前言

MQTT 協(xié)議早已是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域當(dāng)之無愧的主流協(xié)議，其憑借輕巧高效、可靠安全、雙向通訊等特性在諸多行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺搭建中得到了廣泛的應(yīng)用。那么 MQTT 協(xié)議在車聯(lián)網(wǎng)場景中的應(yīng)用情況如何呢？

本文將從 EMQ 車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)用戶實(shí)際案例經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，對比不同物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議在車聯(lián)網(wǎng)平臺搭建應(yīng)用中的利弊，分享企業(yè)該如何基于自身情況選擇合適的 MQTT 消息接入產(chǎn)品與服務(wù)，以及當(dāng)前在數(shù)據(jù)傳輸安全、數(shù)據(jù)集成等方面的最熱門技術(shù)方案。

MQTT 協(xié)議適合車聯(lián)網(wǎng)嗎？

整個車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)架構(gòu)復(fù)雜，涉及多個通信環(huán)節(jié)，在本文中我們討論的是車聯(lián)網(wǎng)平臺主要負(fù)責(zé)的云-端消息接入模塊。

MQTT 是基于發(fā)布/訂閱模式的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，具有簡單易實(shí)現(xiàn)、支持 QoS、報文小等特點(diǎn)，占據(jù)了物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的半壁江山。在車聯(lián)網(wǎng)場景中，MQTT 依然能夠勝任海量車機(jī)系統(tǒng)靈活、快速、安全接入，并保證復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下消息實(shí)時性、可靠性， 其主要應(yīng)用優(yōu)勢如下：

開放消息協(xié)議，簡單易實(shí)現(xiàn)。市場上有大量成熟的軟件庫與硬件模組，可以有效降低車機(jī)接入難度和使用成本；

提供靈活的發(fā)布訂閱和主題設(shè)計，能夠通過海量的 Topic 進(jìn)行消息通信，應(yīng)對各類車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)；

Payload 格式靈活，報文結(jié)構(gòu)緊湊，可以靈活承載各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并有效減少車機(jī)網(wǎng)絡(luò)流量；

提供三個可選的 QoS 等級，能夠適應(yīng)車機(jī)設(shè)備不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；

提供在線狀態(tài)感知與會話保持能力，方便管理車機(jī)在線狀態(tài)并進(jìn)行離線消息保留。

綜上，如果配以具備海量車端連接、軟實(shí)時、高并發(fā)數(shù)據(jù)吞吐以及多重安全保障能力的消息中間件產(chǎn)品，MQTT 協(xié)議無疑是將為車聯(lián)網(wǎng)平臺的搭建帶來便利。

相比于 MQTT，其他協(xié)議差在哪里？

目前為止大多數(shù)車聯(lián)網(wǎng)客戶首選的都是 MQTT 協(xié)議，我們也遇到過一些客戶曾選擇其他諸如私有 TCP、HTTP 協(xié)議，但從最終結(jié)果來看，MQTT 都是車聯(lián)網(wǎng)場景下的最佳選擇。

在沒有接觸過 MQTT 協(xié)議之前，華南某大型主機(jī)廠采用了私有化的 TCP 協(xié)議(ACP 協(xié)議)構(gòu)建車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺。經(jīng)過長周期的協(xié)議規(guī)范設(shè)計和開發(fā)，基本實(shí)現(xiàn)了車聯(lián)網(wǎng)平臺的主要功能。但隨著車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)場景的不斷增加和車機(jī)數(shù)量的不斷增長，私有化的 TCP 的弊端逐漸凸顯：協(xié)議私有化定義與版本維護(hù)困難、所有的協(xié)議功能(如?；睢嗑€重連、離線消息等)都需要定制開發(fā)，私有的協(xié)議也導(dǎo)致終端硬件適配都需要定制開發(fā)，成本高、周期長，更新迭代慢等問題突出。隨著 MQTT 協(xié)議生態(tài)不斷完善和在車聯(lián)網(wǎng)平臺通訊協(xié)議選型中被廣泛采用，該主機(jī)廠在新一代車聯(lián)網(wǎng)平臺的開發(fā)中開始采用 MQTT 協(xié)議，基于 EMQX 物聯(lián)網(wǎng)接入平臺為其提供的完善 MQTT 協(xié)議支持，不僅降低了開發(fā)成本、縮短了開發(fā)周期，同時實(shí)現(xiàn)了更多的功能場景和運(yùn)維手段。

華東某大型主機(jī)廠現(xiàn)有一百多萬的存量車機(jī)，之前的車聯(lián)網(wǎng)平臺采用私有的 TCP 協(xié)議構(gòu)建，面對百萬車機(jī)海量的消息通信，私有化的 TCP 協(xié)議維護(hù)成本高，消息可靠性無保障，日常系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)展開發(fā)工作量大。隨著 MQTT 協(xié)議在集團(tuán)內(nèi)部車聯(lián)網(wǎng)平臺廣泛采納，該主機(jī)廠也開始啟動 MQTT 協(xié)議的改造升級工作，目前針對部分車型已經(jīng)通過 OTA 升級的方式完成了升級，未來他們計劃分階段逐步完成所有車型的升級改造工作。

還有一個車企客戶早期與我們接觸過，但考慮到初期業(yè)務(wù)比較簡單以及自身技術(shù)選型問題，最終使用了自建 HTTP 服務(wù)的形式接入車機(jī)。隨著業(yè)務(wù)發(fā)展，傳統(tǒng)的請求-響應(yīng)模式通信已經(jīng)無法滿足新增業(yè)務(wù)需求，同時隨著功能與終端數(shù)量增多，整個平臺通信量成倍增加，使用 HTTP 接入出現(xiàn)了性能瓶頸。該客戶最終還是選擇了 MQTT 作為接入?yún)f(xié)議，使用 EMQX 提供的數(shù)據(jù)接入方案很好地解決了之前的業(yè)務(wù)難題。

總體來看，私有協(xié)議具有封閉性、排他性等特點(diǎn)，在制定初期是為了解決特定的問題而設(shè)計導(dǎo)致缺乏靈活性，往往在業(yè)務(wù)調(diào)整之后難以滿足新的需求，企業(yè)不得不在協(xié)議中加入更多的特性;又或者因?yàn)榻尤肓康脑龆?，私有協(xié)議 Server 端過早達(dá)到了性能和擴(kuò)展性的瓶頸。以上種種原因最終導(dǎo)致用戶工作的重心從業(yè)務(wù)開發(fā)轉(zhuǎn)移到接入層、中間件的開發(fā)，無形中增加了平臺項(xiàng)目成本。因此 MQTT 協(xié)議順理成章地成為最適合車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的主流協(xié)議。

如何選擇MQTT消息接入產(chǎn)品/服務(wù)？

平臺設(shè)計中，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計與產(chǎn)品選型是一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程。用戶首先要結(jié)合應(yīng)用場景，評估產(chǎn)品功能是否滿足業(yè)務(wù)需求，性能與可擴(kuò)展性能否能夠支撐平臺短期的設(shè)計容量以及未來可能的增長;產(chǎn)品使用成本也是一個重要的考量，產(chǎn)品本身的成本、IaaS 基礎(chǔ)設(shè)施、開發(fā)集成和維護(hù)工作這些都會影響客戶的總體擁有成本;此外還應(yīng)當(dāng)結(jié)合產(chǎn)品全球化能力進(jìn)行評估，對于有海外業(yè)務(wù)的項(xiàng)目，產(chǎn)品能否支持全球部署、是否滿足各個地區(qū)的合規(guī)性、能否避免云計算提供商鎖定這些都是選擇產(chǎn)品的依據(jù)。

EMQ 的車聯(lián)網(wǎng)客戶在選型過程中經(jīng)常會與云計算提供商的物聯(lián)網(wǎng)消息接入 SaaS 服務(wù)進(jìn)行對比。相比之下 EMQX 的優(yōu)勢主要在于私有部署和標(biāo)準(zhǔn)化能力 —— 支持私有部署到任意云平臺，無平臺鎖定，提供標(biāo)準(zhǔn) MQTT 協(xié)議，這也是車聯(lián)網(wǎng)客戶普遍看重的一點(diǎn)。

避免云計算供應(yīng)商鎖定有助于企業(yè)用戶獲得競價優(yōu)勢，可以減少企業(yè)與云計算供應(yīng)商中止合作關(guān)系而帶來的影響。另一方面多云支持也可以充分使用不同云計算提供商的技術(shù)與商業(yè)優(yōu)勢，比如一些全球運(yùn)營的企業(yè)可以在國內(nèi)和海外選擇不同的云計算提供商。

此外還有相當(dāng)一部分客戶看中 EMQX 較低的使用成本，根本原因是由于計費(fèi)方式不同，往往業(yè)務(wù)規(guī)模越大，云計算提供商的接入服務(wù)成本越高。

不過從成本考量也有例外。之前曾有車企用戶評估了云提供商的接入服務(wù)和 EMQX 后，考慮到自身的運(yùn)維成本和風(fēng)險后最終放棄私有部署，選擇了云提供商的接入服務(wù)。而隨著 EMQ 的全托管 MQTT 消息服務(wù) - EMQX Cloud 的上線，這個問題也得到解決。通過 EMQX Cloud，現(xiàn)在用戶可以在免除基礎(chǔ)設(shè)施管理維護(hù)負(fù)擔(dān)的同時，保持了同私有部署一致的成本預(yù)算清晰可控、跨云跨平臺等優(yōu)勢，沒有后顧之憂地開展車聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)。

對于有私有部署需求的客戶，EMQX 也有其獨(dú)有的優(yōu)勢。EMQX 提供全球性的商業(yè)支持，較高的產(chǎn)品性能可帶來海量連接和吞吐能力，規(guī)則引擎與數(shù)據(jù)橋接則提供快速集成能力。同時針對車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，高可靠和易擴(kuò)展架構(gòu)能力以及云邊一體的 V2X 信息交互能力也讓 EMQX 在支持私有部署的同類產(chǎn)品中脫穎而出。

2018 年上汽大眾在設(shè)計研發(fā)新一代車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時，SC 部門考慮到新型車聯(lián)網(wǎng)大并發(fā)、低時延、高吞吐的場景需求，參考了國內(nèi)外主流新型車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，最終采用了基于 MQTT 協(xié)議建設(shè)新一代車聯(lián)網(wǎng)平臺。

該項(xiàng)目中，MQTT 的特性與 EMQX 強(qiáng)大規(guī)則引擎數(shù)據(jù)集成能力和通用型總線能力有效滿足了客戶對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)下消息實(shí)時性可靠性的要求，并解決了項(xiàng)目時間緊、任務(wù)重，需要快速開發(fā)對接的需求。

查看客戶成功故事： ??上汽大眾聯(lián)合 EMQ 打造新一代智慧車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)??

大家都在使用什么技術(shù)方案？

作為消息中間件，EMQX 提供了豐富且靈活的集成能力，且每個功能都提供了不同的技術(shù)方案以供用戶選擇，經(jīng)過長期使用總結(jié)，比較熱門的技術(shù)方案如下：

安全保障

在傳輸鏈路層上我們均推薦用戶啟用 TLS 加密傳輸，但是多數(shù)云計算提供商的負(fù)載均衡產(chǎn)品不支持 TLS 終結(jié)，生產(chǎn)部署時需要額外部署 HAProxy 等組件來卸載 TLS 證書。另外有部分客戶需要國密算法 TLS 加密傳輸，我們也專門定制提供了方案。

TBox 接入最常見的是使用證書認(rèn)證，EMQX 提供可擴(kuò)展的認(rèn)證鏈，支持第三方認(rèn)證平臺擴(kuò)展(如 PKI 系統(tǒng))，基于用戶名/密碼的外置數(shù)據(jù)源和內(nèi)部數(shù)據(jù)庫認(rèn)證其次。

此外絕大部分用戶都啟用了 EMQX 鑒權(quán)功能，為不同 TBox 終端分配相應(yīng)的發(fā)布、訂閱權(quán)限以有效保護(hù)數(shù)據(jù)安全。

數(shù)據(jù)集成

將流經(jīng) EMQX 的海量車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)連接是客戶最重視的能力，EMQX 內(nèi)置了規(guī)則引擎和數(shù)據(jù)橋接能力，可以將 MQTT 數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)?Kafka、各類 SQL / NoSQL / 時序數(shù)據(jù)庫中，而實(shí)際項(xiàng)目中絕大多數(shù)客戶都使用 Kafka 作為后端流處理組件。

Kafka 專注于數(shù)據(jù)的存儲和讀取，而 EMQX 則側(cè)重于客戶端和服務(wù)器之間的通信，EMQX 用來快速接收和處理來自大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的消息，Kafka 可以收集并存儲這些數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給后端程序來分析和處理，這個架構(gòu)是目前應(yīng)用最廣的數(shù)據(jù)集成方案。

寫在最后

目前汽車電子發(fā)展迅速，助推車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)技術(shù)升級，智能交通及汽車行業(yè)未來市場前景可觀，可以預(yù)見有更多的車主消費(fèi)者和騎車廠家將從中收益?；谕晟频?MQTT 協(xié)議和 EMQX 強(qiáng)大的產(chǎn)品能力可以幫助車聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)者快速構(gòu)建健壯、靈活的車聯(lián)網(wǎng)平臺。EMQ 也將緊跟行業(yè)發(fā)展趨勢，推進(jìn)消息傳輸和邊緣計算相關(guān)的技術(shù)發(fā)展和落地，為自動駕駛、車輛協(xié)同、車聯(lián)網(wǎng)用戶提供更快、更好、更智能的消息服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)置。