EMQX

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スキーマレジストリ ​

IoTデバイス端末の多様性や各メーカーによる異なるコーディングフォーマットのため、プラットフォーム上のアプリケーションがデバイス管理のためにIoTプラットフォームにアクセスする際に、統一されたデータフォーマットの必要性が生じます。

スキーマレジストリは、エンコードおよびデコードに使用されるスキーマを管理し、エンコードやデコードのリクエストを処理して結果を返します。スキーマレジストリはルールエンジンと連携して、さまざまなシナリオにおけるデバイスアクセスやルール設計に適応可能です。

EMQXのスキーマレジストリは現在、以下の形式のコーデックをサポートしています：

AvroおよびProtobufはスキーマ依存のデータフォーマットです。エンコードされたデータはバイナリ形式で、デコードされたデータはMap形式になります。デコードされたデータはルールエンジンや他のプラグインで直接利用可能です。スキーマレジストリはAvroやProtobufなどの組み込みエンコードフォーマットのスキーマテキストを管理します。

JSONスキーマは、入力されたJSONオブジェクトがスキーマ定義に準拠しているか、またはルールエンジンから出力されたJSONオブジェクトが下流にデータを生成する前に有効かどうかを検証するために使用できます。

外部HTTPサーバーは、ペイロードのすべてのデコードおよびエンコードを設定されたブラックボックスサーバーを経由させ、そのロジックを処理します。カスタムのエンコード／デコードロジックを実装したい場合に有用です。

以下の図はスキーマレジストリの適用例を示しています。複数のデバイスが異なるフォーマットでデータを報告し、スキーマレジストリで統一された内部フォーマットにデコードされ、バックエンドアプリケーションに転送されます。

スキーマレジストリ

アーキテクチャ設計 ​

EMQXは、パブリッシュされるメッセージのエンコード、デコード、スキーマ仕様への準拠検証にスキーマを利用できます。AvroやProtobufなどの組み込みエンコードフォーマットのスキーマテキストを管理しています。

スキーマAPIはスキーマ名による追加、照会、削除操作を提供するため、エンコードやデコード時にはスキーマ名の指定が必要です。

architecture

一般的なユースケースとしては、ルールエンジンからスキーマレジストリが提供するエンコード・デコードインターフェースを呼び出し、その結果のエンコード済みまたはデコード済みデータを後続のアクションの入力として利用します。

エンコード呼び出しの例：

erlang
schema_encode(SchemaName, Map) -> Bytes

デコード呼び出しの例：

erlang
schema_decode(SchemaName, Bytes) -> Map

JSONエンコードされたMQTTメッセージのデータをエンコードする際は、スキーマ関数でエンコードする前にjson_decode関数でMap内部フォーマットにデコードする必要があります。例：

erlang
schema_encode(SchemaName, json_decode(Map)) -> Bytes

JSONデータがJSONスキーマに準拠しているかをエンコード前またはデコード後に検証する場合は、以下のスキーマ検証関数を使用します：

erlang
schema_check(SchemaName, Map | Bytes) -> Boolean

スキーマレジストリとルールエンジン ​

EMQXのメッセージ処理層は、メッセージング、ルールエンジン、データ変換の3つの部分に分けられます。

EMQXのPUB/SUBシステムはメッセージを指定されたトピックにルーティングします。ルールエンジンはデータに対するビジネスルールを柔軟に設定でき、メッセージをルールにマッチングさせて対応するアクションを指定します。データフォーマットの変換はルールマッチングの前に行われ、データをルールマッチングに参加可能なMap形式に変換してからマッチングします。

スキーマとルールエンジン

ルールエンジン内部データフォーマット（Map） ​

ルールエンジン内部で使用されるデータフォーマットはErlangのMapです。元のデータがバイナリや他の形式の場合は、上記のschema_decodeやjson_decodeなどのコーデック関数を使ってMapに変換する必要があります。JSONオブジェクトに非常に近い構造です。

Mapはキーと値のペアのデータ構造で、#{key => value}の形式を取ります。例えば、user = #{id => 1, name => "Steve"}はidが1、nameが"Steve"のuser Mapを定義しています。

SQL文は.演算子を提供し、ネストされたMapのフィールドを抽出・追加できます。以下はSQL文でのMap操作の例です：

sql
SELECT user.id AS my_id

このSQL文のフィルター結果は#{my_id => 1}となります。

JSONコーデック ​

ルールエンジンのSQL文はJSON形式の文字列のエンコード・デコードをサポートしています。JSON文字列をMap形式に変換するSQL関数はjson_decode()とjson_encode()です：

sql
SELECT json_decode(payload) AS p FROM "t/#" WHERE p.x = p.y

上記SQL文は、ペイロードの内容がJSON文字列{"x" = 1, "y" = 1}で、トピックがt/aのMQTTメッセージにマッチします。

json_decode(payload) as pはJSON文字列を以下のMapデータ構造にデコードし、WHERE句でp.xやp.yを使ってフィールドを参照可能にします。

erlang
#{
  p => #{
    x => 1,
    y => 1
  }
}

注意： AS句はデコードしたデータにキーを割り当て、後続の操作で利用可能にするために必須です。

外部スキーマレジストリ ​

バージョン5.8.1以降、EMQXは外部のConfluent Schema Registry（CSR）を設定可能になりました。この機能により、ルール処理中に外部レジストリからスキーマを動的に取得し、効率的にメッセージのエンコード・デコードが行えます。

ダッシュボードでの外部スキーマレジストリ作成 ​

EMQXダッシュボードから直接外部スキーマレジストリを設定でき、スキーマ統合の管理が容易です。

EMQXダッシュボードの Smart Data Hub -> Schema Registry に移動し、スキーマページの External タブを選択します。

右上の Create ボタンをクリックし、以下の項目を設定します：

  • Name：エンコード・デコード関数で使用する外部スキーマレジストリ名を入力します。
  • Type：外部スキーマレジストリの種類を選択します。現在はConfluentのみ対応しています。
  • URL：Confluent Schema Registryのエンドポイントを入力します。
  • Authentication：Basic authを選択した場合、外部レジストリにアクセスするための認証情報（ユーザー名とパスワード）を入力します。

設定完了後、Create をクリックします。

設定ファイルによる外部スキーマレジストリの設定 ​

EMQXの設定ファイルで外部Confluent Schema Registryを設定することも可能です。以下は設定例です：

hcl
schema_registry {
  external {
    my_external_registry {
      type = confluent
      url = "https://confluent.registry.url:8081"
      auth {
        username = "myuser"
        password = "secret"
      }
    }
  }
}

この例では：

  • my_external_registry は外部スキーマレジストリに割り当てた名前です。
  • type = confluent は外部レジストリの種類を指定しています。
  • url はConfluent Schema Registryのエンドポイントです。
  • auth は外部レジストリにアクセスするための認証情報（ユーザー名とパスワード）です。

ルールエンジンでの外部スキーマレジストリ利用 ​

外部レジストリを設定すると、EMQXルールエンジンで外部レジストリに格納されたスキーマを使ってペイロードのエンコード・デコードを行う複数の関数が利用可能になります。

以下の関数は設定済みの外部CSRを利用します：

sql
avro_encode('my_external_registry', payload, my_schema_id)
avro_decode('my_external_registry', payload, my_schema_id)
schema_encode_and_tag('my_local_avro_schema', 'my_external_registry', payload, 'my_subject')
schema_decode_tagged('my_external_registry', payload)

関数利用例 ​

以下の関数利用例では、次の値と変数名を使用しています：

  • my_external_registry：EMQXで外部レジストリに割り当てた名前
  • my_schema_id：CSRに登録されたスキーマID（CSRでは常に整数）
  • my_local_avro_schema：EMQXにローカル設定されたAvroスキーマ名
  • my_subject：CSRで定義されたサブジェクト名
avro_encode ​

avro_encodeは外部レジストリのスキーマIDを使ってペイロードをエンコードします。スキーマは実行時に動的に取得され、その後の実行でキャッシュされます。Confluent Schema RegistryではスキーマIDは整数です。

注意

エンコード時のペイロードはルールエンジンの内部データ形式であるデコード済みMapである必要があります。これが例でjson_decodeを使う理由です。

例：

sql
select
  -- 123はCSRに登録されたスキーマID
  avro_encode('my_external_registry', json_decode(payload), 123) as encoded
from 't'
avro_decode ​

この関数は外部レジストリの指定スキーマIDに基づきAvroペイロードをデコードします。スキーマは実行時に動的に取得され、その後の操作でキャッシュされます。

例：

sql
select
  -- 123はCSRに登録されたスキーマID
  avro_decode('my_external_registry', payload, 123) as decoded
from 't'
schema_encode_and_tag ​

この関数はローカル登録済みAvroスキーマ、外部CSRスキーマ名、サブジェクトを使い、（すでに内部Map形式の）ペイロードをエンコードし、結果のペイロードにスキーマIDでタグ付けします。スキーマIDはローカルスキーマをCSRに登録した際のものです。

例：

sql
select
  schema_encode_and_tag(
    'my_local_avro_schema',
    'my_external_registry',
    json_decode(payload),
    'my_subject'
  ) as encoded
from 't'
schema_decode_tagged ​

この関数はCSR名を使って、スキーマIDでタグ付けされたペイロードをデコードします。

sql
select
  schema_decode_tagged(
    'my_external_registry',
    payload
  ) as decoded
from 't'