MQTT over QUIC：EMQ 携手英特尔、上海交大与全球名校共同探索下一代物联网协议
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 联合英特尔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。
英特尔
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。
英特尔开发者套件 aixboard（爱克斯板）开发板
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。
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在 2023 年夏季，emq 联合英特尔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。
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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 ”
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emq
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英特尔
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。
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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。
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