EMQ 携手 Intel、上海交大共同探索下一代物联网协议 MQTT over QUIC

凭借多路复用、更快的连接建立和迁移等优势特性，MQTT over QUIC 已逐渐成为下一代的物联网、车联网协议标准。EMQ 在产品中开创性的采用 MQTT over QUIC 这一协议，为各行业的用户提供更好的性能和更稳定连接，特别适用于解决在不稳定网络环境下出现的各种数据传输挑战。

MQTT over QUIC 将传统 MQTT 协议中基于 TCP 的传输层协议替换为了 QUIC（Quick UDP Internet Connections）。与 TCP 不同，QUIC 基于 UDP（User Datagram Protocol）构建，更适合在不稳定网络条件下进行通信，带来低延迟、减少握手时间、支持多路复用等诸多优势。

在 2023 年夏季，EMQ 联合 Intel 和上海交通大学推出了一门短期课程，旨在向国内外高校学生深入讲解和实践 MQTT over QUIC 协议的各项性能。在课程中，我们模拟了车联网中常见的不稳定网络环境，为大学提供了机会利用 MQTT over QUIC 协议设计并执行各种实验。课程中使用英特尔开发套件爱克斯开发板 AIxBoard，并运用 EMQ 的各类物联网数据软件完成整个开发项目的实践。

大学关于 MQTT over QUIC 的案例分享

1. MQTT over QUIC 在弱网环境下的性能验证

实验一：

来自乌克兰 Kharkiv National University of Radio Electronics 大学 的 Dmytro Fedoryshyn 同学，利用EMQX 5.0 与 emqtt_bench 工具，在 AWS c7g.xlarge (4vCPU/8Gi) 实例上，比较了 MQTT over QUIC 与 MQTT over TCP 两者之间的性能表现。

实验经过：Dmytro Fedoryshyn 同学采用随机丢包模拟真实的弱网环境，其结果显示了MQTT over QUIC在网络波动时依然具备很高的稳定性，下图为性能评估结果：

实验结论：“通过进行基准测试，我们探索了 MQTT over QUIC 相对于标准 MQTT over TCP 数据传输协议的关键优势 —— 即使在弱网环境中仍能保持稳定高效运行。这是车联网领域的重要突破，因为许多车辆用户常常面临相似的问题：车辆可能在山区、矿区、隧道等地运行，这可能导致连接中断。频繁的连接中断和缓慢的重连带来糟糕的用户体验，而 MQTT over QUIC 是缓解这个问题的完美方式。”

实验二：

来自加拿大多伦多大学的 Eleonora Scognamiglio 同学和英国华威大学的 Thomas Nguyen 同学，联手设计了一组验证方案，研究不同网络质量下 MQTT over QUIC 与 MQTT over TCP 的性能差异。

实验经过：Eleonora Scognamiglio 同学和 Thomas Nguyen 同学，使用不同比例的随机丢包策略，探寻在各种网络状况下 MQTT over QUIC 和 MQTT over TCP 的性能差异，证明在各种弱网状况下，MQTT over QUIC 均有明显的性能优势：

实验结论：“上图总结了我们的研究结果，包括两种协议在不同连接条件下达到的最大数据包传输速率。通过上述对四种网络条件（0%、25%、50%、75%）的测试，我们可以看到，在网络条件好的情况下，MQTT over QUIC 和 MQTT over TCP 两种协议表现相似；然而，随着丢包率的增加，MQTT over QUIC 的性能似乎优于其对手。因此，我们可以得出结论，MQTT over QUIC 的速度和稳定性更好，尤其在弱网络条件下表现出色。”

2. MQTT over QUIC 桥接方案

在 MQTT over QUIC 桥接技术的专题课程中，来自上海交通大学的 Fengping Sun 同学和加拿大多伦多大学的 Phoebe Chuang 同学，利用 EMQ 的 NanoMQ 的桥接功能，在英特尔 AIxBoard 开发板上真实地模拟了物联网和车联网中的场景，成功地通过 MQTT over QUIC 方案，将传感器数据上传到服务器，验证了该技术在实际场景中的可行性。

实验经过： 在此专题课程中，Fengping Sun 和 Phoebe Chuang 用英特尔 AIxBoard 开发板模拟车端环境，使用MQTT publisher 通过 MQTT over TCP 协议将模拟数据发送到车端上部署的 NanoMQ。NanoMQ 负责将 MQTT 连接映射到 QUIC 流，将数据上传到云端的 EMQX 集群。这种方法的好处在于，它不需要对客户端进行修改或适配，同时还能够充分利用 MQTT over QUIC 的优势。

实验结论：

“稳定网络条件下，MQTT over QUIC 与 MQTT over TCP 性能相似。在不稳定网络条件下， 相较 MQTT over TCP 的传输率在每秒 3 - 300 数据包间浮动，MQTT over QUIC能够稳定在每秒传输 260 - 280 数据包，有明显的性能提升 ”

课程支持

EMQ

EMQ（杭州映云科技有限公司）是全球领先的开源物联网数据基础设施软件供应商。本次课程中所使用到的核心产品组合包括 EMQX，是世界上最可扩展、可靠的开源 MQTT 消息平台，此平台同时也提供商用版；以及 NanoMQ，一个可以运行在物联网边缘端的超轻量 MQTT 中间件。它们共同提供了一站式的云原生解决方案，让边缘端和云端的物联网数据可以实时连接、传输、处理和分析。EMQ 公司成立于 2017 年，旗舰产品 EMQX 拥有来自 50 多个国家的500 多家企业用户，连接全球超过 2.5 亿台物联网设备。

Intel

本次课程中学生们使用的英特尔开发者套件 AIxBoard（爱克斯板）开发板是专为支持入门级边缘 AI 应用程序和设备而设计，能够满足人工智能学习、开发、实训等应用场景。该开发板是类树莓派的 x86 主机，可支持 Linux Ubuntu 及完整版 Windows 操作系统。板载一颗英特尔4核处理器，最高运行频率可达2 .9 GHz，且内置核显（iGPU），板载 64GB eMMC 存储及 LPDDR4x 2933MHz（4GB/6GB/8GB），内置蓝牙和 Wi-Fi 模组，支持 USB 3.0、HDMI 视频输出、3.5mm 音频接口、1000Mbps 以太网口。完全可把它作为一台 mini 小电脑来看待，且其可外接 Arduino，STM32 等单片机，扩展更多应用及各种传感器模块。

在过去的50多年里，英特尔对世界产生了深远的影响，通过创造彻底革新我们生活方式的激进创新，推动着商业和社会的发展。如今，英特尔正在运用其影响力、规模和资源，使各类企业更充分地进行数字化转型。