MQTT 与 Kafka：增强物联网数据集成

MQTT 如何与 Kafka 一起使用？

MQTT（消息队列遥测传输）是一种轻量级消息传递协议，用于在受限网络中的设备之间进行高效通信。 Apache Kafka 是一个分布式流媒体平台。它旨在处理大规模、实时数据流和处理。

Kafka 和 MQTT 是互补技术，可实现物联网数据的端到端集成。通过集成 Kafka 和 MQTT，企业可以建立强大的物联网架构，保证设备和物联网平台之间的可靠连接和高效数据交换。同时，它也有利于整个物联网系统的高吞吐量实时数据处理和分析。

在许多物联网用例中，集成 MQTT 和 Kafka 可以提供重要价值，例如联网汽车和远程信息处理、智能城市基础设施、工业物联网监控、物流管理等。在这篇博文中，我们将探讨 MQTT 数据与 Kafka 的无缝集成用于物联网应用的 Kafka。

Kafka 和 MQTT 可以解决哪些 IoT 挑战？

在设计物联网平台架构时，会出现一些需要解决的挑战：

• 连接性和网络弹性：关键的物联网场景（例如联网汽车）依赖网络连接将数据传输到平台。该架构的设计应能够处理间歇性连接、网络延迟和变化的网络条件。
• 扩展：随着设备数量的增加，架构必须具有可扩展性，以处理物联网设备生成的不断增长的数据量。
• 消息吞吐量：物联网设备实时生成大量数据，包括传感器读数、位置信息等。平台架构必须能够处理高消息吞吐量，以确保所有数据都被有效地收集、处理并传递到适当的组件。
• 数据存储：物联网设备生成连续的数据流，需要有效地存储和管理。

在 IoT 架构中集成 MQTT 与 Kafka 的必要性

虽然 Kafka 擅长作为可靠的流数据处理平台，促进企业系统之间的数据共享，但某些限制使其不太适合物联网用例：

• 客户端复杂性和资源密集性： Kafka 客户端以其复杂性和资源需求而闻名。这给资源有限的小型物联网设备带来了困难，因为在此类设备上运行 Kafka 客户端可能不切实际或效率低下。
• 主题可扩展性： Kafka 在处理大量主题时存在局限性。对于具有广泛主题定义的 IoV 部署来说，这可能会出现问题，因为它们可能无法无缝地融入 Kafka 的架构，特别是在涉及大量设备且每个设备中存在多个主题的场景中。
• 不可靠的连接： Kafka 客户端需要稳定的 IP 连接，这对于在不可靠的移动网络上运行的物联网设备来说是一个挑战。这些网络可能会引入间歇性连接问题，从而破坏 Kafka 所需的一致通信。

将 MQTT 与 Kafka 集成可以帮助解决 Kafka 在物联网设备连接场景中的大部分限制：

• 直接寻址： MQTT 支持负载均衡，使 IoT 设备能够通过负载均衡器间接连接到 Kafka 代理。
• 主题可扩展性： MQTT 非常适合处理许多主题，使其成为具有广泛主题设计的 IoT 平台部署的理想选择。
• 可靠的连接： MQTT 旨在在不可靠的网络上运行，使其成为物联网设备和连接的可靠消息传递协议。
• 轻量级客户端： MQTT客户端被设计为轻量级，使其更适合资源受限的车联网设备。

可行的 MQTT-Kafka 集成解决方案比较

在 IoT 平台中集成 MQTT 和 Kafka 时，有多种可行的解决方案可用。每个解决方案都有自己的优点和注意事项。让我们探讨一些流行的 MQTT + Kafka 集成选项：

EMQX Kafka 数据集成

EMQX是一种流行的MQTT 代理，通过其 Kafka 数据集成功能提供与 Kafka 的无缝集成。 EMQX 作为 MQTT 和 Kafka 之间的桥梁，能够实现两种协议之间的顺畅通信。

这种集成允许以两个角色创建到 Kafka 的数据桥：生产者（向 Kafka 发送消息）和消费者（从 Kafka 接收消息）。 EMQX 允许用户以这些角色之一建立数据桥。凭借其双向数据传输能力，EMQX 提供了架构设计的灵活性。此外，它还提供低延迟和高吞吐量，确保高效可靠的数据桥接操作。

了解有关 EMQX Kafka 数据集成的更多信息：将数据流式传输到 Kafka 中。

Confluence MQTT 代理

Confluence 是 Kafka 背后的公司。其 MQTT 代理连接 MQTT 客户端和 Kafka 代理，允许它们发布和订阅 Kafka 主题。该解决方案通过抽象化与 Kafka 代理直接通信的复杂性来简化集成过程。

目前该方案仅限支持 MQTT 3.1.1 版本，MQTT 客户端连接的性能可能会影响吞吐量。

使用开源 MQTT Broker 和 Kafka 进行定制开发

通过使用开源的MQTT Broker，用户可以灵活地开发自己的连接MQTT和Kafka的桥接服务。可以使用 MQTT 客户端来构建此桥接服务，以订阅来自 MQTT Broker 的数据，并利用 Kafka 生产者 API 将数据发布到 Kafka。

该解决方案需要开发和维护工作，以及确保可靠性和可扩展性的大量工作。

使用 EMQX 将 MQTT 数据集成到 Kafka

EMQX 是一个高度可扩展的 MQTT 代理，为 IoT 平台提供广泛的特性和功能。 EMQX 的数据集成功能可以轻松高效地将 MQTT 数据传入或传出 Apache Kafka。

EMQX 提供大规模设备连接。再加上 Kafka 的高吞吐量、持久的数据处理能力，这为物联网提供了完美的数据基础设施。

EMQX 提供的 MQTT 到 Kafka 功能包括：

• 双向连接： EMQX 支持从设备批量发送 MQTT 消息到 Kafka，也支持从后端系统获取 Kafka 消息发布以连接 IoT 客户端。
• 灵活的 MQTT 到 Kafka 主题映射：例如，一对一、一对多、多对多，包括MQTT 主题过滤器（通配符）。
• EMQX Kafka 生产者支持同步/异步写入模式，在优先考虑延迟与吞吐量时变得灵活。
• 实时指标，例如消息总数、成功/失败传递数、消息传递速率等，与 SQL IoT 规则集成，在将消息推送到 Kafka 或设备之前提取、过滤、丰富和转换数据。

示例用例：利用 MQTT 和 Kafka 实现联网汽车和 IoV

MQTT + Kafka 的架构为不同行业的各种物联网平台提供了优势，而联网汽车和车联网 (IoV) 领域是一个特别引人注目的用例。

以下是该架构的主要用例：

• 远程信息处理和车辆数据分析： MQTT + Kafka 架构允许收集、流式传输和分析大规模实时车辆数据，例如传感器读数、GPS 位置、油耗和驾驶员行为。这些数据可用于车辆性能监控、预测性维护、车队管理和提高整体运营效率。
• 智能交通管理：通过集成 MQTT 和 Kafka，可以捕获和处理来自各种交通源的数据，包括联网车辆、交通传感器和基础设施。这使得智能交通管理系统的开发成为可能，包括实时交通监控、拥堵检测、路线优化和智能交通信号控制。
• 远程诊断： MQTT + Kafka架构有利于联网汽车的高吞吐量数据传输。它可用于远程诊断和故障排除，从而实现主动维护和高效解决问题。
• 能源效率和环境影响： MQTT + Kafka 架构可实现联网汽车与智能电网系统以及具有双向数据传输的能源管理平台的集成。该用例涉及实时能耗监控、需求响应机制和电动汽车充电优化。
• 预测性维护： MQTT + Kafka架构可实现车辆健康和性能数据的持续监控。该用例涉及高吞吐量实时遥测数据收集、异常检测和预测维护算法。车主可以主动识别潜在问题并安排维护任务。

结论

MQTT + Kafka 架构非常适合物联网中需要实时数据收集、可扩展性、可靠性和集成功能的用例。它实现了无缝的数据流、高效的通信以及创新的用例，例如互联车辆生态系统的应用程序和服务。因此，MQTT 和 Kafka 的结合是物联网架构端到端无缝集成的理想解决方案，涵盖从物联网设备到云端并确保双向通信。