ThingsBoard部署方案
本文介绍了ThingsBoard支持的最流行的部署体系结构。
所有部署方案都包含某些优点和缺点。
为您的部署选择正确的体系结构取决于TCO性能和高可用性要求。
我们将从最简单的场景开始看看如何将简约部署升级到最复杂的场景。
您可以在此找到使用AWS部署的ThingsBoard的总拥有成本（TCO）计算。
重要说明：以下所有计算和价格均为近似值并作为示例列出。
请咨询您的云提供商以获取准确的价格。
性能要求
我们准备了项目清单以快速估算典型的物联网解决方案性能要求：
- 生产或每年生产的已连接设备、资产、客户、客户用户和租户的总数；
- 每台设备每天的最大和平均消息量；
- 设备有效负载的最大和平均大小；
- 每条消息的平均数据点数；
- 用于设备连接的通信协议或集成类型；
- 实体数据生命周期（以年为单位）。
一旦我们对上述参数有了大致了解我们（以及您）将能够估算所需的基础设施。
ThingsBoard的性能在很大程度上取决于设备生成的消息量以及这些消息的结构。
范例1：20,000个追踪器
每分钟20,000个设备将消息发送到云一次。每个消息包含以下参数：
{"latitude": 42.222222, "longitude": 73.333333, "speed": 55.5, "fuel": 92, "batteryLevel": 81}
在这种情况下ThingsBoard会不断维护20000个连接并每秒处理333条消息。
每条消息传递5个数据点可能需要分别对其进行图形化/分析/提取。
每秒导致对数据库的1667个写请求，每天产生1.43亿个请求。
根据所选的数据库类型每天大约需要1-2GB（Cassandra）或7-10GB（PostgreSQL）。
示例2：100,000个智能电表
每小时100,000个LoRaWAN设备将消息发送到云一次。每个消息结构如下：
{"pulseCounter": 1234567, "leakage": false, "batteryLevel": 81}
ThingsBoard通过HTTP或MQTT从可用的网络服务器之一接收上行链路消息。
典型的消息速率是100000/3600=每秒28条消息这非常低。
每个消息包含3个数据点可能需要分别对其进行图形化/分析/获取。
但是我们决定不存储“泄漏”属性因为它是多余的（大多数情况下为“false”）。
我们将仅使用它来生成警报。
这导致每秒向数据库发送55.5个写入请求，每天产生478万个请求。
根据所选的数据库类型，每天大约需要100MB（Cassandra）或238MB（PostgreSQL）。
基础架构关键特征
根据性能要求, 您可以确定关键的ThingsBoard服务器/集群特征：
- 每秒 传入消息数(incoming messages per second) (主要影响RAM和CPU消耗);
- 并发的活动设备会话(active device sessions)数量（主要影响RAM消耗）；
- 规则引擎处理的消息(messages processed by Rule Engine)数量（主要影响CPU消耗）；
- 持久数据点的(persisted data points)数量（直接影响IOPS和相应的数据库）。
ThingsBoard集群可以水平扩展因此您可以轻松应对RAM/CPU影响者。
但是，您需要仔细计划持久数据点的数量（上面列表中的最后一项）。
如果您打算使用PostgreSQL我们建议每秒记录少于20000个数据点。
如果您打算使用混合数据库方法（PostgreSQL和Cassandra）则可以将遥测（Cassandra）写操作扩展到每秒1M数据点，尽管属性更新已推送到PostgreSQL，所以20000个限制仍然有效。
部署方案
独立服务器部署（方案A）
根据实际生产用例，最简单的部署方案适用于多达30万个设备每秒具有10000条消息和10000个数据点。
这种情况需要在同一台服务器（本地或云中）中部署ThingsBoard平台和PostgreSQL数据库。
HAProxy负载平衡器也安装在同一服务器上，并充当反向代理和可选的TLS终止代理。
参见下图。
优点：
- 非常简单的设置，实际上是：使用我们的安装指南部署10分钟。
- 易于维护和更新软件实例。
缺点：
- 升级会导致停机，每次升级大约需要5-10分钟。
- 最小的高可用性。万一硬件或应用程序出现故障，所有设备和用户都会受到影响。
- 无数据持久性。一切都存储在一台服务器上。
- 系统性能受单个服务器性能的限制。
性能：
解决方案的整体性能取决于实例硬件而在很大程度上取决于数据库的性能。
我们建议在独立服务器部署方案中将PostgreSQL用于实体和遥测数据。
一个普通的虚拟环境每秒可以处理约5000个遥测数据点。
请参阅关键基础结构特征 和性能测试在不同的AWS实例上。此信息对于正确决定您的解决方案的基础结构很有用。
总成本示例：
假设每小时有10000个LoRaWAN智能电表设备将消息发送到云一次。
单个AWS EC2”m5.large”实例的费用为每月约41.66 USD（如果预付1年，则每年约为500 USD）。
500GB存储价格为每月50美元。
大约每月的基础设施成本约为100美元。
ThingsBoard PE永久许可证（低于v3.0）的价格为2999美元（包括使用首年内的可选更新和基本支持）。
后续年份的软件更新+基本支持的价格为1199美元。
成本：每月约350美元。这个价格与每个设备每月0.035 USD相关，而设备数量为1万。
添加保费软件包将导致每月〜850 USD或每台设备每月0.085 USD。
评论和建议：
这种部署方案非常简单非常适合开发环境原型设计和早期创业公司。
在投入生产之前建议您设置数据备份脚本并将数据库快照定期上载到持久性存储（AWS S3等）中。
实施服务器实例的常规快照也很有用，这样可以最大程度地减少发生故障时的恢复时间。
如果您想最小化用于数据库维护的资源，我们建议使用云托管数据库。有关更多详细信息请参见方案B。
具有外部数据库的单服务器部署（方案B）
此部署方案与方案A相似但需要将完全托管的数据库部署在单独的服务器上。
ThingsBoard客户成功利用AWS RDS，Azure PostgreSQL数据库和Google Cloud SQL 可以最大程度地减少数据库设置、备份和支持方面的工作。
参见下图。
优点：
- 安装非常简单（使用我们的安装指南大约需要1个小时来部署）。
- 易于维护和更新软件实例。
- 数据与托管备份和故障转移分开存储。
缺点：
- 升级会导致停机每次升级的停机时间约为5分钟。
- 最小的高可用性如果发生硬件或应用程序故障则管理员必须执行手动操作以启动和运行系统。
- 系统性能受单个服务器性能的限制。
性能：
解决方案的整体性能取决于实例硬件而在很大程度上取决于数据库的性能。
我们建议在这种情况下将PostgreSQL用于实体和遥测数据。
一个普通的虚拟环境每秒可以处理约5,000个遥测数据点。
方案B的总拥有成本示例：
假设每小时有10000个LoRaWAN智能电表设备将消息发送到云一次。
每月单个AWS EC2”m5.large”实例的成本为〜41.66 USD（在每年预付款的情况下约为500 USD）。
在db.t2.medium和多可用区部署的情况下，Amazon RDS PostgreSQL实例的每月费用约为200美元。
大约基础设施成本：约250美元/月。
单个ThingsBoard PE永久许可的价格为2999美元（包括使用首年内的可选更新和基本支持）。
后续年份的软件更新+基本支持的价格为1199美元。
成本：每月约500美元或每台设备每月0.05美元（最多可容纳1万个设备用例）。 添加Premium support 软件包将导致每月〜1000 USD或每个设备每月0.1 USD。
使用微服务架构进行集群部署（场景C）
ThingsBoard支持微服务架构（MSA），可以为数百万个设备执行可扩展的部署。
请参阅平台架构了解更多详细信息。
通过MSA部署系统管理员可以灵活地调整传输、规则引擎、Web UI和JavaScript执行程序微服务的数量以根据当前负载优化集群。
ThingsBoard使用Kafka作为主要消息队列和流解决方案，使用Redis作为分布式缓存并使用Cassandra作为高度可用，可扩展且快速的NoSQL数据库。
请注意Cassandra的使用是可选的在高遥测数据速率（每秒超过20,000个数据点）的情况下建议使用。
在其他情况下基于PostgreSQL的部署就足够了。
优点：
- 简单的Kubernetes部署。
- 无SPOF。
- 高可用性和系统。
- 在次要版本升级期间无停机时间。
缺点：
- 少量设备上的总拥有成本高（每个ThingsBoard集群少于100000个设备）。
性能：
该解决方案的整体性能取决于群集硬件，并且在很大程度上取决于所用数据库的性能。
具有5个ThingsBoard服务器和5个Cassandra节点的虚拟机集群可以处理一百万个设备；有关更多详细信息，请参见关键基础结构特征。
集群部署方案的总拥有成本示例：
100万智能电表的总拥有成本
示例1：假设1000000 LoRaWAN / NB-IoT 智能仪表设备每小时向云发送消息的设备一次。
每个消息包含3个数据点可能需要分别对其进行图形化/分析/提取。
我们认为消息是通过HTTP或UDP集成发送到ThingsBoard这在这种情况下是很典型的。
1000000个设备表示每秒负载280条消息（1000000个设备/3600秒）这导致每秒280x3=840个写入请求到数据库（数据点）的请求或每天7260万个请求。
根据所选的数据库类型，以上情况每天导致大约消耗1.2GB（Cassandra）或4GB（PostgreSQL）的磁盘空间。
以下Kubernetes集群足以支持此用例：
- 2个“r5.xlarge”实例（4vCPU和32 GB RAM）来托管2个ThingsBoard Node容器。大约价格约为380美元/月。
- 3个“c5.large”实例（2vCPU和4 GB的RAM）来托管3个Zookeeper和大约9个JS执行器。大约价格是〜120美元/月。
- 基于2 x“cache.m5.large”的Amazon ElastiCache for Redis。大约价格约为200美元/月。
- 基于3个“kafka.m5.large”和1TB数据存储的Amazon Managed Streaming for Kafka。估计：620 USD /月。
- 基于“db.m5.large”多可用区部署的Amazon RDS for PostgreSQL。估计：220 USD /月。
- 1TB多可用区部署存储。价格为每月230美元。
因此，大约每台设备的基础设施成本约为1770美元/月或0.00177美元/月。
两个ThingsBoard PE永久许可证的价格为5998美元（包括使用首年内的可选更新和基本支持）。
随后几年的软件更新+基本支持的价格为2398美元。
在超过1万个设备的用例中，我们提供了托管服务来支持生产环境（不是基本的Support订阅）。
费率为每台设备每月0.01美元。
成本：每月约12,270美元或每台设备每月0.01227美元。
如果您想在集群设置中重现这种情况，请遵循以下指南： 智能电表用例性能测试
100万个智能跟踪器TCO
范例2：假设有1,000,000台智能追踪器设备每分钟发送一次到云中。
每个消息包含5个数据点，可能需要分别对其进行图形化/分析/提取。
典型的消息速率是1,000,000 / 60秒。=每秒16,667条消息。
这导致每秒对数据库（数据点）的16667 x 5 = 83,335写请求，或每天7.2B请求。
使用Cassandra可以可靠地处理此负载，每天可达到144GB。
由于需要在Cassandra中将数据复制3次因此每天需要432 GB的磁盘空间。
以下Kubernetes集群足以支持此用例：
- 8个“c5.large”实例（2vCPU和4 GB RAM）来托管8个ThingsBoard MQTT Transport容器。大约价格是〜320美元/月。
- 15个“c5.xlarge”实例（4vCPU和8 GB RAM）来托管15个ThingsBoard Node容器。大约价格是〜1095美元/月。
- 3个“c5.xlarge”实例（2vCPU和4 GB RAM）来托管3个Zookeeper和约30个JS执行器。大约价格是〜240美元/月。
- 基于2 x“ cache.m5.large”的Amazon ElastiCache for Redis。大约价格约为200美元/月。
- 基于3个“ kafka.m5.large”和1TB数据存储的Amazon Managed Streaming for Kafka。估计：620 USD /月。
- 基于“ db.m5.large”多可用区部署的Amazon RDS for PostgreSQL。估计：220 USD /月。
- 100TB的部署存储。价格：10,000美元/月。
因此，每台设备的基础设施成本约为13790美元/月或0.0138美元/月。
15个ThingsBoard PE永久许可证（低于v3.0）的价格为44985美元（包括使用首年内的可选更新和基本支持）。
后续几年的软件更新+基本支持的价格为17985美元。
ThingsBoard 支持生产环境的托管服务：每台设备每月0.01美元。
成本：每月约27508美元或每台设备每月0.0275美元。
如果您想在集群设置中重现这种情况，请遵循以下指南： 智能跟踪器用例性能测试