【EMQX实践】如何感知设备上下线？

序言

在智能物联时代，存设备需要联网上云场景。EMQX在此场景中属于设备连接网关关键节点，EMQX不紧紧只是消息中间件的作用，我们更需要监控哪些设备什么时候连接上线，又在什么时候断开下线。

为什么需要感知设备上下线

感知设备上下线在多个场景中都是非常重要的，以下是几个主要原因：

  1. 设备监控与管理：感知设备上下线可以帮助管理者实时了解设备的状态，从而进行更有效的设备监控和管理。例如，在网络环境中，感知设备是否在线可以确保网络连接的稳定性和安全性。
  2. 故障诊断与预防：通过感知设备上下线，可以及时发现设备故障或异常状态。当设备频繁上下线或长时间离线时，可能意味着设备存在问题，需要进行检修或更换。这有助于预防设备故障，提高设备的可靠性和稳定性。
  3. 资源优化：感知设备上下线可以帮助管理者了解设备的使用情况，从而进行资源优化。例如，在云计算环境中，感知设备是否在线可以帮助管理者合理分配计算资源，避免资源浪费。
  4. 安全控制：在某些场景中，感知设备上下线也是实现安全控制的重要手段。例如，在物联网应用中，通过感知设备是否在线，可以控制对设备的访问和授权，防止未授权的设备接入网络或访问敏感数据。
  5. 业务连续性保障：在一些需要连续运行或高可用的业务场景中，感知设备上下线可以确保业务的连续性和稳定性。例如，在金融服务或医疗保健等领域，设备的稳定运行对于业务的正常进行至关重要。通过感知设备上下线，可以及时发现并处理设备故障或异常状态，确保业务的连续性和稳定性。

EMQX如何感知设备上下线？

EMQX感知设备上下线的方法主要依赖于MQTT协议提供的系统主题。在MQTT协议中，当设备客户端连接或断开与EMQX服务器的连接时，EMQX会发布相应的上下线事件到特定的系统主题。
具体实现步骤如下：

  1. 配置EMQX的ACL规则：EMQX默认可能只允许本机的MQTT客户端订阅_SYS_系统主题。因此，你需要修改_EMQX_的_ACL_（访问控制列表）规则，允许其他客户端订阅与设备上下线相关的系统主题。例如，你可以添加一条规则允许所有客户端订阅$SYS/brokers/+/clients/#这样的主题。
  2. 创建MQTT客户端：使用MQTT客户端库（如Paho MQTT、MQTT.js等）创建一个MQTT客户端，并连接到EMQX服务器。
  3. 订阅系统主题：在MQTT客户端中，订阅与设备上下线相关的系统主题。例如，你可以订阅$SYS/brokers/${node}/clients/${clientid}/connected以感知设备的上线事件，订阅$SYS/brokers/${node}/clients/${clientid}/disconnected以感知设备的下线事件。其中 n o d e 是 E M Q X 节点的标识符， {node}是EMQX节点的标识符， node是EMQX节点的标识符，{clientid}是设备的客户端ID。

EMQX系统主题

EMQX 周期性发布自身运行状态、消息统计、客户端上下线事件到以 $SYS/ 开头系统主题。
$SYS 主题路径以 $SYS/brokers/{node}/ 开头。{node} 是指产生该 事件 / 消息 所在的节点名称。
EMQX 中$SYS主题中绝大部分数据都可以通过其他更耦合性更低的方式获取， 设备上下线状态可通过规则引擎获取。

客户端上下线事件

$SYS 主题前缀：$SYS/brokers/${node}/clients/
本事件默认为开启状态，关闭请参照sys_topics.sys_event_messages。

主题 (Topic)说明
${clientid}/connected上线事件。当任意客户端上线时，EMQX 就会发布该主题的消息
${clientid}/disconnected下线事件。当任意客户端下线时，EMQX 就会发布该主题的消息

connected 事件消息的 Payload 解析成 JSON 格式如下:

{
  "username": "foo",
  "ts": 1625572213873,
  "sockport": 1883,
  "proto_ver": 4,
  "proto_name": "MQTT",
  "keepalive": 60,
  "ipaddress": "127.0.0.1",
  "expiry_interval": 0,
  "connected_at": 1625572213873,
  "connack": 0,
  "clientid": "emqtt-8348fe27a87976ad4db3",
  "clean_start": true
}

disconnected 事件消息的 Payload 解析成 JSON 格式如下:

{
  "username": "foo",
  "ts": 1625572213873,
  "sockport": 1883,
  "reason": "tcp_closed",
  "proto_ver": 4,
  "proto_name": "MQTT",
  "ipaddress": "127.0.0.1",
  "disconnected_at": 1625572213873,
  "clientid": "emqtt-8348fe27a87976ad4db3"
}

客户端监听系统事件授权

客户端订阅 $SYS 主题，需要在 ACL File 配置 ACL 规则。

文件格式

基于文件的授权权限列表简单轻量，适合配置通用的规则。对于上百条或者更面向客户端的规则，推荐使用其他授权来源。基于文件的权限列表可以作为防护置于授权链末端。
基于文件进行授权检查前，您需要将授权规则以 Erlang 元组 数据列表的形式存储在文件中。
基本语法和概念如下：

  • 元组是用花括号包起来的一个列表，各个元素用逗号分隔
  • 每条规则应以 . 结尾
  • 注释行以 %% 开头，在解析过程中会被丢弃

代码示例：

%% 允许用户名是 dashboard 的客户端订阅 "$SYS/#" 这个主题
{allow, {user, "dashboard"}, subscribe, ["$SYS/#"]}.

%% 允许来自127.0.0.1 的用户发布和订阅 "$SYS/#" 以及 "#"
{allow, {ipaddr, "127.0.0.1"}, all, ["$SYS/#", "#"]}.

%% 拒绝其他所有用户订阅 "$SYS/#" 和 "#" 主题
{deny, all, subscribe, ["$SYS/#", {eq, "#"}]}.

%% 如果前面的规则都没有匹配到，则允许所有操作
{allow, all}.

在每个元组中：
第一个元素表示该条规则对应的权限；可选值：

  • allow （允许）
  • deny（拒绝）

第二个元素用来指定适用此条规则的客户端，比如：

  • {username, “dashboard”}：用户名为 dashboard 的客户端；也可写作{user, “dashboard”}
  • {username, {re, “^dash”}}：用户名匹配 正则表达式 ^dash 的客户端
  • {clientid, “dashboard”}：客户端 ID 为 dashboard 的客户端，也可写作{client, “dashboard”}
  • {clientid, {re, “^dash”}}：客户端 ID 匹配 正则表达式 ^dash 的客户端
  • {ipaddr, “127.0.0.1”}：源地址为 127.0.0.1 的客户端；支持 CIDR 地址格式。注意：如果 EMQX 部署在负载均衡器后侧，建议为 EMQX 的监听器开启 proxy_protocol 配置 ，否则 EMQX 可能会使用负载均衡器的源地址。
  • {ipaddrs, [“127.0.0.1”, …, ]}：来自多个源地址的客户端，不同 IP 地址之间以 , 区分
  • all：匹配所有客户端
  • {‘and’, [Spec1, Spec2, …]} ：满足列表中所有规范的客户端。
  • {‘or’, [Spec1, Spec2, …]} ：满足列表中任何规范的客户端。

第三个元素用来指定该条规则对应的操作：

  • publish：发布消息
  • subscribe：订阅主题
  • all：发布消息和订阅主题
  • 从 v5.1.1 版本开始，EMQX 支持检查发布与订阅操作中的 QoS 与保留消息标志位，您可以在第三个元素中加上 qos 或 retain 来指定检查的 QoS 或保留消息标志位，例如：
    • {publish, [{qos, 1}, {retain, false}]}：拒绝发布 QoS 为 1 的保留消息
    • {publish, {retain, true}}：拒绝发布保留消息
    • {subscribe, {qos, 2}}：拒绝以 QoS2 订阅主题

第四个元素用于指定当前规则适用的 MQTT 主题，支持通配符（主题过滤器），可以使用主题占位符：

  • “t/${clientid}”：使用了主题占位符，当客户端 ID 为 emqx_c 的客户端触发检查时，将精确匹配 t/emqx_c 主题
  • “$SYS/#”：通过通配符匹配 $SYS/ 开头的所有主题，如 $SYS/foo、 $SYS/foo/bar
  • {eq, “foo/#”}：精确匹配 foo/# 主题，主题 foo/bar 将无法匹配，此处 eq 表示全等比较（equal）

另外还有 2 种特殊的规则，通常会用在 ACL 文件的末尾作为默认规则使用。

  • {allow, all}：允许所有请求
  • {deny, all}：拒绝所有请求
通过 Dashboard 配置

在 EMQX Dashboard 页面，点击左侧导航目录的 访问控制 -> 授权 进入授权页面。
EMQX 已默认配置了基于文件的授权检查器。您可点击 File 数据源对应的操作栏下的 设置 按钮查看或更改 ACL 文件中配置的授权规则。
在 授权页面，单击创建，选择数据源为 File，点击下一步，进入配置参数页签：
{allow, {user, "clientdevice"}, subscribe, ["$SYS/#"]}.
clientdevice：客户端名字
image.png
image.png

如何监听EMQX系统主题

监听系统主题授权

在ACL file配置
{allow, {user, "clientdevice"}, subscribe, ["$SYS/#"]}.

订阅主题
上线事件topic$SYS/brokers/${node}/clients/${clientid}/connected
下线事件topic$SYS/brokers/${node}/clients/${clientid}/disconnected
根据EMQX通配符$SYS/brokers/+/clients/#
如果需要实现共享模式$share/device_service/$SYS/brokers/+/clients/#

（在共享订阅模式下，多个客户端可以组成一个共享组（Shared Group），共同订阅一个主题（Topic）。当消息发布到这个主题时，EMQX会按照特定的分发策略（如随机、轮询、粘性、哈希等）将消息分发给共享组中的一个客户端，确保每个消息只被一个客户端接收并处理。）

emqx系列文章

MQTT BROKER 技术选型
Windows安装EMQX
EMQX 快速入门
EMQX 实践
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