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任务管理轻松实现大规模设备管理控制——设备管理类

作者:阿里云AIoT
  • 2022-12-14
    浙江
  • 本文字数:2731 字

    阅读完需:约 9 分钟

设备管理

在 IoT 领域核心的场景之一就是云和设备交互。如图 1 是一个典型的业务场景,

  1. 设备上报数据到阿里云物联网(IoT)平台,

  2. 然后阿里云物联网(IoT)平台,将上报的数据存储到 DB 中,

  3. 当然设备上报的数据也可以通过 AMQP 服务同步到用户的服务器。

  4. 当用户管理设备时,调用开放 API 将控制指令通过给用户。

图 1 是个很简单的业务场景,只有一个设备。当设备规模成倍增加时该如何有效的管理控制这些设备呢,阿里云物联网(IoT)平台提供了面向大规模设备管理的任务管理服务解决这些问题。


为什么需要任务管理

可能我们还有些疑惑,设备数量增加管理控制设备会有什么问题,以下已是两个比较典型的场景。

场景一,批量控制一批设备。如图 2 所示,需要不断的轮询查询设备信息,然后批量的调用阿里云物联网平台提供的开放 API,物联网(IoT)平台服务将消息发送给设备。 第一步轮询可能中断,第二步服务调用可能失败、限流等需要重试,第四步设备可能不在线消息不能正常触发设备。


场景二,定时批量控制一批设备。如图 3 所示,对于定时的触发的场景,需要增加定时器。当时间到时触发 server 轮询查询设备信息,然后调用阿里云物联网平台提供的服务将消息推送给设备。场景 2 需要自己实现定时回调的能力,增加业务的复杂度。

场景一和场景二,都是比较典型的批量管理控制设备的场景。实现稳定的批量管理控制设备场景有一定的成本。阿里云物联网提供的任务管理服务,提供简单易用的批量控制设备的服务,简化批量管理控制设备流程,降低批量控制设备的成本。


任务管理提供能力

便捷精准的设备选择服务:无需批量的循环查询设备,不需要考虑机器重启循环中的问题。同时提供多样的设备选择策略,便捷精准的选择一批目标设备,从而管理控制这批设备。

快速批量的任务调度服务:无需循环调用 IoT 开放 API,不需要考虑容错、限流的问题。

方便的自定义任务服务:无需修改产品功能定义,可以自由扩展下发给设备的信息内容,避免批量服务调用和属性设置需要修改产品的功能定义。

任务管理提供以上 3 种能力,助力构建大规模运维设备的场景。解决循环查询设备、服务调用容错、方便搭建业务场景。如下是任务管理整体的架构。



设备选择服务


     创建任务时,阿里云物联网平台同步初始化一个关联的设备选择服务。按照创建任务的策略,选择目标设备然后将设备持久化到 DB 中。

     阿里云物联网平台提供按照产品、分组选择设备能力,同时也支持指定的设备。后续将提供 sql 方式支持更多的场景方便选择需要控制的设备。


任务调度服务


     当任务到了需要执行的时间点, 阿里云物联网平台从 DB 中获取出需要执行的任务详情,并行分发到执行器进行批量执行,同时保障任务完整的执行。


自定义任务服务


服务调用和属性设置没有设备执行的任务状态信息,满足不了业务场景,任务管理还提供了自定义任务的能力,可以方便快速的拓展业务场景,如配置下发、软件升级。

创建任务时选择自定义任务,然后上传设备执行需要文件,文件通过阿里云安全扫描后存储到 OSS 中,任务调度后,通过自定义任务的通信协议将消息发送给设备。设备可以直接从 OSS 中获取,任务执行所需要的文件。

当设备不在线时,机器重启时可以请求当前可以执行的任务信息,避免任务的丢失。设备资源不够时,也可以拒绝执行任务。任务执行完成后,上报任务的状态。

阿里云物联网平台接收设备上报的任务状态,实时统计任务的执行状态。通过加锁避免设备并发更新状态,保证状态准确性


任务管理技术挑战

任务管理的业务模型上并不是很复杂,但是需要保证任务快速稳定的仅执行一次问题就不简单了。 同时任务执行过程中时间、环境并不可控如集群中机器可能重启,任务特性不同这些都给任务管理带了挑战。例如:

• 机器宕机集群发布,任务执行中断

• 任务执行时间长短不一样,可能会出现饥饿

• 任务执行优先级不一样,优先级低的任务不能阻塞优先级高的任务

• 任务只需要执行一次

• 任务调度和任务执行的时间性能有差异


任务调度策略

不同的任务关联的设备数量不一致,导致任务的执行时间不一样。对于每个用户来说任务的执行机会都是相等的,需要避免执行时间长的任务一直被调度,新创建的时间短的任务得不到处理。

• 任务量较少时按照调度时间升序排列,选择待执行的任务

• 当任务持续增多时,任务开始有一定量的积压,采用任务的响应比排序,选择待执行的任务。响应比计算方式(任务等待时间+任务执行时间)/(任务执行时间)

• 采用当任务量一定时采用响应比其实是一个优化,响应比的计算需要时间较久。


任务隔离 &异步化

每种类型的任务自己的特性执行时间不一样,同时任务种类多了后的任务的重要程度会有所差异。 如图 8 所示:

• 针对不同类型的任务,任务管理集群 master 节点获取需要执行任务时,分为不同的线程池

• 任务执行时不同类型的任务,采用不同线程池相互隔离避免任务执行时间不一样相互影响

• 任务的整个过程如分发、执行采用异步化避免任务执行时间过长,阻塞上游系统


任务检测 &重试

集群的机器业务迭代必不可免的有发布的需求,同时机器也可能由于某种原因宕机,因此针对任务需要检测其状态并采用不同的策略进行充实。如图 8 所示:

• 任务执行时,节点上定时上报其上任务的心跳信息

• 任务管理集群的 master 节点定义检测有问题的任务,并针对有问题任务的任务重试

• 不同类型的任务采用不同的重试策略,有些任务直接出发执行,有些任务采用退避重试的策略,并控住重试的最大次数。对于超出重试次数的任务,增加监控告警,及时发现问题并处理

• 任务的执行需要加锁,避免任务重复执行


任务并发度控制

任务调度的成本和时间其实很低,任务调度也很快,但是任务执行确需要一定的时间,两者一般相差角度。如何避免任务压垮业务系统也是需要考虑的。

• 采用任务类型维度、单机维度、用户维度 3 个维度进行任务的并发度限制

如何使用任务管理



如图 9 所示,为整个任务管理使用的流程信息


  1. 前置准备

  2. 创建产品和设备,详见创建产品。 已有产品和设备,可以忽略此步骤。

  3. 对于属性设置和服务调用类型任务,相关的属性和服务需提前在产品功能定义中编辑并发布。

  4. 设备开发

  5. 服务定义或者属性设置类型服务,设备采用服务调用和属性设置的 topic 和阿里云物联网平台通信。

  6. 自定义类型服务,设备采用自定义任务的 topic 和阿里云物联网平台通信。

  7. 设备和相关的功能开发完成后,可以使用任务管理控制设备

  8. 按照业务类型选择不同类型的任务,并设置相应的参数,具体参考任务管理说明文档。

  9. 任务创建后阿里云物联网平台,会进行调度执行,可以在控制台上查看任务执行的详情。

  10. 任务执行完成后,可以通过任务重试,重新执行任务中失败的作业。


物联网平台产品介绍详情:https://www.aliyun.com/product/iot/iot_instc_public_cn


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