寻求MQTT字符串格式的更优替代方案

先算一笔账：你当前的文本格式单条消息大概140字节左右（包含时间字符串、分隔符和数值），30秒发送一次，一天发送2880次，月流量约12MB，远低于每月500MB的配额。但这个格式存在冗余浪费：比如文本时间的分隔符、浮点数的字符串表示、空值的占位逗号，都可以进一步压缩，降低流量开销的同时也能减少MQTT消息的处理耗时。

下面是几种适合你的场景的格式，按流量节省程度从高到低排序：

1. 自定义二进制格式（极致省流量） #

直接用Python的struct模块把数据打包成二进制，砍掉所有冗余：

• 用Unix时间戳（4字节无符号整数）代替文本时间，比原时间字符串省15字节；
• 用单精度浮点数（4字节）存储数值，比双精度省一半空间，0-700保留两位小数的精度需求完全能满足；
• 空值用NaN（单精度浮点数的特殊值）标记，或者用一个3字节的位掩码（24位，每位对应一个数值是否有效），只发送有效数值，进一步压缩体积。

示例代码：

import struct
import time
import paho.mqtt.client as mqtt

client = mqtt.Client()
# 连接MQTT代理的代码省略...

# 模拟传感器数据：Unix时间戳 + 24个数值（空值用float('nan')）
timestamp = int(time.time())
sensor_values = [12.34, 56.78, float('nan'), 99.99] + [0.0]*20  # 凑24个值

# 打包格式：网络字节序(!) + 1个4字节无符号整数(I) + 24个单精度浮点数(f)
packed_payload = struct.pack('!I24f', timestamp, *sensor_values)
client.publish("field/sensor/data", payload=packed_payload, qos=0)

单条消息体积仅100字节，比原格式省28%左右；如果用位掩码优化空值，体积还能再降30%-50%。

2. Protocol Buffers（结构化二进制，扩展性强） #

如果你需要长期维护、后续可能扩展数据字段，Protobuf是更好的选择：

• 先定义数据结构的.proto文件，编译成Python代码；
• 序列化后的体积和自定义二进制差不多，但自带版本兼容机制，新增字段不会影响旧设备。

示例.proto文件：

syntax = "proto3";
message FieldSensorData {
  uint32 timestamp = 1;
  repeated float values = 2;
}

Python端序列化代码：

import field_sensor_data_pb2
import time
import paho.mqtt.client as mqtt

client = mqtt.Client()
# 连接MQTT代理的代码省略...

data = field_sensor_data_pb2.FieldSensorData()
data.timestamp = int(time.time())
data.values.extend([12.34, 56.78, float('nan'), 99.99] + [0.0]*20)
packed_payload = data.SerializeToString()
client.publish("field/sensor/data", payload=packed_payload, qos=0)

3. 压缩JSON（兼顾可读性与流量） #

如果需要偶尔调试查看原始数据，JSON加压缩是折中方案：

• 用极简JSON结构，比如{"t":1704067200, "x":[12.34,null,...]}，去掉冗余键名；
• 用zlib或gzip压缩JSON字符串，压缩率可达30%-50%。

示例代码：

import json
import zlib
import time
import paho.mqtt.client as mqtt

client = mqtt.Client()
# 连接MQTT代理的代码省略...

timestamp = int(time.time())
sensor_values = [12.34, 56.78, None, 99.99] + [0.0]*20
json_payload = json.dumps({"t": timestamp, "x": sensor_values}).encode('utf-8')
compressed_payload = zlib.compress(json_payload)
client.publish("field/sensor/data", payload=compressed_payload, qos=0)

4. 精简文本格式（改动最小，轻度省流量） #

如果不想改太多代码，只优化现有文本格式：

• 去掉时间字符串的分隔符，比如用01012024120000代替01:01:2024 12:00:00，节省6个字符；
• 数值去掉末尾无意义的0（比如12.0改成12），空值用-代替空占位；
• 分隔符用单个逗号，去掉空格。

优化后的格式示例：01012024120000,12.34,56.78,-,99.99,...，单条消息体积能减少20%左右。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Janzaib M Baloch