Laboratório: Orquestração de IoT ponta a ponta com KubeEdge, Mosquitto e Prometheus

Duração estimada

120 min

Passos

11

Validações

4

Versões da documentação consultada

Kubernetes a versão estável atual · KubeEdge a versão estável atual · Eclipse Mosquitto a versão estável atual · Prometheus a versão estável atual

Topologia

Três máquinas (ou VMs) em rede privada: uma para o cluster Kubernetes (192.168.56.10), uma para o edge node KubeEdge (192.168.56.20) e uma para o broker MQTT (192.168.56.30). O cluster gerencia workloads, o edge node executa aplicações de borda, o broker MQTT faz a ponte de mensagens IoT. Prometheus coleta métricas do edge node.

+----------------+      +----------------+      +----------------+
|  Kubernetes    |<---->|   Edge Node    |<---->|   MQTT Broker  |
| (192.168.56.10)|      |(192.168.56.20) |      |(192.168.56.30) |
+----------------+      +----------------+      +----------------+
         |                        |                      |
         +------------------------+----------------------+
                        (Rede privada)

Equipamentos e software

Roteiro

1. Preparar as VMs e a rede

   Garanta que as três máquinas (ou VMs) estejam na mesma rede privada, com IPs fixos e acesso SSH entre elas. Isso evita problemas de conectividade.

   O que você deve ver: Ping entre os IPs funciona. SSH entre as máquinas está disponível.

2. Instalar Kubernetes (kubeadm) na máquina de nuvem

   KubeEdge depende de um cluster Kubernetes funcional. Use kubeadm para instalar um cluster simples.

   sudo apt update && sudo apt install -y apt-transport-https curl
   curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
   echo "deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
   sudo apt update
   sudo apt install -y kubelet kubeadm kubectl
   sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
   mkdir -p $HOME/.kube
   sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
   sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
   kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.ymlCopiar

   O que você deve ver: Cluster Kubernetes inicializado. 'kubectl get nodes' mostra o nó master como Ready.

3. Instalar Mosquitto MQTT Broker

   O broker MQTT faz a ponte de mensagens entre dispositivos e aplicações. Instale o Mosquitto na VM dedicada.

   sudo apt update && sudo apt install -y mosquitto mosquitto-clients
   sudo systemctl enable mosquitto
   sudo systemctl start mosquittoCopiar

   O que você deve ver: Mosquitto rodando na porta 1883. 'systemctl status mosquitto' mostra ativo.

4. Instalar KubeEdge CloudCore no cluster Kubernetes

   O CloudCore integra o cluster Kubernetes ao KubeEdge. Instale via binário oficial.

   curl -LO https://github.com/kubeedge/kubeedge/releases/download/v1.14.0/kubeedge-v1.14.0-linux-amd64.tar.gz
   sudo tar -xzf kubeedge-v1.14.0-linux-amd64.tar.gz -C /opt/
   cd /opt/kubeedge-v1.14.0-linux-amd64/cloud/
   sudo ./cloudcore --defaultconfig > /etc/kubeedge/cloudcore.yaml
   sudo ./cloudcore --config /etc/kubeedge/cloudcore.yaml &Copiar

   O que você deve ver: CloudCore rodando. Logs mostram inicialização sem erros.

5. Configurar CloudCore para MQTT externo

   Altere o arquivo de configuração do CloudCore para apontar para o broker MQTT externo.

   sudo nano /etc/kubeedge/cloudcore.yaml
   # Edite mqttServer: "tcp://192.168.56.30:1883" na seção 'modules.cloudHub.mqtt'. Salve e reinicie o CloudCore.Copiar

   O que você deve ver: CloudCore conecta ao broker MQTT externo. Logs mostram conexão bem-sucedida.

6. Instalar KubeEdge EdgeCore no edge node

   EdgeCore é o agente do KubeEdge na borda. Baixe e configure o binário.

   curl -LO https://github.com/kubeedge/kubeedge/releases/download/v1.14.0/kubeedge-v1.14.0-linux-amd64.tar.gz
   sudo tar -xzf kubeedge-v1.14.0-linux-amd64.tar.gz -C /opt/
   cd /opt/kubeedge-v1.14.0-linux-amd64/edge/
   sudo ./edgecore --defaultconfig > /etc/kubeedge/edgecore.yaml
   sudo nano /etc/kubeedge/edgecore.yaml
   # Configure cloudcoreIP: "192.168.56.10" e mqttServerExternal: "tcp://192.168.56.30:1883". Salve e rode:
   sudo ./edgecore --config /etc/kubeedge/edgecore.yaml &Copiar

   O que você deve ver: EdgeCore conecta ao CloudCore. Logs mostram handshake bem-sucedido.

7. Registrar o edge node no cluster Kubernetes

   Para o cluster reconhecer o edge node, gere um token no CloudCore e registre no EdgeCore.

   No CloudCore: sudo keadm gettoken
   No Edge Node: sudo keadm join --cloudcore-ipport=192.168.56.10:10000 --token=<token>Copiar

   O que você deve ver: Edge node aparece como Ready em 'kubectl get nodes'.

8. Deploy de um pod de exemplo no edge node

   Teste a orquestração implantando um pod nginx no edge node via Kubernetes.

   kubectl apply -f - <<EOF
   apiVersion: apps/v1
   kind: Deployment
   metadata:
     name: nginx-edge
   spec:
     replicas: 1
     selector:
       matchLabels:
         app: nginx-edge
     template:
       metadata:
         labels:
           app: nginx-edge
       spec:
         nodeSelector:
           kubeedge.io/edge-node: "true"
         containers:
         - name: nginx
           image: nginx:alpine
           ports:
           - containerPort: 80
   EOFCopiar

   O que você deve ver: Pod nginx-edge criado e rodando no edge node. 'kubectl get pods -o wide' mostra o pod no edge node.

9. Simular um dispositivo IoT publicando no MQTT

   Use o mosquitto_pub para simular um sensor publicando dados no broker MQTT.

   mosquitto_pub -h 192.168.56.30 -t 'iot/sensor1' -m '{"temp": 22.5}'Copiar

   O que você deve ver: Mensagem publicada no tópico 'iot/sensor1'.

10. Consumir a mensagem MQTT no edge node

    No edge node, use mosquitto_sub para verificar se a mensagem chega.

    mosquitto_sub -h 192.168.56.30 -t 'iot/sensor1'Copiar

    O que você deve ver: Mensagem '{"temp": 22.5}' recebida no terminal.

11. Instalar e configurar Prometheus para monitorar o edge node

    Prometheus coleta métricas do edge node. Instale e configure o Prometheus para buscar métricas na porta padrão do EdgeCore.

    sudo useradd --no-create-home --shell /bin/false prometheus
    sudo mkdir /etc/prometheus /var/lib/prometheus
    curl -LO https://github.com/prometheus/prometheus/releases/download/v2.45.0/prometheus-2.45.0.linux-amd64.tar.gz
    sudo tar -xzf prometheus-2.45.0.linux-amd64.tar.gz -C /opt/
    sudo cp /opt/prometheus-2.45.0.linux-amd64/prometheus /usr/local/bin/
    sudo nano /etc/prometheus/prometheus.yml
    # Adicione:
    scrape_configs:
      - job_name: 'kubeedge-edgecore'
        static_configs:
          - targets: ['192.168.56.20:10350']
    # Rode o Prometheus:
    sudo prometheus --config.file=/etc/prometheus/prometheus.yml &Copiar

    O que você deve ver: Prometheus coleta métricas do edge node. Interface web mostra job 'kubeedge-edgecore' como UP.

Como saber que funcionou

Troubleshooting

Segurança e hardening

• Altere as senhas padrão dos sistemas operacionais.
• Configure autenticação no Mosquitto para evitar acesso anônimo.
• Limite o acesso SSH apenas aos IPs necessários.
• Use firewall para restringir portas abertas (1883, 10350, 10000).
• Consulte a documentação do KubeEdge para práticas de hardening em produção.

Checklist final

• Cluster Kubernetes funcional com kubectl
• Mosquitto rodando e acessível na rede
• CloudCore e EdgeCore conectados sem erros
• Edge node aparece como Ready no cluster
• Pod nginx-edge rodando no edge node
• Mensagens MQTT fluem entre simulador e edge node
• Prometheus coleta métricas do edge node