Управление повторным подключением устройств для создания устойчивых приложений

В этой статье содержатся общие рекомендации по разработке устойчивых приложений путем добавления стратегии повторного подключения устройств. В нем объясняется, почему устройства отключают и требуют повторного подключения. В нем описываются конкретные стратегии, которые разработчики могут использовать для повторного подключения устройств, которые были отключены.

Что приводит к отключению

Ниже приведены наиболее распространенные причины отключения устройств от Центр Интернета вещей.

• Истек срок действия маркера SAS или сертификата X.509. Истек срок действия маркера SAS устройства или сертификата проверки подлинности X.509.
• Прерывание сети. Подключение устройства к сети прерывается.
• Сбои в работе службы. Служба Центр Интернета вещей Azure испытывает ошибки или временно недоступна.
• Перенастройка службы. После перенастройки параметров службы IoT Hub устройства могут нуждаться в повторной настройке или повторном подключении.

Почему вам нужна стратегия повторного подключения

Важно иметь стратегию повторного подключения устройств, как описано в следующих разделах. Без стратегии повторного подключения можно увидеть негативное влияние на производительность, доступность и стоимость решения.

Массовые попытки переподключения могут вызвать атаку DDoS

Большое количество попыток подключения в секунду может вызвать такое же состояние, как и при распределенной атаке типа "отказ в обслуживании" (DDoS). Этот сценарий характерен для больших парков устройств, количество которых исчисляется миллионами. Проблема может выходить за пределы клиента, который владеет парком, и повлиять на всю единицу масштабирования. Атака DDoS может привести к увеличению затрат на ресурсы Azure IoT Hub из-за необходимости масштабирования. Она также может негативно влиять на производительность вашего решения из-за нехватки ресурсов. В худшем случае DDoS может вызвать прерывание работы службы.

Сбой концентратора или перенастройка может отключить множество устройств

После сбоя центра Интернета вещей или после перенастройки параметров службы в Центре Интернета вещей устройства могут быть отключены. Для правильного переключения на резерв отключенные устройства требуют восстановления конфигурации. Дополнительные сведения о вариантах отработки отказа см. в статье "Надежность" в Центре Интернета вещей Azure.

Повторная подготовка многих устройств может увеличить затраты

После отключения устройств от IoT Hub оптимальным решением будет повторное подключение устройства, а не его повторная настройка. Если вы используете Центр Интернета вещей с DPS, с DPS связаны затраты на настраивание. При повторной переподготовке многих устройств в DPS это увеличивает стоимость IoT-решения. Более подробную информацию о стоимости подготовки DPS см. на странице Цены на DPS в IoT Hub.

Проектирование для обеспечения устойчивости

Устройства Интернета вещей часто используют неконтинные или неустойчивые сетевые подключения (например, GSM или спутник). Это означает, что могут возникать ошибки при взаимодействии устройств с облачными службами из-за временных сбоев на уровне доступности службы, инфраструктуры и т. д. Работающее на устройстве приложение должно управлять механизмами подключения, восстановления подключения и повторных попыток при отправке и получении сообщений. Кроме того, требования к стратегии повторных попыток очень сильно меняются в зависимости от сценария, контекста и возможностей устройства Интернета вещей.

Пакеты SDK для устройств Центра Интернета вещей Azure помогают упростить подключение и обмен данными в сценариях "из облака на устройство" и "с устройства в облако". Эти пакеты SDK предоставляют надежный способ подключения к Центру Интернета вещей Azure и широкий набор средств для отправки и получения сообщений. Разработчики также могут изменить существующую реализацию, чтобы внедрить стратегию повторных попыток в соответствии со сценарием.

Функции пакетов SDK, которые поддерживают подключение и надежное обмен сообщениями, доступны в следующих SDK для устройств IoT Hub. Дополнительные сведения см. в документации по API для конкретного пакета SDK.

• C SDK

• Пакет SDK для .NET

• Java SDK

• Пакет SDK для Node

• Пакет SDK для Python

В следующих разделах описаны функции пакета SDK, поддерживающие подключение.

Подключение и повторные попытки

В этом разделе приводится обзор шаблонов повторного подключения и повторных попыток, доступных для управления подключениями. Также приведены рекомендации по реализации разных политик повторных попыток в приложении устройства, а также перечислены соответствующие API из пакетов SDK для устройств.

Шаблоны ошибок

Сбои подключения могут происходить на разных уровнях:

• ошибки сети: разорванное соединение сокета и ошибки разрешения доменных имен

• ошибки уровня транспортных протоколов HTTP, AMQP и MQTT, например отключение каналов или истечение срока действия сеансов;

• ошибки уровня приложения, которые возникают в результате локальных ошибок: недопустимых учетных данных или неправильного поведения службы (например, превышение квоты или ограничение доступа).

Пакеты SDK для устройств обнаруживают ошибки на всех трех уровнях. Однако пакеты SDK для устройств не обнаруживают и не обрабатывают ошибки, связанные с ОС, и аппаратные ошибки. Пакеты SDK спроектированы на основе рекомендаций по обработке временных сбоев Центра архитектуры Azure.

Шаблоны повторных попыток

Следующие шаги описывают процесс повторных попыток при обнаружении ошибок подключения.

1. Пакет SDK обнаруживает ошибку и связанные с ней ошибки в сети, протоколе или приложении.

2. Пакет SDK применяет фильтрацию ошибок для определения типа ошибки и принимает решение о необходимости повторных попыток.

3. Если пакет SDK обнаруживает неустранимую ошибку, он останавливает все операции подключения, отправки и получения. Пакет SDK уведомляет пользователя. К неустранимым ошибкам относятся, например, ошибка аутентификации и неправильные параметры конечной точки.

4. Если пакет SDK обнаруживает устранимую ошибку, он выполняет повторные попытки в соответствии с настроенной политикой повтора, пока не будет превышено указанное время ожидания. Пакет SDK по умолчанию использует политику повторных попыток с экспоненциальной задержкой и jitter.

5. По истечении указанного времени ожидания пакет SDK прекращает попытки подключения или отправки. Затем он уведомляет пользователя.

6. Пакет SDK позволяет пользователю подключить обратный вызов для получения изменений состояния подключения.

Пакеты SDK обычно предоставляют три политики повторных попыток:

• Экспоненциальная задержка с дрожанием. Эта политика повторных попыток применяется по умолчанию и действует заметно агрессивно в начале, затем постепенно замедляется до достижения максимальной задержки. Дизайн основан на рекомендациях по повторным попыткам из Центра архитектуры Azure.

• Пользовательская политика повтора. Для некоторых языков пакет SDK позволяет создать пользовательскую политику повтора, которая лучше соответствует конкретному сценарию работы, и поместить ее в объект RetryPolicy. Пользовательская повторная попытка недоступна в пакете SDK для C, и в настоящее время она не поддерживается в пакете SDK для Python. Пакет SDK для Python выполняет повторные подключения по мере необходимости.

• Нет повторных попыток: политику повторных попыток можно задать как "без повторных попыток", которая отключает логику повторных попыток. Пакет SDK один раз пытается подключиться и, если подключение установлено, один раз пытается отправить сообщение. Эта политика обычно используется в сценариях, чувствительных к пропускной способности или затратам. Если вы выберете этот вариант, то неотправленные сообщения сразу теряются без возможности восстановления.

API политики повтора

Поток повторного подключения концентратора

Если вы используете Центр Интернета вещей только без DPS, используйте следующую стратегию повторного подключения.

Если устройство не удается подключиться к Центр Интернета вещей или отключено от Центр Интернета вещей:

1. Используйте экспоненциальный откат с функцией задержки jitter.
2. Повторно подключитесь к IoT Hub.

На следующей схеме приводится сводка потока повторного подключения:

Концентратор с процессом повторного подключения DPS

Если вы используете Центр Интернета вещей с DPS, используйте следующую стратегию повторного подключения.

Если устройство не удается подключиться к Центр Интернета вещей или отключено от Центр Интернета вещей, повторно подключитесь в зависимости от следующих случаев:

На следующей схеме приводится сводка потока повторного подключения:

Дальнейшие действия

Ниже приведены следующие шаги.

• Detect and troubleshoot disconnects with Azure IoT Hub (Обнаружение и устранение неполадок отключения Центра Интернета вещей Azure)

• Развертывание устройств в масштабе