訊息觸達能力是物聯網（internet ofthings, IOT）的重要支撐，而物聯網很多技術都源於移動網際網路。本文闡述移動網際網路訊息推送技術在物聯網中的應用和演進。

一、物聯網架構和關鍵技術

IP互聯架構已是物聯網的事實標準（有關物聯網TCP/IP層關鍵技術將另文闡述，敬請關注）。本文所講的訊息推送技術是基於TCP/IP協議的應用層協議技術。

我們先進一步抽象基於IP架構的物聯網組成，如下圖（忽略internet和路由等基礎技術）：

可見，核心組成就是物聯裝置things、閘道器和雲端。物聯裝置分為兩類，一類是其自身天然支援TCP/IP而能直接接入物聯網，如wifi、GPRS/3G/4G等裝置；另一類是其未能支援IP協議而需要閘道器（協議轉換）來接入物聯網，如Zigbee、藍芽等裝置。對於藍芽裝置而言，手機其實是一個閘道器。

手機通過自身的藍芽跟外設藍芽裝置通訊，並將訊息通過手機的wifi或者3G/4G模組與雲服務端通訊。

• 從場景的角度來分析，物聯網最終是給人類服務的，而手機是人類體驗的最直接入口。因此在上圖中可以單獨新增手機組成部分，並將其與一般意義上的閘道器區分出來。這樣物聯網核心組成就是：裝置端—閘道器—雲端—手機。

• 從應用層開發技術的角度來看，物聯網應用是基於TCP/IP架構建立，在遮蔽底層的閘道器協議轉換的基礎上，物聯網應用的組成部分就是：裝置端—雲端—手機。

OK，有了以上的介紹，我們就從物聯網應用的角度來分析裝置、雲端、手機直接的訊息推送技術，它包括雲端和裝置端的雙向通訊技術、手機和雲端的雙向通訊技術。

二、移動網際網路通訊模式

網際網路有B/S和C/S兩種通訊模式。在移動網際網路領域，APP是以C/S的方式以client的角色跟伺服器server進行通訊；而微信是一個超級APP，其是通過內建瀏覽器讓使用者進行H5程式設計以獲得操控硬體裝置的能力，因此微信硬體平臺的通訊模組是B/S模式。

移動網際網路B/S技術跟傳統網際網路沒有區別，微信內建瀏覽器支援H5，因此可以獲得很好的平臺擴充套件性。我們近期重點關注基於微信硬體平臺的物聯網，因此就圍繞B/S模式的訊息推送技術講述其演進。

HTTP協議是B/S的基礎，HTTP有GET和POST兩種方式。

三、訊息推送技術演進

1.HTTP單向通訊

瀏覽器使用HTML文字標記語言，即瀏覽器通過HTTP協議向伺服器發起請求(請求內容包括URL，即我們常說的網址)，伺服器將URL對應的HTML內容通過HTTP協議作為響應傳送回給瀏覽器。

• 1）手機端。微信端因為有內建瀏覽器，其天然支援前端頁面。

• 2） 雲端對手機端推送。雲端使用JSP/PHP等技術開發設計前端網頁和簡單的邏輯即可。

• 3）裝置端。裝置端上線時或者訪問服務端引數等內容時需要模擬HTTP協議（C語言）向伺服器發起請求，而請求的格式一般不使用HTML，而是使用較為簡單的XML或者JSON協議格式。

• 4）雲端對裝置端推送。雲端使用HttpServlet（即使用http協議的servlet）對裝置的HTTP請求進行響應，回覆XML或者JSON格式的訊息。

• 5）缺點。這種方式通訊方式的特點就是一請求一響應，總是要客戶端向伺服器發出請求，伺服器才給予響應。伺服器從來都不會主動給客戶端發訊息，而且在客戶端發出請求後，伺服器也只是回覆一次。這種HTTP單向通訊方式在網際網路領域發揮巨大的作用，就是伺服器端可以是無狀態的，極大地簡化了伺服器的服務流程，提高效率。但在物聯網領域，我們要求的是雙向的通訊能力。服務端要能主動給裝置端或者手機發出訊息。

在這種模式下，我們怎麼做雙向通訊呢？唯一的做法就是客戶端不斷地發出請求（或者週期性），伺服器不斷地給予回覆。這種模式下的缺點顯而易見：一是網路負載重，伺服器每次響應後都會關閉連線，所以每次通訊都得重新握手。HTTP協議的頭內容的長度可不小。二是實時性差。一般裝置端都是週期性地輪詢伺服器是否有新的訊息，輪詢的方式是不能獲得好的實時性的。三、瀏覽器端每次發出請求是以HTML全部內容來響應的，訊息長度過大，在這種情況下，會發現瀏覽器頁面不斷地重新整理。

2.Ajax輪詢

Ajax技術是瀏覽器支援的一種JavaScript技術。其能夠區域性改善使用者體驗技術，讓使用者在不察覺瀏覽器頁面重新整理的情況向伺服器發出請求，並獲得響應。其原理是：

• 1）微信瀏覽器發出URL頁面請求，伺服器響應HTML頁面內容。

• 2）HTML頁面使用js呼叫XMLHttpRequest來向伺服器發出非同步通訊請求。

• 3）伺服器響應XML格式資料給瀏覽器頁面。

• 4）HTML頁面使用DOM模型來動態重新整理頁面元素。

Ajax技術是微信硬體平臺框架中推薦的頁面互動技術，但其本質還是遵守HTTP單向通訊的規則，只是頁面互動時不需要重新整理整個頁面。其雙向通訊實時性問題依然未能解決。

3.Websocket

Websocket是HTML5支援的一種新的協議，它能夠真正支援瀏覽器和伺服器之間進行雙向通訊。Tomcat7及以上版本也已經支援Websocket API。

• 1）為了能夠相容瀏覽器HTTP協議，Websocket規定在第一次發起請求時依然要發出符合HTTP協議規範的Header，但其Connection域的值是Upgrade，並增加Upgrade域，值是socket，即告知伺服器，即將建立的通訊是Websocket雙向通訊。伺服器如果接受，會返回101給客戶端進行協議切換。

• 2）接下來的通訊將不再以HTTP作為傳輸協議，而是使用Websocket規定的資料格式進行通訊，其分為控制幀和資料幀。控制幀是發出心跳幀（ping），而伺服器響應pong，還有結束幀；資料幀就是真實資料格式，其格式頭只有6個位元組（2個位元組頭和4個位元組的掩碼），後面就是真實的資料（經過掩碼轉換）。比HTTP格式頭的長度要小多了。

• 3）客戶端和伺服器之間是一直保持連線，直到close，當前期間要發發2個位元組的3位元組的ping幀。

可見Websocket比ajax有了極大的改進。其不僅省掉經常要連線握手，還簡化的協議的格式，最重要的是實時性得到保證，因為雙方是真正的全雙工通訊。

微信瀏覽器客戶端支援Websocket，伺服器使用Tomcat7以上的WebsocketServlet類，裝置端要根據Websocket協議用C語言來模擬通訊。

我們在用裝置端模擬Websocket通訊協議時一般會先看協議，再用HttpWatch等工具來抓包，抓到的頭是GET ws://ip:port/path，如果在C語言也是這樣模擬發包則會報400 bad request。因為C語言利用socket建立通訊時已經利用了IP和port了，其發的第一個包的頭是GET/path即可，不能在其前面加上ws://ip:port/。

4.MQTT

以上的分析都是將移動網際網路的技術運用到物聯網，其都有一個特定就是建立連線時會傳送URL地址，由兩個角色是客戶端和伺服器，這種架構我們一般稱為是RESTful架構（另外，還有SOAP 面向應用的web services架構）。RESTful架構在網際網路得到越來越廣泛的運用，但物聯網除了互聯之外，還有其獨有的特徵，就是其終端裝置的資源有限、低功耗運用場景、網路連線環境差（時不時斷開連線）等。用C語言模擬的方式來使用RESTful架構（如Websocket）會使得終端的負荷較重，而且伺服器發給終端裝置的訊息有可能因為斷開連線而收不到。

MQTT是IBM針對物聯網退出的一種輕量級協議，建立於TCP/IP層協議之上。其是物聯網的重要組成部分，可能會成為物聯網的事實標準。其具有QoS，能夠緩衝訊息，並通過重傳機制保證終端裝置收到訊息；其訊息格式極其簡化，最短是兩個位元組；其提供訂閱和釋出模式，高效推送訊息。

MQTT有三個角色，包括伺服器代理、訂閱者和釋出者。

• 1）啟動伺服器代理。

• 2）訂閱者向伺服器代理訂閱相關主題。

• 3）釋出者向伺服器代理髮布主題資訊。

• 4）伺服器代理想所有訂閱該主題的訂閱者推送訊息。

MQTT有C/C++語言和JAVA包實現。需要明確的是，MQTT更適用於裝置終端和手機APP socket通訊，而不能支援瀏覽器使用。如果要支援微信瀏覽器應用，還需要增加類似WebsocketServlet技術給瀏覽器提供支援，這時MQTT以JS介面進行封裝，並被呼叫完成訊息推送。

5.CoAP

CoAP是受限制的應用協議(ConstrainedApplication Protocol)的代名詞。其基於UDP協議，也就是在裝置終端上只需要底層實現UDP協議，而不需要實現較為複雜的TCP協議。這種協議用得比較小。筆者也沒有用C語言模擬過，就不展開了。

從開發的角度，無線接入是物聯網裝置端的核心技術，身份裝置管理和訊息推送技術是物聯網雲端的核心技術。而從場景體驗的角度，除了前者，還要包括手機的前端開發技術。