.7.3　设备影子的数据流向　239
11.7.4　服务端实现　241
11.7.5　DeviceSDK端实现　246
11.7.6　代码联调　248
11.8　本章小结　250
第12章　扩展EMQX Broker　251
12.1　EMQX的插件系统　251
12.1.1　Erlang语言　252
12.1.2　安装编译工具　252
12.2　我们会用到的Erlang特性　253
12.2.1　Erlang简介　253
12.2.2　变量和赋值　254
12.2.3　特殊的 Erlang 数据类型　255
12.2.4　模式匹配　255
12.2.5　模块与函数　256
12.2.6　宏定义　257
12.2.7　OTP　257
12.3　搭建开发和编译环境　257
12.3.1　使用插件模板　257
12.3.2　代码结构　257
12.3.3　编译和打包　260
12.4　实现基于RabbitMQ的Hook
插件：emqx_rabbitmq?_?plugin　260
12.4.1　插件配置文件　260
12.4.2　建立RabbitMQ的连接池　261
12.4.3　处理client.connected事件　263
12.4.4　处理client.disconnected
事件　263
12.4.5　处理message.publish事件　264
12.5　使用emqx_rabbitmq?_?plugin
插件　265
12.5.1　安装和启用插件　265
12.5.2　测试插件　266
12.5.3　管理插件配置　267
12.5.4　集成emqx_rabbitmq?_?plugin
插件　268
12.5.5　IotHub 的全新架构　269
12.6　本章小结　270
第13章　集成CoAP　271
13.1　CoAP简介　271
13.1.1　CoAP的消息模型　272
13.1.2　CoAP的请求/响应机制　272
13.1.3　CoAP OBSERVE　273
13.1.4　CoAP HTTP网关　273
13.2　集成CoAP到IotHub　274
13.2.1　EMQX的CoAP网关　274
13.2.2　设备发起连接　277
13.2.3　设备上报数据　279
13.2.4　设备发送心跳　280
13.2.5　设备主动断开连接　281
13.3　本章小结　282
第14章　使用其他语言扩展
　EMQX　283
14.1　EMQX的gRPC钩子　283
14.2　gRPC简介　284
14.3　基于EMQX的gRPC钩子实现
插件功能　284
14.3.1　ExHook的服务定义　284
14.3.2　代码结构　286
14.3.3　OnProviderLoaded接口　287
14.3.4　OnClientConnected接口　288
14.3.5　OnClientDisconnected
接口　290
14.3.6　OnMessagePublish接口　290
14.4　启用emqx_rabbitmq?_node_
plugin　293
14.5　本章小结　294
结语　我们学到了什么　295
附录A　如何运行Maque IotHub　299