Встроенный локальный брокер MQTT для Операции Интернета вещей Azure

Операции Интернета вещей Azure включает брокер MQTT, соответствующий корпоративному классу и стандартам. Брокер MQTT является масштабируемым, высокодоступным и родным для Kubernetes. Он предоставляет платформу обмена сообщениями для Операции Интернета вещей Azure, обеспечивает двунаправленное взаимодействие между облаком и периферией и поддерживает событийно-управляемые приложения на границе.

Соответствие MQTT

MQTT — это общий протокол в пространстве Интернета вещей. Его простой дизайн позволяет одному брокеру обслуживать тысячи клиентов одновременно, создавая и управляя темами с легкой системой публикации и подписки. Многие устройства Интернета вещей изначально поддерживают MQTT. Подчиненные шлюзы перевода преобразуют различные протоколы Интернета вещей в MQTT.

Брокер MQTT поддерживает уровень обмена сообщениями в Операции Интернета вещей Azure и совместим с MQTT версии 3.1.1 и MQTT версии 5. Дополнительные сведения о поддерживаемых функциях MQTT см. в разделе "Поддержка функций MQTT" в брокере MQTT.

Архитектура

Брокер MQTT имеет два основных уровня:

• Внешний интерфейс без отслеживания состояния
• Уровень серверной части с сохранением состояния и шардированием

Интерфейсный слой обрабатывает клиентские подключения и запросы, а затем направляет их в серверную часть. Внутренний слой секционирует данные по ключам, например идентификатор клиента для сеансов клиента и имя раздела для сообщений тем. Внутренний слой использует репликацию цепочки для копирования данных в каждой секции.

Цели архитектуры:

• Отказоустойчивость и изоляция: Публикация сообщений продолжается, если серверные контейнеры терпят сбой, и сбои не распространяются на остальную часть системы.
• Восстановление отказов: автоматическое восстановление отказа без вмешательства оператора.
• Нет потери сообщений: сообщения доставляются, если выполняется по крайней мере один интерфейсный модуль pod и один серверный модуль в секции.
• Эластичное масштабирование: Горизонтальное масштабирование производительности для процессов публикации и подписки поддерживает пограничные и облачные развертывания.
• Согласованная производительность в масштабе: ограничивает задержку сообщений из-за репликации цепочки.
• Операционная простота. Уменьшает зависимость от внешних компонентов, чтобы упростить обслуживание и сложность.

Настройка

Для настройки брокер MQTT использует несколько пользовательских ресурсов Kubernetes для определения различных аспектов поведения и функциональности брокера:

• Основным ресурсом является брокер, который определяет глобальные параметры, такие как кратность, профиль использования памяти и параметры диагностики.
• Ресурс брокера может содержать до трех брокеров, каждый из которых прослушивает входящие подключения MQTT по указанному типу службы (NodePortилиLoadBalancerClusterIP). Каждый ресурс BrokerListener может иметь несколько портов.
• Каждый порт в ресурсе BrokerListener можно связать с ресурсом BrokerAuthentication и ресурсом BrokerAuthorization. Эти политики проверки подлинности и авторизации определяют, какие клиенты могут подключаться к порту и какие действия они могут выполнять на брокере.

Связь между брокером и BrokerListener является одной ко многим, а связь между BrokerListener и BrokerAuthentication/BrokerAuthorization — многие ко многим. Схема связей сущностей для этих ресурсов:

По умолчанию IoT Операции развертывают default Broker, default BrokerListener, и default BrokerAuthentication. Все эти ресурсы называются по умолчанию. Вместе эти ресурсы предоставляют базовую настройку брокера MQTT, необходимую для работы операций Интернета вещей. Настройка по умолчанию:

В полном развертывании вы можете использовать несколько BrokerListeners, каждый из которых имеет несколько портов, и каждый порт может иметь различные ресурсы BrokerAuthentication и BrokerAuthorization, связанные с ним.

Например, начиная с установки по умолчанию, вы добавляете следующее:

• LoadBalancer BrokerListener с именем example-lb-listener и двумя портами: 1883 и 8883.
• NodePort BrokerListener с именем example-nodeport-listener с одним портом 1884 (nodePort 31884).
• Ресурс BrokerAuthentication с именем example-authn с пользовательским методом проверки подлинности.
• Ресурс BrokerAuthorization с именем example-authz с пользовательскими параметрами авторизации.

Если настроить все новые порты с теми же ресурсами BrokerAuthentication и BrokerAuthorization, настройка выглядит следующим образом:

Этот подход сохраняет настройку по умолчанию без изменений и позволяет добавлять новые ресурсы для настройки развертывания брокера MQTT.

Ресурс брокера по умолчанию

Каждое развертывание Операций Интернета вещей может иметь только один брокер, и оно должно быть названо по умолчанию. Ресурс брокера по умолчанию необходим для работы операций Интернета вещей. Он неизменяем и не может быть изменен после развертывания.

Настройка брокера по умолчанию

Настройка ресурса брокера по умолчанию не требуется для большинства настроек. Параметры, требующие настройки, включают:

• Кардинальность: Определяет емкость брокера для обработки большего количества подключений и сообщений, а также увеличивает высокую доступность в случае сбоев pod или узла.
• Профиль памяти. Задает максимальное использование памяти брокера и как обрабатывать использование памяти по мере увеличения масштаба брокера.
• Буфер сообщений с резервной копией диска: настройка буферизации сообщений на диск по мере заполнения ОЗУ.
• Параметры диагностики: настройка параметров диагностики, таких как уровень журнала и конечная точка метрик.
• Дополнительные параметры клиента MQTT: настройка расширенных параметров клиента MQTT, таких как срок действия сеанса, истечение срока действия сообщения и сохранение активности.
• Шифрование внутреннего трафика: настройка шифрования внутреннего трафика между интерфейсными и внутренними модулями pod брокера.

Брокер по умолчанию можно настроить только во время первоначального развертывания с помощью Azure CLI или портала Azure. Новое развертывание требуется, если вам нужны разные параметры конфигурации брокера.

Чтобы настроить брокер по умолчанию во время развертывания, следуйте инструкциям для метода развертывания:

Просмотр параметров брокера по умолчанию

Чтобы просмотреть параметры брокера по умолчанию, выполните следующие действия.

az iot ops broker show --name default --instance <INSTANCE_NAME> --resource-group <RESOURCE_GROUP>

kubectl get broker default -n azure-iot-operations -o yaml

Связанный контент

• Развертывание операций IoT в Kubernetes-кластере с поддержкой Azure Arc