憑借多路復(fù)用、更快的連接建立和遷移等優(yōu)勢(shì)特性,MQTT over QUIC 已逐漸成為下一代的物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。EMQ 在產(chǎn)品中開創(chuàng)性的采用 MQTT over QUIC 這一協(xié)議,為各行業(yè)的用戶提供更好的性能和更穩(wěn)定連接,特別適用于解決在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)傳輸挑戰(zhàn)。
MQTT over QUIC 將傳統(tǒng) MQTT 協(xié)議中基于 TCP 的傳輸層協(xié)議替換為了 QUIC(Quick UDP Internet Connections)。與 TCP 不同,QUIC 基于 UDP(User Datagram Protocol)構(gòu)建,更適合在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)條件下進(jìn)行通信,帶來低延遲、減少握手時(shí)間、支持多路復(fù)用等諸多優(yōu)勢(shì)。
在 2023 年夏季,EMQ 聯(lián)合英特爾和上海交通大學(xué)推出了一門短期課程,旨在向國內(nèi)外高校學(xué)生深入講解和實(shí)踐 MQTT over QUIC 協(xié)議的各項(xiàng)性能。在課程中,我們模擬了車聯(lián)網(wǎng)中常見的不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,為大學(xué)提供了機(jī)會(huì)利用 MQTT over QUIC 協(xié)議設(shè)計(jì)并執(zhí)行各種實(shí)驗(yàn)。課程中使用英特爾開發(fā)套件愛克斯開發(fā)板 AIxBoard,并運(yùn)用 EMQ 的各類物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)軟件完成整個(gè)開發(fā)項(xiàng)目的實(shí)踐。
大學(xué)關(guān)于 MQTT over QUIC 的案例分享
1- MQTT over QUIC 在弱網(wǎng)環(huán)境下的性能驗(yàn)證
實(shí)驗(yàn)一:
來自烏克蘭 Kharkiv National University of Radio Electronics 大學(xué) 的 Dmytro Fedoryshyn 同學(xué),利用EMQX 5.0 與 emqtt_bench 工具,在 AWS c7g.xlarge (4vCPU/8Gi) 實(shí)例上,比較了 MQTT over QUIC 與 MQTT over TCP 兩者之間的性能表現(xiàn)。
實(shí)驗(yàn)經(jīng)過:Dmytro Fedoryshyn 同學(xué)采用隨機(jī)丟包模擬真實(shí)的弱網(wǎng)環(huán)境,其結(jié)果顯示了MQTT over QUIC在網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)時(shí)依然具備很高的穩(wěn)定性,下圖為性能評(píng)估結(jié)果:
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:“通過進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試,我們探索了 MQTT over QUIC 相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn) MQTT over TCP 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì) —— 即使在弱網(wǎng)環(huán)境中仍能保持穩(wěn)定高效運(yùn)行。這是車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重要突破,因?yàn)樵S多車輛用戶常常面臨相似的問題:車輛可能在山區(qū)、礦區(qū)、隧道等地運(yùn)行,這可能導(dǎo)致連接中斷。頻繁的連接中斷和緩慢的重連帶來糟糕的用戶體驗(yàn),而 MQTT over QUIC 是緩解這個(gè)問題的完美方式。”
實(shí)驗(yàn)二:
來自加拿大多倫多大學(xué)的 Eleonora Scognamiglio 同學(xué)和英國華威大學(xué)的 Thomas Nguyen 同學(xué),聯(lián)手設(shè)計(jì)了一組驗(yàn)證方案,研究不同網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量下 MQTT over QUIC 與 MQTT over TCP 的性能差異。
實(shí)驗(yàn)經(jīng)過:Eleonora Scognamiglio 同學(xué)和 Thomas Nguyen 同學(xué),使用不同比例的隨機(jī)丟包策略,探尋在各種網(wǎng)絡(luò)狀況下 MQTT over QUIC 和 MQTT over TCP 的性能差異,證明在各種弱網(wǎng)狀況下,MQTT over QUIC 均有明顯的性能優(yōu)勢(shì):
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:“上圖總結(jié)了我們的研究結(jié)果,包括兩種協(xié)議在不同連接條件下達(dá)到的最大數(shù)據(jù)包傳輸速率。通過上述對(duì)四種網(wǎng)絡(luò)條件(0%、25%、50%、75%)的測(cè)試,我們可以看到,在網(wǎng)絡(luò)條件好的情況下,MQTT over QUIC 和 MQTT over TCP 兩種協(xié)議表現(xiàn)相似;然而,隨著丟包率的增加,MQTT over QUIC 的性能似乎優(yōu)于其對(duì)手。因此,我們可以得出結(jié)論,MQTT over QUIC 的速度和穩(wěn)定性更好,尤其在弱網(wǎng)絡(luò)條件下表現(xiàn)出色。” 2- MQTT over QUIC 橋接方案
在 MQTT over QUIC 橋接技術(shù)的專題課程中,來自上海交通大學(xué)的 Fengping Sun 同學(xué)和加拿大多倫多大學(xué)的 Phoebe Chuang 同學(xué),利用 EMQ 的 NanoMQ 的橋接功能,在英特爾 AIxBoard 開發(fā)板上真實(shí)地模擬了物聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)中的場景,成功地通過 MQTT over QUIC 方案,將傳感器數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器,驗(yàn)證了該技術(shù)在實(shí)際場景中的可行性。
實(shí)驗(yàn)經(jīng)過:在此專題課程中,F(xiàn)engping Sun 和 Phoebe Chuang 用英特爾 AIxBoard 開發(fā)板模擬車端環(huán)境,使用MQTT publisher 通過 MQTT over TCP 協(xié)議將模擬數(shù)據(jù)發(fā)送到車端上部署的 NanoMQ。NanoMQ 負(fù)責(zé)將 MQTT 連接映射到QUIC 流,將數(shù)據(jù)上傳到云端的 EMQX 集群。這種方法的好處在于,它不需要對(duì)客戶端進(jìn)行修改或適配,同時(shí)還能夠充分利用 MQTT over QUIC 的優(yōu)勢(shì)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:“穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)條件下,MQTT over QUIC 與 MQTT over TCP 性能相似。在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)條件下, 相較 MQTT over TCP 的傳輸率在每秒 3 - 300 數(shù)據(jù)包間浮動(dòng),MQTT over QUIC能夠穩(wěn)定在每秒傳輸 260 - 280 數(shù)據(jù)包,有明顯的性能提升 ”
課程支持
EMQ
EMQ(杭州映云科技有限公司)是全球領(lǐng)先的開源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施軟件供應(yīng)商。本次課程中所使用到的核心產(chǎn)品組合包括 EMQX,是世界上最可擴(kuò)展、可靠的開源 MQTT 消息平臺(tái),此平臺(tái)同時(shí)也提供商用版;以及 NanoMQ,一個(gè)可以運(yùn)行在物聯(lián)網(wǎng)邊緣端的超輕量 MQTT 中間件。它們共同提供了一站式的云原生解決方案,讓邊緣端和云端的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)連接、傳輸、處理和分析。EMQ 公司成立于 2017 年,旗艦產(chǎn)品 EMQX 擁有來自 50 多個(gè)國家的500 多家企業(yè)用戶,連接全球超過 2.5 億臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
英特爾
本次課程中學(xué)生們使用的英特爾開發(fā)者套件 AIxBoard(愛克斯板)開發(fā)板是專為支持入門級(jí)邊緣 AI 應(yīng)用程序和設(shè)備而設(shè)計(jì),能夠滿足人工智能學(xué)習(xí)、開發(fā)、實(shí)訓(xùn)等應(yīng)用場景。該開發(fā)板是類樹莓派的 x86 主機(jī),可支持 Linux Ubuntu 及完整版 Windows 操作系統(tǒng)。板載一顆英特爾4核處理器,最高運(yùn)行頻率可達(dá)2 .9 GHz,且內(nèi)置核顯(iGPU),板載 64GB eMMC 存儲(chǔ)及 LPDDR4x 2933MHz(4GB/6GB/8GB),內(nèi)置藍(lán)牙和 Wi-Fi 模組,支持 USB 3.0、HDMI 視頻輸出、3.5mm 音頻接口、1000Mbps 以太網(wǎng)口。完全可把它作為一臺(tái) mini 小電腦來看待,且其可外接 Arduino,STM32 等單片機(jī),擴(kuò)展更多應(yīng)用及各種傳感器模塊。
英特爾開發(fā)者套件 AIxBoard(愛克斯板)開發(fā)板
在過去的50多年里,英特爾對(duì)世界產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響,通過創(chuàng)造徹底革新我們生活方式的激進(jìn)創(chuàng)新,推動(dòng)著商業(yè)和社會(huì)的發(fā)展。如今,英特爾正在運(yùn)用其影響力、規(guī)模和資源,使各類企業(yè)更充分地進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
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原文標(biāo)題:MQTT over QUIC:EMQ 攜手英特爾、上海交大與全球名校共同探索下一代物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議
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