Karma 如何使用 MQTT 应对日益增长的 WiFi 设备

  • 徐川

2015 年 8 月 25 日

话题:语言 & 开发架构物联网

Karma是一个生产便携式 WiFi 热点设备的公司,近日,其在官方博客上发布了一篇文章,介绍了它们如何使用 MQTT 协议代替 HTTP 协议来应对 WiFi 设备的增长。

Karma 生产的 WiFi 热点设备因为需要收集信息以及一些功能,每一台设备都需要定期发送一些数据到 Karma 后端。在之前,Karma 使用 HTTP+TLS 来传输数据,但随着卖出设备越来越多,它们需要对这一部分进行优化以减轻带宽和后端的压力,于是它们想到了 MQTT。

MQTT是 IBM 提出的一项轻量级消息协议,它针对物联网设计,用于轻量级的 pub/sub 式消息传输,旨在为低带宽和不稳定的网络环境中的物联网设备提供可靠的网络服务。Karma 使用 MQTT 将之前的 JSON 数据包转为二进制 buffer 数据,大大减少了传输数据的体积。

在采用 MQTT 前,它们首先定义了自己的需求,Karma 对于 MQTT 服务端的需求如下:

  • 尽可能的无状态
  • 可扩展的,能够提供连接池
  • 能够与终端设备以 HTTP 交互
  • 希望是开源的,以便深入源码

对于 Karma 这样的高可用和可扩展的需求,截至 2014 年底,并没有一个成熟且合适的 MQTT 服务端解决方案能够满足,Karma 只能自己研发,于是他们推出了 MQTTParty,这个命名是对经典的 Ruby 开源库HTTParty致敬。

MQTTParty 使用 Go 语言编写,Go 语言的性能强劲,并且有内建的并发支持,对于消息中间件来说是理想的开发语言。MQTTParty 可以分布式的部署,并且彻底的无状态,单机宕掉对服务无影响,状态使用 Redis 来存储。但这给前面的负载均衡提出了难题,因为 Karma 的设备和后端之间保持一个 TCP 长连接,而一般的负载均衡只需要支持 HTTP 短连接即可,最终 Karma 采用 HAProxy 的最小连接均衡算法解决了这个问题。

最终,Karma 的新后端架构如下图:

MQTTParty 在其中起到接受发送数据,以及转换 MQTT 和 HTTP 数据的作用。当后端需要发送数据到终端设备时,它会检查 Redis 中该设备是否连接到后端,然后接受 HTTP 信息转为 MQTT 数据传送给终端设备。

Karma 在发布该文章时并未将 MQTTParty 开源,因为它与 Karma 其它后端集成过于紧密,后续它们会将它 MQTTParty 剥离出来并开源。对这个项目感兴趣的读者也可看看最近发布的一个类似的开源项目VerneMQ,它也适用于 Karma 所面临的问题。

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