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机器人通信的通信渠道

news 2026/5/8 18:48:37

通信渠道待学习：

- TCP（已支持）

- RESTful

Json RPC相关内容

http://wiki.geekdream.com/Specification/json-rpc_2.0.html

MQTT

1.什么是mqtt

mqtt是一种轻量级的，基于发布订阅模式的，适用于资源受限的设备和低带宽高延迟网络环境下，的消息传输协议

2.mqtt为什么适用于物联网

1，轻量级，物联网设备在处理能力，内存上具有限制，mqtt协议传输的报文小，消耗的资源最少，有限条件下也能够较好通信

2、可靠性：物联网环境具有高延迟的特点，mqtt具有Qos 等级，会话感知和保持连接能力，所以能够保证消息可靠传输

3、双向通信：mqtt具有发布订阅模式，使得设备之间能够进行双向通信。客户端能够向主题发布消息，也能够从主题订阅消息，从而实现数据交换，并且可以不于设备端耦合

4、保持连接：mqtt提供了客户端与Broker之间保持有状态会话的能力，能够记住订阅的话题和未发送的消息，此外，建立连接时可以指定间隔时间检查Broker连接状态。（Broker：MQTT 消息服务器 / 消息中间件

3.mqtt工作原理

MQTT是基于发布订阅模式的消息传输协议，该架构包括3个组件：客户端，Broker和主题。mqtt客户端通过主题发布和订阅消息，通过mqttBroker进行消息路由，并按照预设的Qos服务质量等级进行可靠传输。

mqtt客户端：凡是使用mqtt客户端库的设备或应用都是客户端，例如使用mqtt发送传感器数据，或者mqtt的测试工具

mqttBroker：处理客户端请求的的关键组件，具有建立连接断开链接，订阅和取消订阅等操作，以及进行消息转发的能力。接收发布者发布的消息，并根据订阅的主题将消息发送给订阅者

主题：具有层级结构的字符串，类似url路径，mqtt会通过主题发布和订阅消息。仅在订阅时能够使用通配符，+匹配单个层级，#匹配多个层级子路径

Qos质量等级：qos 0最多传送一次消息，1至少传递1次消息，2只传递1次

4.工作流程

1、客户端通过TCP协议与Broker建立连接，可以选择通过TSL或者SSL进行安全连接，

2、可以向特定主题发送消息，也可以订阅特定主题的消息。当客户端发布消息时，发布给mqtt Broker，当客户端订阅消息时，接收与订阅主题相关的消息。

3、broker接收到发布的消息，将消息转发给订阅了对应主题的客户端。根据qos等级进行可靠消息连接，并且为断开连接的客户端存储消息

https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt

5.mqtt与http协议的区别

https://www.emqx.com/zh/blog/mqtt-vs-http

集成使用mqtt和http协议

机器人应用一，车联网应用都是集成使用mqtt和http协议，mqtt协议周期性的上报自身状态，存储到服务器中，用户需要获取时，通过http协议完成请求即可。

对于http面向mqtt，可以理解为，用户需要获取时通过将http消息转换成

6.mqtt与websocket协议的区别

https://www.emqx.com/zh/blog/mqtt-vs-websocket

mqtt与websocket对比
特性	mqtt	websocket
架构	发布订阅模式	双向通信
通信	异步通信、支持广播（一对多	异步通信、点对点（一对一
连接类型	通过Broker实现持久化连接	直接持久化连接
消息分发	Broker可为离线订阅缓存消息	不支持原生队列，可靠性持久化需要借助额外组件在应用层实现
消息Qos	0（最多1次），1（至少1次），2（仅1次）	无内置Qos，依赖TCP
数据效率	头部开销极小，效率高	帧结构开销大
实时能力	高、但Broker可能会引入延迟	极高、支持数据即时传输
受限网络条件下的能力	适应性强，适合各种网络条件	在稳定网络下表现最佳
使用场景	IoT、遥测、受限网络、云原生事件流、微服务、AI 数据管道、数字孪生、SDV	适用于实时 Web 应用、游戏和互动平台

Webocket

https://cloud.tencent.com/developer/article/2403374

1.什么是websocket

Websocket是一种协议，在web应用程序与服务器之间建立实时、双向的连接

通过一个单一的TCP建立持久化连接，使得web应用程序能够实时传输数据

2.websocket的优势与劣势

优势：

实时：由于Websocket的持久化连接，可以实现实时的传输数据，避免了web应用程序多次发送请求以获取最新数据（web页面上部分数据是实时推送过来的，而非每次请求去获取的）
双向：websocket协议支持双向通信，服务器能够主动的推送数据到客户端

劣势：

需要服务器和浏览器都支持：协议比较新，需要都支持才能使用
资源占用：在服务器上建立持久化的连接需要持续消耗CPU和内存

3.websocket工作流程

流程分为4个阶段：连接建立阶段、连接开放阶段、连接关闭阶段、连接关闭完成阶段

客户端向服务器发送一次websocket握手请求，服务端建立请求返回连接的websocket响应，客户端和服务端在建立的连接上发送数据，直到其中一方发送带有关闭帧的数据来关闭连接，关闭帧被接收后连接关闭。

JSON-RPC

参考学习：https://blog.csdn.net/2301_79556402/article/details/154883488?ops_request_misc=elastic_search_misc&request_id=63382fcf5c47dc89ecaf1a926bafd4a4&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~baidu_landing_v2~default-3-154883488-null-null.142^v102^pc_search_result_base1&utm_term=JSON-RPC&spm=1018.2226.3001.4187

1、什么是JSON-RPC

JSON-RPC是一种约定好的，基于JSON格式的沟通协议。它允许在不同运行环境和不同语言下通过网络进行函数调用。

JSON：轻量级的，一种易于机器解析和生成的数据格式

// 这就是JSON，它描述了一个人 { "name": "张三", "age": 30, "isStudent": false }

RPC：远程过程调用。像调用本地函数一样去调用远程服务器上的函数

2、怎么使用JSON-RPC

JSON-RPC的格式：客户端和服务器必须严格按照这个格式发消息、解析消息，才能正常通信。

完整格式分3类：

请求格式：客户端->服务端

成功响应格式：服务端->客户端

错误响应格式：服务端->客户端

请求格式：

{ "jsonrpc": "2.0", "method": "subtract", "params": [42, 23], "id": 1 }

jsonrpc: 必须。声明协议版本，永远是 "2.0"。

method: 必须。一个字符串，指定要调用的远程方法名。

params: 可选。调用方法时传递的参数。可以是数组（如上例），也可以是对象（如 {"minuend": 42, "subtrahend": 23}）。

id: 可选，但强烈建议有。用于匹配请求和响应。如果是一个通知类型的请求（不需要回复），可以省略 id。

成功响应格式：

{ "jsonrpc": "2.0", "result": 19, "id": 1 }

jsonrpc:必须。同样是"2.0"。

result:必须（成功时）。由被调用方法返回的数据。

id:必须。必须与对应请求中的id完全一致。

失败响应格式

{ "jsonrpc": "2.0", "error": { "code": -32601, "message": "Method not found", "data": "The method 'foo' does not exist." }, "id": 1 }

error:必须（失败时）。一个包含错误信息的对象。

code: 预定义的错误码（如-32700解析错误，-32601方法未找到，-32602无效参数）。

message: 错误的简短描述。

data:可选。包含关于错误的额外信息。

批量操作（强大功能）

一次性发送多个请求：

[ {"jsonrpc": "2.0", "method": "sum", "params": [1,2,4], "id": "1"}, {"jsonrpc": "2.0", "method": "notify_hello", "params": [7]}, {"jsonrpc": "2.0", "method": "subtract", "params": [42,23], "id": "2"} ]

服务器会按顺序处理并返回一个响应数组：

[ {"jsonrpc": "2.0", "result": 7, "id": "1"}, {"jsonrpc": "2.0", "result": 19, "id": "2"} ] // 注意：第二个请求是通知（无id），所以没有对应的响应。

3、为什么使用JSON-RPC

JSON-RPC 的优势：

非常专注：它生来就是为了“远程调用”，协议本身只关心请求、响应和通知，没有 REST 那种“资源”、“URI”、“HTTP方法”等概念。对于需要执行一个“动作”或“命令”的场景（比如“重启服务器”、“执行一个复杂查询”、“批量处理数据”），JSON-RPC 的表达更直接。
高灵活性：因为方法名和参数结构完全自定义，后端可以轻松地增加新的“方法”（API）而无需改变 URL 结构。对于内部微服务之间的通信，这种灵活性非常宝贵。
批量操作：JSON-RPC 支持将多个请求打包成一个数组发送（批量请求），服务器会处理所有请求并返回一个响应数组。这能显著减少网络往返开销，提升性能。
与传输层无关：虽然最常跑在 HTTP 上，但 JSON-RPC 协议本身也可以用在 WebSocket、TCP 甚至消息队列上，非常适合需要长连接、双向通信的场景（如实时应用）。

vs. RESTful API：一个简单的比喻 RESTful API 像是一个图书馆管理员。 你通过“动作”（HTTP方法）来操作“资源”（URI）。 GET /books/1 （获取ID为1的书） POST /books （创建一本新书） PUT /books/1 （更新ID为1的书） 它非常适合于围绕“资源”进行增删改查的模型。 JSON-RPC 像是一个万能服务员。 你直接告诉他你要“干什么”和“需要什么”。 {"method": "getBook", "params": {"id": 1}} {"method": "createBook", "params": {"title": "..."}} {"method": "updateBook", "params": {"id": 1, "title": "..."}} 它非常适合于执行各种不同的“命令”和“操作”。