- 文献综述（或调研报告）：
结合相关文献资料，得到以下总结。
- 数据采集系统的研究现状
传感器最早可以追溯到美国使用的被称为“热带树”的传感器。“热带树”传感器是由震动传感器以及声响传感器组成，主要来探测车队通过时而产生的震动、声响信息，指挥中心通过这些信息来制定一系列的计划。无线传感器可以追溯到上世纪80年代至90年代之间，主要体现在军事上的应用，例如美国军队研制的远程战场传感器系统。WSNs主要是21世纪开始至今，这个阶段的传感器网络技术特点在于WSNs中的节点能够进行自组织形成网络以及无线节点的低功耗设计。
数据采集系统可以追溯到20世纪50年代，美国将其应用于军事领域，使用采集设备完成了设备的自动采集，由于其具有高速性和灵活性，而得到了初步认可。我国在20世纪60年代将数据采集系统应用在某些特定领域。在70年代后期，随着微型机的发展，包含了采集器、仪表、计算的数据采集系统孕育而出，从这时起，数据采集系统逐渐分为实验数据、工业现场数据采集两类。在80年代，随着嵌入式技术的发展，数据采集系统首次体现出了智能化的特征，比如采集设备体积的降低、采集系统开发难度的降低、采集系统的数据处理能力得到极大的提升。到90年代，数据采集系统广泛应用于航空航天、军事领域、高端工业等领域。随着集成电路技术的发展，数据采集技术也迅速发展成一门专业技术，广泛地应用在多个工业领域。
数据采集系统的通信协议最早是施耐德电气公司在1979年推出的Modbus协议，由于其简洁、可靠、开放已成为工业领域通信标准，到1989年推出的ModbusPlus提高了实时性、可靠性。到70年代随着以太网的发展，施耐德电气公司推出了Modbus TCP/IP将数据采集与Internet融为一体。
物联网作为现代信息化社会建设的基础，主要包括物理感知层、网络传输层和业务应用层。感知层位于物联网的底层，其感知准确度直接影响着物联网系统性能。在物理形式上，感知层表现为含有传感器模块的采集终端，采集终端可分为有线采集终端和无线采集终端两大类。有线采集终端主要有 485 总线、宽带网络、电力线载波、光纤等传输方式，这种传输方式的终端具有高可靠性、高稳定性、高速率等优点，但同时也存在系统布线困难、成本高、维护困难等缺陷。万物互联时代的快速发展使得入网设备数量急剧增长，单纯的有线数据采集系统受到了巨大的挑战，越来越难以满足客观现实的需求。近年来，无线采集终端系统得到了快速发展，包含大量接入终端的无线采集系统具有组网灵活、系统费用低、维护简单等优点，成为 5G 时代物联网系统不可或缺的一种数据采集传输系统。
随着信息技术的发展，无线采集终端已经具有多种数据传输方式。从传输距离上，无线采集终端的数据传输技术可分为两类：短距离通信技术和远距离通信技术。前者主要应用于局域网中，代表技术有较为成熟的 Wi-Fi、蓝牙和 ZigBee 等技术；后者应用于广域网的远距离传输系统，代表技术既有 LoRa、Sigfox 等工作在非授权频谱技术，又有授权频谱的 GSM、GPRS、LTE、NB-IoT、eMTC 等技术。
目前，数据采集系统主要研究方向为实时性更强、精度更高、集成度更高、处理速度更快和存储量更大。而数据采集系统的智能化，为控制决策提供强大的基础支撑，被视为本世纪信息科学技术进步的重要标志。【2】【6】
- MQTT协议
MQTT 全称为 Message Queuing Telemetry Transport，也就是消息队列遥测传输协议，是一种基于发布/订阅模式的”轻量级”消息协议，类似于 TCP/IP 协议标准的地位， 其已经成为 IoT通信的事实标准。主流的发布/订阅模型的基本工作原理如图1所示，协议中需要有客户端和服务器支持，并且主要存在着三种身份，即发布者、代理服务器、订阅者，也分别称为Publisher、Broker、Subscriber。消息代理模块是系统的核心，是服务器部分，需要实现 MQTT 协议的各种机制，消息发布者和订阅者都属于客户端部分，消息发布者与订阅者借助代理服务器实现数据通信。
图1. 订阅发布原理
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