HStreamDBへのMQTTデータストリーミング

HStreamDBは、リアルタイムのメッセージ、イベント、その他のデータストリームを効率的に取り込み、保存、処理、配信できるオープンソースのストリーミングデータプラットフォームです。EMQX CloudとHStreamDBの統合により、MQTTメッセージやクライアントイベントをHStreamDBに保存でき、大規模なIoTデータの収集、伝送、保存を実現するとともに、標準SQLやマテリアライズドビューを用いたリアルタイムのデータストリーム処理、監視、分析が可能になります。

本ページでは、EMQX CloudとHStreamDB間のデータ統合について包括的に紹介し、データ統合の作成と検証に関する実践的な手順を提供します。

動作の仕組み

HStreamDBデータ統合は、EMQX Cloudのデバイス接続およびメッセージ伝送機能と、HStreamDBの堅牢なデータ保存および処理機能を組み合わせたEMQX Cloudの標準機能です。組み込みのルールエンジンコンポーネントにより、両プラットフォーム間のデータストリーミングと処理のプロセスが簡素化されています。

以下の図は、EMQXとHStreamDB間のデータ統合の典型的なアーキテクチャを示しています。

EMQX Cloud Integration HStreamDB

EMQX Cloudはルールエンジンと設定済みのSinkを介してMQTTデータをHStreamDBに転送し、全体の処理は以下の通りです：

メッセージのパブリッシュと受信：IoTデバイスはMQTTプロトコルを通じて正常に接続し、特定のトピックにテレメトリやステータスデータをパブリッシュします。EMQX Cloudはこれらのメッセージを受信すると、ルールエンジン内でマッチング処理を開始します。
ルールエンジンによるメッセージ処理：組み込みのルールエンジンを用いて、特定のソースからのMQTTメッセージをトピックマッチングに基づき処理します。ルールエンジンは対応するルールをマッチングし、データ形式の変換、特定情報のフィルタリング、コンテキスト情報の付加などのメッセージ処理を行います。
HStreamDBへのデータストリーミング：ルールがトリガーされると、メッセージをHStreamDBに転送するアクションが実行されます。ここでデータはHStreamDBのストリーム名、パーティションキー、レコードに簡単に設定でき、後続のデータ処理や分析を容易にします。

MQTTメッセージデータがApache HStreamDBに書き込まれた後は、以下のような柔軟なアプリケーション開発が可能です：

特定のMQTTメッセージを受信した際に、HStreamDBのルールエンジンコンポーネントを使って対応するアクションやイベントをトリガーし、システム間やアプリケーション間のイベント駆動機能を実現。
HStreamDB内でMQTTデータストリームをリアルタイムに分析し、異常や特定のイベントパターンを検出してアラート通知や対応アクションを実行。
複数のMQTTトピックからのデータを一元化し、HStreamDBの計算機能を活用してリアルタイム集計、計算、分析を行い、より包括的なデータインサイトを獲得。

特長と利点

HStreamDBとのデータ統合は、以下の特長と利点をビジネスにもたらします：

信頼性の高いIoTデータメッセージ配信：EMQX CloudはMQTTメッセージをバッチで確実にHStreamDBに送信でき、IoTデバイスとHStreamDBおよびアプリケーションシステムの統合を可能にします。
MQTTメッセージの変換：ルールエンジンを利用して、EMQX CloudはMQTTメッセージのフィルタリングや変換を行えます。メッセージはHStreamDBに送信される前にデータ抽出、フィルタリング、付加情報の追加、変換が可能です。
大規模データストリーム保存：HStreamDBは特別に設計された分散型のフォールトトレラントなログストレージクラスターで、数百万のデータストリームを信頼性高く保存できます。必要に応じてリアルタイムのデータストリーム更新をアプリケーションにリプレイまたはプッシュ可能です。EMQXのメッセージモデルと完全に統合し、大規模なIoTデータの収集、伝送、保存を実現します。
クラスターとスケーラビリティ：クラウドネイティブアーキテクチャで構築されたEMQXとHStreamDBはオンラインスケーリングとクラスターの動的な拡張・縮小をサポートし、増大するビジネスニーズに柔軟に対応可能です。
柔軟な処理能力：HStreamDBでは、馴染みのあるSQLを用いて複数のデータストリームのフィルタリング、変換、集計、結合が行えます。標準SQLやマテリアライズドビューを使ったリアルタイム処理、監視、分析もサポートし、リアルタイムのデータインサイトを提供します。
高スループットシナリオでの処理能力：HStreamDBデータ統合は同期・非同期の両書き込みモードをサポートし、シナリオに応じてレイテンシとスループットのバランスを柔軟に調整可能です。

はじめる前に

このセクションでは、HStreamDBデータ統合の作成を開始する前に必要な準備、具体的にはHStreamDBサービスの起動方法とストリームの作成方法について説明します。

以下のサブセクションでは、Linux/MacOS環境でDockerイメージを使ってHStreamDBをインストールし接続する方法を説明します。Dockerがインストールされており、可能であればDocker Compose v2を利用してください。その他のHStreamDBおよびHStreamDBプラットフォームのインストール方法については、Quickstart with Docker-ComposeおよびGetting Started with HStream Platformを参照してください。

前提条件

ルールの理解
データ統合の理解

ネットワーク設定

データ統合を構成する前に、EMQX Cloudのデプロイメントを作成し、EMQX Cloudと対象サービス間のネットワーク接続を確立していることを確認してください。

Dedicated Flexデプロイメントの場合：
EMQX CloudのVPCと対象サービスのVPC間でVPCピアリング接続を作成します。ピアリング接続が確立されると、EMQX Cloudは対象サービスのプライベートIPアドレスを介してアクセス可能になります。
パブリックIP経由でのアクセスが必要な場合は、NATゲートウェイを構成してアウトバウンド接続を有効にしてください。
BYOC（Bring Your Own Cloud）デプロイメントの場合：
BYOCデプロイメントが稼働しているVPCと対象サービスをホストするVPC間でVPCピアリング接続を作成します。ピアリングが確立されると、対象サービスのプライベートIPアドレスを介してアクセス可能になります。
対象サービスにパブリックIP経由でアクセスする必要がある場合は、クラウドプロバイダーのコンソールを使用してBYOC VPCにNATゲートウェイを構成してください。

HStreamDB TCPサービスの起動とストリーム作成

このセクションでは、ローカルのDocker環境で単一ノードのHStreamDB TCPサービスを起動し、HStreamDBにストリームを作成する方法を説明します。

注意

HStreamDBリソースが接続状態になった後、ストリームの削除や再作成などの操作を行う場合は、HStreamDBへの再接続が必要となり、つまりHStreamDBリソースの再起動が必要です。

以下の内容でdocker-compose-tcp.yamlファイルを作成します。< server ip >はサーバーのIPアドレスに置き換えてください。

docker-compose-tcp.yaml

yaml

version: '3.9'

services:
  hserver:
    image: hstreamdb/hstream:v0.17.0
    container_name: quickstart-tcp-hserver
    depends_on:
      - zookeeper
      - hstore
    ports:
      - '127.0.0.1:6570:6570'
    expose:
      - 6570
    networks:
      - quickstart-tcp
    volumes:
      - /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock
      - /tmp:/tmp
      - data_store:/data/store
    command:
      - bash
      - '-c'
      - |
        set -e
        /usr/local/script/wait-for-storage.sh hstore 6440 zookeeper 2181 600 \
        /usr/local/bin/hstream-server \
        --bind-address 0.0.0.0 --port 6570 \
        --internal-port 6571 \
        --server-id 100 \
        --seed-nodes "$$(hostname -I | awk '{print $$1}'):6571" \
        --advertised-address < server ip > \
        --metastore-uri zk://zookeeper:2181 \
        --store-config /data/store/logdevice.conf \
        --store-admin-host hstore --store-admin-port 6440 \
        --store-log-level warning \
        --io-tasks-path /tmp/io/tasks \
        --io-tasks-network quickstart-tcp

  hstore:
    image: hstreamdb/hstream:v0.17.0
    container_name: quickstart-tcp-hstore
    networks:
      - quickstart-tcp
    volumes:
      - data_store:/data/store
    command:
      - bash
      - '-c'
      - |
        set -ex
        # N.B. "enable-dscp-reflection=false" is required for linux kernel which
        # doesn't support dscp reflection, e.g. centos7.
        /usr/local/bin/ld-dev-cluster --root /data/store \
        --use-tcp --tcp-host $$(hostname -I | awk '{print $$1}') \
        --user-admin-port 6440 \
        --param enable-dscp-reflection=false \
        --no-interactive

  zookeeper:
    image: zookeeper:3.8.1
    container_name: quickstart-tcp-zk
    expose:
      - 2181
    networks:
      - quickstart-tcp
    volumes:
      - data_zk_data:/data
      - data_zk_datalog:/datalog

networks:
  quickstart-tcp:
    name: quickstart-tcp

volumes:
  data_store:
    name: quickstart_tcp_data_store
  data_zk_data:
    name: quickstart_tcp_data_zk_data
  data_zk_datalog:
    name: quickstart_tcp_data_zk_datalog

以下のシェルコマンドを実行してHStreamDB TCPサービスを起動します。
bash
```
docker compose -f docker-compose-tcp.yaml up --build
```

HStreamコンテナに入って、temp_humという名前のストリームを作成します。

TIP

HStreamDBのインタラクティブSQL CLIを使ってストリームを作成することも可能です。hstream --helpでhstreamコマンドの使い方を確認してください。

HStreamDBコンテナに入ってストリームを作成するコマンド

bash

 $ docker container exec -it quickstart-tcp-hserver bash
 # Stream `temp_hum`を作成
 root@ed6a64e65ac0:/# hstream stream create temp_hum
 +-------------+---------+----------------+-------------+
 | Stream Name | Replica | Retention Time | Shard Count |
 +-------------+---------+----------------+-------------+
 | temp_hum    | 1       | 604800 seconds | 1           |
 +-------------+---------+----------------+-------------+
 # すべてのストリームを一覧表示
 root@ed6a64e65ac0:/# hstream stream list
 +-------------+---------+----------------+-------------+
 | Stream Name | Replica | Retention Time | Shard Count |
 +-------------+---------+----------------+-------------+
 | temp_hum    | 1       | 604800 seconds | 1           |
 +-------------+---------+----------------+-------------+

HStreamDB TLSサービスの起動とストリーム作成

このセクションでは、ローカルのDocker環境でデュアルノードのHStreamDB TLSサービスを起動し、HStreamDBにストリームを作成する方法を説明します。

注意

Dockerネットワーク環境と証明書ファイルについて

現バージョンのHStreamでは、コンテナ間通信に影響を与える可能性があるため、http_proxy、https_proxy、all_proxyなどの環境変数をコンテナに設定しないでください。詳細はDocker Network Proxyを参照してください。
ルート証明書および自己署名証明書はsmallstep/step-caコンテナを使って自動生成されます。
他の証明書要件がある場合は、証明書ファイルをHStreamDBコンテナにマウントするか、Configuring step-caを参照してください。
- step-caでデフォルト設定により生成された証明書は有効期限が1日です。有効期限を変更したい場合はcaディレクトリ内の証明書を削除し、step-ca-configuration-optionsに従って設定を変更してください。

証明書を保存するためにtls-deploy/caディレクトリを作成します。

bash

mkdir tls-deploy/ca

bash

$ cd tls-deploy
# "ca"ディレクトリに書き込み権限を付与
$ sudo chmod 777 ca

tls-deploy配下に以下の内容でdocker-compose-tcp.yamlファイルを作成します。< server ip >はサーバーのIPアドレスに置き換えてください。

docker-compose-tls.yaml

yaml

version: '3.9'

services:
  step-ca:
    image: smallstep/step-ca:0.23.0
    container_name: quickstart-tls-step-ca
    networks:
      - quickstart-tls
    volumes:
      - ${step_ca}:/home/step
    environment:
      - DOCKER_STEPCA_INIT_NAME=HStream
      - DOCKER_STEPCA_INIT_DNS_NAMES=step-ca

  generate-hstream-cert:
    image: smallstep/step-ca:0.23.0
    container_name: quickstart-tls-generate-hstream-cert
    depends_on:
      step-ca:
        condition: service_healthy
    networks:
      - quickstart-tls
    volumes:
      - ${step_ca}:/home/step
    command:
      - bash
      - '-c'
      - |
        sleep 1
        if [ -f hstream.crt ]; then exit 0; fi
        step ca certificate "hstream" hstream.crt hstream.key \
        --provisioner-password-file secrets/password --ca-url https://step-ca:9000 \
        --root certs/root_ca.crt \
        --san localhost \
        --san 127.0.0.1 \
        --san < server ip >

  hserver0:
    image: hstreamdb/hstream:v0.19.3
    container_name: quickstart-tls-hserver-0
    depends_on:
      - generate-hstream-cert
      - zookeeper
      - hstore
    ports:
      - '6570:6570'
      - '6571:6571'
      - '26570:26570'
    expose:
      - 6571
      - 26570
    networks:
      - quickstart-tls
    volumes:
      - /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock
      - /tmp:/tmp
      - data_store:/data/store
      - ${step_ca}:/data/server
    command:
      - bash
      - '-c'
      - |
        set -e
        /usr/local/script/wait-for-storage.sh hstore 6440 zookeeper 2181 600; \
        timeout=60; \
        until ( \
          [ -f /data/server/hstream.crt ] && [ -f /data/server/hstream.key ] \
        ) >/dev/null 2>&1; do
            >&2 echo 'Waiting for tls files ...'
            sleep 1
            timeout=$$((timeout - 1))
            [ $$timeout -le 0 ] && echo 'Timeout!' && exit 1;
        done; \
        /usr/local/bin/hstream-server \
        --bind-address 0.0.0.0 --port 6570 \
        --internal-port 6571 \
        --server-id 100 \
        --seed-nodes "hserver0:6571,hserver1:6573" \
        --advertised-address < server ip > \
        --metastore-uri zk://zookeeper:2181 \
        --store-config /data/store/logdevice.conf \
        --store-admin-host hstore --store-admin-port 6440 \
        --io-tasks-path /tmp/io/tasks \
        --io-tasks-network quickstart-tls \
        --tls-cert-path /data/server/hstream.crt \
        --tls-key-path /data/server/hstream.key \
        --enable-tls \
        --advertised-listeners l1:hstream://< server ip >:26570 \
        --listeners-security-protocol-map l1:plaintext

        # NOTE:
        # advertised-listeners ip addr should same as container addr for tls listener

  hserver1:
    image: hstreamdb/hstream:v0.19.3
    container_name: quickstart-tls-hserver-1
    depends_on:
      - generate-hstream-cert
      - zookeeper
      - hstore
    ports:
      - '6572:6572'
      - '6573:6573'
      - '26572:26572'
    expose:
      - 6573
      - 26572
    networks:
      - quickstart-tls
    volumes:
      - /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock
      - /tmp:/tmp
      - data_store:/data/store
      - ${step_ca}:/data/server
    command:
      - bash
      - '-c'
      - |
        set -e
        /usr/local/script/wait-for-storage.sh hstore 6440 zookeeper 2181 600; \
        timeout=60; \
        until ( \
          [ -f /data/server/hstream.crt ] && [ -f /data/server/hstream.key ] \
        ) >/dev/null 2>&1; do
            >&2 echo 'Waiting for tls files ...'
            sleep 1
            timeout=$$((timeout - 1))
            [ $$timeout -le 0 ] && echo 'Timeout!' && exit 1;
        done; \
        /usr/local/bin/hstream-server \
        --bind-address 0.0.0.0 --port 6572 \
        --internal-port 6573 \
        --server-id 101 \
        --seed-nodes "hserver0:6571,hserver1:6573" \
        --advertised-address < server ip > \
        --metastore-uri zk://zookeeper:2181 \
        --store-config /data/store/logdevice.conf \
        --store-admin-host hstore --store-admin-port 6440 \
        --io-tasks-path /tmp/io/tasks \
        --io-tasks-network quickstart-tls \
        --tls-cert-path /data/server/hstream.crt \
        --tls-key-path /data/server/hstream.key \
        --enable-tls \
        --advertised-listeners l1:hstream://< server ip >:26572 \
        --listeners-security-protocol-map l1:plaintext

        # NOTE:
        # advertised-listeners ip addr should same as container addr for tls listener

  hserver-init:
    image: hstreamdb/hstream:v0.19.3
    container_name: quickstart-tls-hserver-init
    depends_on:
      - hserver0
      - hserver1
    networks:
      - quickstart-tls
    command:
      - bash
      - '-c'
      - |
        timeout=60
        until ( \
            /usr/local/bin/hadmin server --host hserver0 --port 26570 status && \
            /usr/local/bin/hadmin server --host hserver1 --port 26572 status \
        ) >/dev/null 2>&1; do
            >&2 echo 'Waiting for servers ...'
            sleep 1
            timeout=$$((timeout - 1))
            [ $$timeout -le 0 ] && echo 'Timeout!' && exit 1;
        done; \
        /usr/local/bin/hadmin server --host hserver0 --port 26570 init

  hstore:
    image: hstreamdb/hstream:v0.19.3
    container_name: quickstart-tls-hstore
    networks:
      - quickstart-tls
    volumes:
      - data_store:/data/store
    command:
      - bash
      - '-c'
      - |
        set -ex
        /usr/local/bin/ld-dev-cluster --root /data/store \
        --use-tcp --tcp-host $$(hostname -I | awk '{print $$1}') \
        --user-admin-port 6440 \
        --no-interactive

  zookeeper:
    image: zookeeper:3.8.1
    container_name: quickstart-tls-zk
    expose:
      - 2181
    networks:
      - quickstart-tls
    volumes:
      - data_zk_data:/data
      - data_zk_datalog:/datalog

networks:
  quickstart-tls:
    name: quickstart-tls

volumes:
  data_store:
    name: quickstart_tls_data_store
  data_zk_data:
    name: quickstart_tls_data_zk_data
  data_zk_datalog:
    name: quickstart_tls_data_zk_datalog

ディレクトリ構成は以下のようになります：

bash

$ tree tls-deploy
tls-deploy
├── ca
└── docker-compose-tls.yaml

2 directories, 1 file

tls-deployディレクトリに入り、以下のシェルコマンドを実行してHStreamDB TLSサービスを起動します。

bash

# 同じフォルダで起動
env step_ca=$PWD/ca docker compose -f docker-compose-tls.yaml up --build

# バックグラウンド起動
env step_ca=$PWD/ca docker compose -f docker-compose-tls.yaml up -d --build

HStreamDBコンテナに入り、temp_humという名前のストリームを作成します。

TLS接続コマンドオプションについて

TCPサービスと同様に、コマンドラインに--tls-ca [CA_PATH]オプションを追加するだけで接続可能です。quickstart-tls-hserver-1ノードでコマンドを実行する場合は、docker-composeファイルで指定したポートと一致させるために--port 6572オプションも指定してください。

HStreamDBコンテナに入ってストリームを作成するコマンド

bash

$ docker container exec -it quickstart-tls-hserver-0 bash
# Stream `temp_hum`を作成
root@9aa62aef0910:/# hstream --tls-ca /data/server/certs/root_ca.crt stream create temp_hum
+-------------+---------+----------------+-------------+
| Stream Name | Replica | Retention Time | Shard Count |
+-------------+---------+----------------+-------------+
| temp_hum    | 1       | 604800 seconds | 1           |
+-------------+---------+----------------+-------------+
# すべてのストリームを一覧表示
root@9aa62aef0910:/# hstream --tls-ca /data/server/certs/root_ca.crt stream list
+-------------+---------+----------------+-------------+
| Stream Name | Replica | Retention Time | Shard Count |
+-------------+---------+----------------+-------------+
| temp_hum    | 1       | 604800 seconds | 1           |
+-------------+---------+----------------+-------------+

HStreamDBコネクターの作成

データ統合ルールを作成する前に、まずHStreamDBサーバーにアクセスするためのHStreamDBコネクターを作成する必要があります。

ご自身のデプロイメントにアクセスし、左側ナビゲーションメニューからデータ統合をクリックします。
初めてコネクターを作成する場合は、データ永続化カテゴリの下にあるHStreamDBを選択します。すでにコネクターを作成済みの場合は、新規コネクターを選択し、続いてデータ永続化カテゴリの下のHStreamDBを選択します。
接続情報を入力します：
- サーバーURL：サーバーのIPアドレスとポート。
- gRPCタイムアウト：gRPCリクエスト時にHStreamDBサーバーからの応答を待つ最大時間を秒単位で指定します。デフォルトは30秒です。
- 必要に応じてTLS接続を有効にするためのトグルスイッチをクリックします。TLSを有効にした場合はTLS検証を無効にしてください。tls-deploy/caディレクトリで生成された証明書とキーをアップロードします：
  - ca/hstream.crtをTLS証明書にアップロード。
  - ca/hstream.keyをTLSキーにアップロード。
  - ca/certs/root_ca.crtをCA証明書にアップロード。
詳細設定（任意）。
テストボタンをクリックします。HStreamDBサービスにアクセス可能であれば成功メッセージが表示されます。
新規作成ボタンをクリックして作成を完了します。

ルールの作成

次に、書き込み対象のデータを指定し、処理済みデータをHStreamDBに転送するためのアクションをルールに追加する必要があります。

ルールエリアで新規ルールをクリックするか、作成したコネクターのアクション列にある新規ルールアイコンをクリックします。
SQLエディターにルールのマッチングSQL文を入力します。以下のルールでは、temp_hum/emqxトピックからメッセージの報告時刻up_timestamp、クライアントID、ペイロードを読み取り、温度と湿度を取得しています。
sql
```
SELECT
  timestamp as up_timestamp,
  clientid as client_id,
  payload.temp as temp,
  payload.hum as hum
FROM
  "temp_hum/emqx"
```
TIP
初心者の方は、SQL例をクリックしてTry It OutでSQLルールを学習・テストしてください。
次へをクリックしてアクションを追加します。
コネクターのドロップダウンから先ほど作成したコネクターを選択します。
メッセージを特定トピックに転送するためのHStreamレコードテンプレートを以下のテンプレートで設定します。
bash
```
{
  "up_timestamp": ${up_timestamp},
  "client_id": ${client_id},
  "temp": ${temp},
  "hum": ${hum}
}
```
詳細設定（任意）。
確定ボタンをクリックしてルールの作成を完了します。
新規ルール成功のポップアップでルールに戻るをクリックし、データ統合の設定チェーンを完了します。

ルールのテスト

温度・湿度データの報告をシミュレートするためにMQTTXの使用を推奨しますが、他の任意のクライアントでも構いません。

MQTTXを使ってデプロイメントに接続し、以下のトピックにメッセージを送信します。
- トピック：temp_hum/emqx
- ペイロード：
  json
```
{
  "temp": "27.5",
  "hum": "41.8"
}
```

メッセージがKafkaに転送されているか確認します。

bash

 # Stream `temp_hum`の読み取り後、Control-Cで停止
 root@7f963b999883:/# hstream stream read-stream temp_hum
 timestamp: "1711442849073", id: 2241614080977213-21474836481-0, key: "", record: {"up_timestamp": 1711442848921, "client_id": mqttx_3f5a2868, "temp": 27.5, "hum": 41.8}

コンソールで運用データを確認します。ルール一覧のルールIDをクリックすると、ルールの統計情報およびそのルール下のすべてのアクションの統計情報が表示されます。

プランと料金

はじめに

デプロイメントの作成

専用フレックス

BYOC

ネットワーク管理

VPC ピアリング接続

PrivateLink の設定

クライアント認証

拡張認証

クライアント認可

拡張認可

モニタリング

ゲートウェイ

クライアント＆アプリケーション接続

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