CN111935296A - 一种高可用无限mqtt消息服务扩容的系统 - Google Patents

一种高可用无限mqtt消息服务扩容的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及计算机技术和物联网技术，其公开了一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，解决传统技术中终端设备和云端MQTT消息服务器的通信方案存在的不能提供高可用连接、负载不均衡以及大量终端连接到反向代理服务器造成异常访问的问题。该系统包括：MQTT服务器集群，包括多台MQTT服务器，MQTT服务器通过与终端设备的消息通信向其提供相应服务；MQTT管理系统，用于提供对MQTT服务器的注册、编辑、删除、状态修改功能，以及监听MQTT服务器的服务状态、运行状态，向终端设备提供包含MQTT服务器信息的列表；终端设备，通过向MQTT管理系统发送HTTP请求，获取MQTT服务器列表，并通过负载均衡算法连接到其中的一台服务器以及在检测到与MQTT服务器连接异常时进行相应容错处理。

Description

一种高可用无限MQTT消息服务扩容的系统
技术领域
本发明涉及计算机技术和物联网技术，具体涉及一种高可用无限MQTT消息服务扩容的系统。
背景技术
目前在物联网生态环境下，越来越多的终端设备连接到了云端，那么可靠的终端设备和云端的实时消息通信显得尤其重要。MQTT作为目前最为常用的实时消息通知方式被广泛应用到各个领域中。
传统终端设备和云端MQTT消息服务器连接主要有两种方式：
1、如图1所示，将不同的设备配置到不同的MQTT服务器。
这种连接方式主要的缺陷一方面是不能提供高可用的连接，一旦MQTT消息服务器出现异常，那么设备终端将不能和MQTT消息服务器进行通信；另一方面是整个设备连接负载不均衡，新的设备可能全部访问同一个MQTT服务器，造成了资源的浪费。
2、如图2所示，通过增加一层反向代理，让设备终端通过反向代理服务器连接到不同的MQTT消息服务器。
这种连接方式能保证在一台设备出现异常的时候，其它的MQTT服务器能继续为整个消息通信服务，达到了高可用状态，反向代理节点可以连接多个MQTT消息服务，提高了系统整理消息的服务处理能力。但是，其依然不能解决大量终端连接到反向代理服务器造成异常访问的困境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，解决传统技术中终端设备和云端MQTT消息服务器的通信方案存在的不能提供高可用连接、负载不均衡以及大量终端连接到反向代理服务器造成异常访问的问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，包括：
终端设备、MQTT服务器信息管理系统以及MQTT服务器集群；
所述MQTT服务器集群包括多台MQTT服务器，所述MQTT服务器通过与终端设备的消息通信向其提供相应服务；
所述MQTT服务器信息管理系统，用于提供对MQTT服务器的注册、编辑、删除、状态修改功能，以及监听MQTT服务器的服务状态、运行状态，向终端设备提供包含MQTT服务器信息的列表；
所述终端设备，用于通过向MQTT服务器信息管理系统发送HTTP请求，获取在用且正常的MQTT服务器的列表，并通过负载均衡算法连接到其中的一台服务器，以及将连接信息和订阅信息上报给MQTT服务器信息管理系统；还用于在检测到与MQTT服务器连接异常时进行相应容错处理。
作为进一步优化，所述MQTT服务器上部署有mosquitto(一种开源消息代理)服务，设置mosquitto对外监听的端口、mosquitto用户名和密码。
作为进一步优化，所述MQTT服务器信息管理系统提供对MQTT服务器的注册、编辑、删除、状态修改功能，具体包括：
通过WEB界面向新的MQTT消息服务器提供注册功能；
通过WEB界面向管理系统的管理员提供对已注册的MQTT消息服务器的删除、编辑和状态修改功能。
作为进一步优化，所述MQTT服务器信息管理系统监听MQTT服务器的服务状态，包括：
通过Java后台程序，每隔一定时间向MQTT消息服务器监听的端口发送ping操作，进行健康检查，从而设定MQTT消息服务器的服务状态，所述服务状态是指MQTT消息服务器为正常或者异常。
作为进一步优化，所述MQTT服务器信息管理系统还用于设定MQTT服务器的运行状态的报警线，当触发报警后向管理系统的管理员发送报警信息。
作为进一步优化，所述MQTT服务器的运行状态包括：CPU、内存和磁盘等状态。
作为进一步优化，所述MQTT服务器信息管理系统向终端设备提供包含MQTT服务器信息的列表中，所述MQTT服务器信息包括如下几个字段：ID、外网IP、MQTT消息连接端口以及当前该服务器已连接多少终端。
作为进一步优化，所述终端设备通过负载均衡算法连接到其中的一台服务器，具体包括：根据从MQTT服务器信息管理系统返回的数据，判断每一台服务器已连接终端数量，选择一台连接较少的服务器进行通信。
作为进一步优化，所述终端设备在检测到与MQTT服务器连接异常时进行相应容错处理，具体包括：
已连接的终端设备定时判断当前连接的有效性，当连接异常需要进行如下的操作:
1.重新和当前服务器进行连接；
2.若发现当前服务器不能连接，则需要随机选择另一条服务器进行连接，如果连接成功，上报连接信息到MQTT服务器信息管理系统；
3.若发现存储到本地的所有服务器都不能进行有效连接，则从MQTT服务器管理系统获取最新的服务器列表和本地服务器列表进行补集操作，然后对新服务器进行连接；
4.当上述所有的操作失败后，将连接异常告警上报到MQTT服务器管理系统。
作为进一步优化，所述MQTT服务器信息管理系统还用于通过对当前MQTT服务器集群中的MQTT消息服务器的健康检查和运行状态统计，供系统管理员判断是否需要加入新的MQTT服务器。
本发明的有益效果是：
通过MQTT服务器管理系统作为桥梁，让终端设备能够动态的获取MQTT消息服务器信息并进行连接，同时也能让MQTT消息服务器能够快速方便的加入到整个消息服务集群中来。一方面，整个MQTT消息服务器的扩容无需任何终端参与，避免的了由于消息服务器的扩容造成的大量终端升级，减少了企业人力和物力的消耗；另一方面，也避免了传统MQTT消息代理模块因大量终端的接入造成服务异常的局面。
附图说明
图1为传统终端设备和云端MQTT消息服务器直连方式；
图2为传统终端设备和云端MQTT消息服务器反向代理连接方式；
图3为本发明终端设备和云端MQTT消息服务器高可用连接方式。
具体实施方式
本发明旨在提出一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，解决传统技术中终端设备和云端MQTT消息服务器的通信方案存在的不能提供高可用连接、负载不均衡以及大量终端连接到反向代理服务器造成异常访问的问题。
本发明中的高可用无限MQTT消息扩容的系统包括：终端设备部分、MQTT服务器信息管理系统(以下简称MQTT管理系统)、MQTT消息服务器集群部分；具体介绍如下：
1、MQTT消息服务器集群部分：部署mosquitto服务到多台服务器，
需要单独进行如下的配置：
mosquitto对外监听的端口，如1883；
mosquitto用户名和密码。
2、MQTT管理系统部分：通过Java开发管理系统，主要完成下面几个方面的功能：
(1)通过WEB界面进行MQTT消息服务器的注册；
(2)通过WEB界面进行MQTT消息服务器的状态修改；
(3)通过WEB界面进行MQTT消息服务器的删除；
(4)通过Java后台程序，每隔3s向MQTT服务器监听的端口发送ping操作，进行健康检查，从而设定MQTT消息服务器服务状态；
(5)通过Zabbix(一个基于WEB界面的提供分布式系统监视以及网络监视功能的企业级的开源解决方案)监控MQTT消息服务器的CPU、内存和磁盘等状态，监控服务器状态，设定监控的报警线，触发报警后向管理员发送报警信息。
3、终端设备部分：主要实现下面两个方面的功能：
(1)通过向MQTT管理系统发送HTTP请求获取在用MQTT服务器列表，然后通过负载均衡算法连接到其中的一台服务器，最后把连接信息和订阅信息上报给MQTT管理系统；
(2)在检测到与MQTT服务器连接异常时进行相应容错处理。
实施例：
本实施例提供的高可用无限扩展MQTT服务设备终端和云端交互流程如图3所示，其实现过程包括：
步骤一：在有公网的网络环境服务器上部署MQTT消息服务，并配置MQTT消息连接端口；
步骤二：注册已经部署MQTT消息的服务器到MQTT管理系统，包括如下字段：外网IP、内网IP、MQTT消息连接端口；
步骤三：系统管理员可以通过WEB界面，编辑、删除注册好了的MQTT消息服务器，同时可以修改MQTT消息服务器的状态，让消息服务器置于“在使用”或“未使用”状态；
步骤四：MQTT管理系统定时去检查每一台在用的服务器健康状态，通过判断服务器MQTT消息服务是否正常使用来更新每一台设备是“正常”还是“异常”状态，系统管理员可以通过WEB界面查看所有的“异常”状态的服务器，为系统运维人员对MQTT服务的恢复提供依据；
步骤五：终端设备向MQTT管理系统请求所有“在用”和“正常”的MQTT消息服务器列表，返回的服务器信息包括如下几个字段：ID、外网IP、MQTT消息连接端口、当前该服务器已连接多少终端；
步骤六：终端设备根据从MQTT管理系统返回的数据，判断每一台服务器已连接终端数量，选择一台连接较少的服务器进行通信，这种方式的连接使的整个MQTT消息服务集群整理处于一个负载均衡的状态，完成连接后把连接的信息发送给MQTT管理系统，包括如下信息：连接服务器ID，订阅的TOPIC；
步骤七：业务系统根据MQTT管理系统的连接信息，然后通过对应连接到MQTT消息服务器和终端保持通信。
步骤八：已连接的终端设备定时判断当前连接的有效性，当连接异常需要进行如下的操作:
1.重新和当前服务器进行连接；
2.如发现当前服务器不能连接，则需要随机选择另一条服务器进行连接，如果连接成功，需要上报连接信息到MQTT管理系统；
3.如发现存储到本地的所有服务器都不能进行有效连接，则从MQTT管理系统获取最新的服务器列表和本地服务器列表进行补集操作，然后对新服务器进行连接；
4.当上述所有的操作失败后，将连接异常告警上报到MQTT管理系统。
步骤九：系统管理员通过MQTT消息服务器健康检查和运行状态统计(如，CPU，内存，连接总数量)，判断是否需要新加入MQTT消息服务器，当需要加入新的MQTT消息服务器时，只需要按照步骤一和步骤二的方法加入到MQTT管理系统便可以进行MQTT消息服务的扩容。

Claims (10)

1.一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，其特征在于，包括：
终端设备、MQTT服务器信息管理系统以及MQTT服务器集群；
所述MQTT服务器集群包括多台MQTT服务器，所述MQTT服务器通过与终端设备的消息通信向其提供相应服务；
所述MQTT服务器信息管理系统，用于提供对MQTT服务器的注册、编辑、删除、状态修改功能，以及监听MQTT服务器的服务状态、运行状态，向终端设备提供包含MQTT服务器信息的列表；
所述终端设备，用于通过向MQTT服务器信息管理系统发送HTTP请求，获取在用且正常的MQTT服务器的列表，并通过负载均衡算法连接到其中的一台服务器，以及将连接信息和订阅信息上报给MQTT服务器信息管理系统；还用于在检测到与MQTT服务器连接异常时进行相应容错处理。
2.如权利要求1所述的一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，其特征在于，
所述MQTT服务器上部署有mosquitto服务，设置mosquitto对外监听的端口、mosquitto用户名和密码。
3.如权利要求1所述的一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，其特征在于，
所述MQTT服务器信息管理系统提供对MQTT服务器的注册、编辑、删除、状态修改功能，具体包括：
通过WEB界面向新的MQTT消息服务器提供注册功能；
通过WEB界面向管理系统的管理员提供对已注册的MQTT消息服务器的删除、编辑和状态修改功能。
4.如权利要求1所述的一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，其特征在于，所述MQTT服务器信息管理系统监听MQTT服务器的服务状态，包括：
通过Java后台程序，每隔一定时间向MQTT消息服务器监听的端口发送ping操作，进行健康检查，从而设定MQTT消息服务器的服务状态，所述服务状态是指MQTT消息服务器为正常或者异常。
5.如权利要求1所述的一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，其特征在于，
所述MQTT服务器信息管理系统还用于设定MQTT服务器的运行状态的报警线，当触发报警后向管理系统的管理员发送报警信息。
6.如权利要求1所述的一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，其特征在于，所述MQTT服务器的运行状态包括：CPU、内存和磁盘等状态。
7.如权利要求1所述的一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，其特征在于，
所述MQTT服务器信息管理系统向终端设备提供包含MQTT服务器信息的列表中，所述MQTT服务器信息包括如下几个字段：ID、外网IP、MQTT消息连接端口以及当前该服务器已连接多少终端。
8.如权利要求1所述的一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，其特征在于，
所述终端设备通过负载均衡算法连接到其中的一台服务器，具体包括：
根据从MQTT服务器信息管理系统返回的数据，判断每一台服务器已连接终端数量，选择一台连接较少的服务器进行通信。
9.如权利要求1所述的一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，其特征在于，
所述终端设备在检测到与MQTT服务器连接异常时进行相应容错处理，具体包括：
已连接的终端设备定时判断当前连接的有效性，当连接异常需要进行如下的操作:
1.重新和当前服务器进行连接；
2.若发现当前服务器不能连接，则需要随机选择另一条服务器进行连接，如果连接成功，上报连接信息到MQTT服务器信息管理系统；
3.若发现存储到本地的所有服务器都不能进行有效连接，则从MQTT服务器管理系统获取最新的服务器列表和本地服务器列表进行补集操作，然后对新服务器进行连接；
4.当上述所有的操作失败后，将连接异常告警上报到MQTT服务器管理系统。
10.如权利要求1-9任意一项所述的一种高可用无限MQTT消息扩容的系统，其特征在于，
所述MQTT服务器信息管理系统还用于通过对当前MQTT服务器集群中的MQTT消息服务器的健康检查和运行状态统计，供系统管理员判断是否需要加入新的MQTT服务器。
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