摘要
近年来物联网产业飞速发展，目前已广泛应用于智能家居、智能医疗、智慧铁路等领域，为人们的生活提供了极大的便利。随着铁路场景中接入物联网的设备逐渐增多，为了推动铁路物联网大规模连接及相关应用系统的建设，铁路物联网平台应运而生。如果说铁路物联网平台是业务应用系统与现场硬件设备之间无缝融合的桥梁，处于软硬结合的“枢纽位置”，那么MQTT协议就是设备到铁路物联网平台的通道。 MQTT协议是一个基于订阅/发布的轻量级的应用层协议，旨在于为低带宽、不可靠网终中的资源受限设备提供可靠的消息服务，它的轻巧、简单、可靠的特点十分适合物联网环境，在物联网中有广泛的应用。然而随着物联网的发展，面对一些新的场景，MQTTv3.1.1协议存在着一些不足，所以推出了MQTTv5.0版本。经调研发现，目前设备接入铁路物联网平台多数采用MQTTv3.1.1协议，尚未使用MQTTv5.0新版本，因此本文对MQTTv5.0协议展开研究，探究其相较于MQTTv3.1.1的改进和面对新场景尚存的不足，具体内容及贡献如下： （1）对MQTTv5.0协议的新特性进行了总结与梳理。近年来为适应物联网的发展，MQTTv5.0顺势而生，然而目前多数设备接入物联网平台和工程研究依旧采用MQTTv3.1.1，因此本文从目前铁路物联网的需求出发，探究新版本功能优势和针对MQTTv5.0研究的必要性。 （2）对MQTTv5.0协议的不足进行分析与改进。虽然MQTTv5.0协议进行了升级改进，但经过研究发现，仍有不满足部分场景需求的情况，如无法动态修改客户端订阅情况、共享订阅不够灵活和订阅消息主题名长等情况，所以本研究针对这些问题进行协议设计优化，以满足增长的需求。 （3）对设计的改进方案进行实现与验证。以上述对需求的分析和对功能的设计为依据，为了使服务端对各种操作系统具有更好的移植性，采用Java语言进行实现。然后对实现的系统进行功能与非功能测试，并对测试结果分析。结果表明本文实现的系统符合设计逻辑、满足场景需求。 本文研究成果将为MQTT协议改进提供参考价值。
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