Брокер локальной сети - Виды взаимодействия в Интернете вещей

Беспроводные сенсорные сети имеют архитектуру, поддерживающую любой вид топологии (звезда, дерево, ячеистая) и предусматривающую наличие координатора - узла сети, организующего сеть и играющего роль в некоторой степени напоминающую брокера в сети MQTT. Однако, связь с ближайшим узлом сенсорной сети возможна и без помощи брокера - напрямую. Координатор играет роль брокера в случае невозможности установить связь с узлом в силу его удаленности. Более простыми "брокерами" сенсорных сетей являются маршрутизаторы, которые также предназначены для ретрансляции сообщений от одного узла к другому. Любое конечное устройство сенсорной сети может быть настроено на предоставление услуги маршрутизации.

Наличие таких улов, как координатор и маршрутизатор упрощают задачу интеграции брокера MQTTв локальную сеть. Имея IP-адресацию в локальной сети, любой узел всегда будет знать адрес координатора и ближайшего маршрутизатора. Таким образом, для внедрения протокола MQTTв локальную беспроводную сеть способом локального брокера необходимо:

Использовать протокол IP,

Установить программное обеспечение брокераMQTTна маршрутизаторы и координатор локальной сети,

Установить клиентское ПОMQTT на конечные узлы сети,

Использовать таблицу брокеров.

сеть интернет-вещей с локальными брокерами

Рисунок 8. Сеть интернет-вещей с локальными брокерами

На рисунке8 изображена топология Интернета вещей после применения метода локального брокера. Такой метод распространяет технологию MQTT на локальные беспроводные сети. Использование данного метода отразится на клиентском приложении только изменением алгоритма подключения к серверу. Теперь при подключении будет использоваться таблица брокеров, включающая в себя как локальные, так и глобальные брокеры.

К недостаткам такого метода можно отнести:

Необходимость подключения вещи к нескольким брокерам (локальному и глобальному),

Наличие дополнительного устройства для развертывания на нем брокера,

Отсутствие локальной сети в случае недоступности брокера,

Связь двух узлов только посредством третьего узла - брокера (отсутствие ячеистой топологии).

Необходимость подключения сразу к двум брокерам приведет к тому, что одни и те же данные придется публиковать дважды. Выходы из этой ситуации следующие:

Доработка программного обеспечения локального брокера с добавлением функции ретрансляции сообщений от вещей на глобальный брокер. В таком случае, если локальный брокер включен, конечные устройства будут использовать его в первую очередь (приоритет локального брокера всегда максимален), а локальный брокер должен иметь возможность устанавливать множество соединений с глобальным брокером и публиковать/принимать сообщения от имени соответствующих вещей.

связь узлов и брокеров с ретрансляцией

Рисунок 9. Связь узлов и брокеров с ретрансляцией

Модификация клиентского ПО MQTT с целью добавления режима multicast. Данный режим должен предусматривать возможность публикации сообщений сразу на все доступные брокеры и возможность обрабатывать адресованные узлу сообщения от разных брокеров одной функцией. Поскольку уникальность идентификаторов устройств в глобальной сети должна распространяться и на локальные сети, то проблем с повторной доставкой сообщений быть не должно. Сообщение будет обработано только тем узлом, которому оно адресовано. К тому же режим multicast поддерживается практически любыми стандартами беспроводной связи.

связь узлов и брокеров в режиме multicast

Рисунок 10. Связь узлов и брокеров в режиме multicast

Проблема необходимости дополнительного устройства актуальна только в тех случаях, когда необходимо использование более одного локального брокера. В случае же, когда можно обойтись всего одним локальным брокером такая проблема решается установкой брокерного программного обеспечения на устройство координатора. Шлюз связи с глобальной сетью также может служить платформой как для координатора, так и для локального брокера.

В случае недоступности брокера или выхода его из строя, сенсорная сеть самовосстановится, однако сеть вещей распадется, если не будет запасного брокера. Такая проблема решается внедрением брокеров на доступные маршрутизаторы сети, или на все узлы сети. Во время выхода из строя основного локального брокера, один из узлов, по возможности, трансформируется в брокер, загрузив сохраненную в нем программу сервера-брокера. Некоторые беспроводные сенсорные сети имеют подобный механизм восстановления - когда вышедший из строя координатор может быть заменен одним из маршрутизаторов сети.

Полное переключение узла в режим брокера также может быть заменено на дополнительное включение программы сервера-брокера. Т. е. узел будет продолжать функционировать в прежнем режиме, но параллельно с приложением конечного устройства на узле будет запущен локальный брокер.

К достоинствам метода локального брокера можно отнести:

Полная прозрачность взаимодействия между интернет-вещами,

Автоматическая маршрутизация,

Минимальные изменения пользовательского приложения.

Похожие статьи




Брокер локальной сети - Виды взаимодействия в Интернете вещей

Предыдущая | Следующая