了解有关 IoT Edge 设备、模块和子设备的扩展脱机功能

项目
04/12/2024

适用于： IoT Edge 1.4

Azure IoT Edge 支持 IoT Edge 设备上的扩展脱机操作，并且也会在下游设备上启用脱机操作。只要 IoT Edge 设备有机会连接到 IoT 中心，该设备和任何下游设备就可以在间歇性或无 Internet 连接的情况下继续运作。

工作原理

当 IoT Edge 设备进入脱机模式，IoT Edge 中心将扮演三个角色：

存储任何向上游发送的消息并保存它们，直到设备重新连接。
代表 IoT 中心对模块和下游设备进行身份验证，以便它们可以继续运行。
在下游设备之间启用通常通过 IoT 中心的通信。

下面的示例展示了 IoT Edge 方案如何在脱机模式下运行：

配置设备

IoT Edge 设备自动启用脱机功能。若要将此功能扩展到其他设备，需要将下游设备配置为信任其分配的父设备，并通过作为网关的父设备路由设备到云的通信。
与 IoT 中心同步

在安装 IoT Edge 运行时后，IoT Edge 设备至少要有一次处于联机状态，以便与 IoT 中心同步。在此同步中，IoT Edge 设备将获取有关任何分配给它的下游设备的详细信息。 IoT Edge 设备还可以安全更新本地缓存以启用脱机操作，并检索本地存储遥测消息的设置。
脱机

从 IoT 中心断开连接时，IoT Edge 设备及其部署的模块和任何下游设备都可以无限期运行。模块和下游设备可以在脱机状态下通过在 IoT Edge 中心进行身份验证来启动和重启。上游绑定到 IoT 中心的遥测存储在本地。模块之间或下游设备之间的通信通过直接方法或消息来维护。
与 IoT 中心重新连接和重新同步

一旦还原与 IoT 中心的连接，IoT Edge 设备会再次同步。本地存储的消息会立即传递到 IoT 中心，但取决于连接速度、IoT 中心延迟和相关因素。这些消息按照它们存储的相同顺序传递。

模块和设备的所需属性和报告属性之间的差异已得到协调。 IoT Edge 设备更新对其分配的下游设备集所做的任何更改。

约束和限制

IoT Edge 设备及其分配的下游设备可以在初始一次性同步之后无限期脱机运行。但是，消息存储取决于生存时间 (TTL) 设置和存储消息的可用磁盘空间。

每当部署状态发生变化时（例如新建部署或部署失败），设备的 EdgeAgent 都会更新其报告的属性。当设备脱机时，EdgeAgent 无法将状态报告到 Azure 门户。因此，即使 IoT Edge 设备没有 Internet 连接，设备状态在 Azure 门户中可能仍保持为“200 OK”。

设置父设备和子设备

默认情况下，一个父设备最多只能有 100 个子设备。可以通过在 edgeHub 模块中设置“MaxConnectedClients”环境变量来更改此限制。一个子设备只有一个父设备。

注意

下游设备将数据直接发送到 Internet 或网关设备（不管是否已启用 IoT Edge）。子设备可以是下游设备，也可以是嵌套拓扑中的网关设备。

下游设备可以是注册到同一个 IoT 中心的任何 IoT Edge 设备或非 IoT Edge 设备。

有关在 IoT Edge 设备与 IoT 设备之间创建父子关系的详细信息，请参阅在 Azure IoT 中心对下游设备进行身份验证。对称密钥、自签名 X.509 和 CA 签名的 X.509 部分提供了示例来演示了在创建设备时如何使用 Azure 门户和 Azure CLI 来定义父子关系。对于现有的设备，可以从父设备或子设备的 Azure 门户设备详细信息页声明关系。

有关在两台 IoT Edge 设备之间创建父子关系的详细信息，请参阅将下游 IoT Edge 设备连接到 Azure IoT Edge 网关。

将父设备设为网关

可将父/子关系视为一种透明网关，其中的子设备在 IoT 中心具有自身的标识，但通过其父设备在云中通信。若要安全通信，子设备需能够验证父设备来自受信任的源。否则，第三方可能会设置恶意设备来模拟父设备并截获通信。

以下文章详细介绍了建立这种信任关系的一种方法：

指定 DNS 服务器

为了提高可靠性，强烈建议指定在环境中使用的 DNS 服务器地址。若要为 IoT Edge 设置 DNS 服务器，请参阅故障排除文章中 Edge 代理模块报告“空配置文件”且设备上未启动模块的解决方法。

可选脱机设置

如果设备已脱机，IoT Edge 父设备将一直存储所有设备到云的消息，直到重新建立连接为止。 IoT Edge 中心模块将管理脱机消息的存储和转发。

对于长时间脱机的设备，可以通过配置两项 IoT Edge 中心设置来优化性能：

增大生存时间设置，让 IoT Edge 中心将消息保留到设备重新连接为止。
为消息存储添加更多磁盘空间。

生存时间

生存时间设置是指在过期之前消息可以等待传递的时间长短（以秒为单位）。默认为 7200 秒（两个小时）。此最大值仅受整数变量的最大值（约为 20 亿）限制。

此设置是 IoT Edge 中心的所需属性，它存储在模块孪生中。可以在 Azure 门户中或直接在部署清单中进行配置。

"$edgeHub": {
    "properties.desired": {
        "schemaVersion": "1.1",
        "routes": {},
        "storeAndForwardConfiguration": {
            "timeToLiveSecs": 7200
        }
    }
}

系统模块的主机存储

默认情况下，消息和模块状态信息存储在 IoT Edge 中心的本地容器文件系统中。为了提高可靠性，尤其是在脱机操作时，还可以在主机 IoT Edge 设备上专门使用存储。有关详细信息，请参阅向模块授予对设备本地存储的访问权限。