メインコンテンツまでスキップ

Sparkplug B ドライバ

PlantPulse Edge の Sparkplug B ドライバは、MQTT 3.1.1 client + Sparkplug B Payload Protobuf デコーダ のネイティブ Java 実装です。外部 paho/tahu jar への依存がなく、単一 jar 配布時に追加設定なしで動作します。

ソース: plantpulse.driver.protocol.sparkplug.*

クラス責務
SparkplugBDriverProtocolDriver 実装体 — connect/read/write/close、alias・metric キャッシュ
SparkplugMqttClientMQTT 3.1.1 自己完結クライアント (CONNECT / SUBSCRIBE / PUBLISH / PINGREQ)
SparkplugBPayloadSparkplug B Payload protobuf ワイヤエンコーダ/デコーダ (varint / fixed32 / fixed64 / length-delim)

動作フロー​

broker ──PUBLISH──> SparkplugMqttClient ──onMessage(topic, payload)──> SparkplugBDriver
│
├─ topic 파싱 (spBv1.0/G/<msgType>/edge[/dev])
├─ Payload 디코드 → metric list
├─ NBIRTH/DBIRTH 시 alias→name 등록
└─ metricCache[edge[/dev]/name] = formatValue()

PlantPulse 폴러 ──read(addr)──> metricCache[addr] (in-memory hit, 외부 RTT 없음)
write(addr, value) ──encode──> NCMD/DCMD publish → broker

オプション​

キーデフォルト説明
group-iddefaultSparkplug Group ID。subscribe 時にワイルドカードの一部として使用。group 不一致メッセージはドライバが除外。
edge-node-id+Edge node フィルタ。+ の場合は group 内の全ノード。
keep-alive60MQTT keep-alive 秒。0 の場合は ping 無効。
connect-timeout5000TCP 接続タイムアウト ms。

Subscribe topic は spBv1.0/<group-id>/+/<edge-node-id>/# パターンで構成されます (+ は message_type、# は device 部分のワイルドカード)。


Sparkplug Datatype マッピング​

SparkplugBPayload.Metric.formatValue() がワイヤデータ型ごとに適切な String へ変換します。

Sparkplug datatype保存フィールドformat 結果
Int8 / Int16 / Int32intValue (varint)signed int (Integer.toString)
UInt8 / UInt16 / UInt32intValueunsigned (& 0xFFFFFFFFL)
Int64 / DateTimelongValuesigned long
UInt64longValueLong.toUnsignedString
FloatfloatValue (fixed32)Float.toString
DoubledoubleValue (fixed64)Double.toString
BooleanbooleanValue (varint)"true" / "false"
String / Text / UUIDstringValueUTF-8 そのまま
Bytes / FilebytesValuehex string

is_null=true metric は空文字列として評価されます。


NBIRTH / DBIRTH の alias 学習​

Sparkplug 効率の核心: BIRTH が metric 名と alias ペアを送信 → 以降 NDATA/DDATA は alias のみ送信。

1) edge1 의 NBIRTH:
metric { name="Temperature" alias=7 datatype=Float float_value=23.5 }
→ driver: aliasByPrefix.put("edge1", {7 → "Temperature"})
metricCache.put("edge1/Temperature", "23.5")

2) edge1 의 NDATA (이름 생략):
metric { alias=7 datatype=Float float_value=24.1 }
→ driver: name 없음 → alias=7 → "Temperature"
metricCache.put("edge1/Temperature", "24.1")

NBIRTH が欠落した状態で NDATA が到着すると、alias ルックアップが失敗し無視されます (キャッシュ更新なし)。broker 再起動後に publisher が NBIRTH を再発行するまで待機。


NDEATH / DDEATH​

Edge node または device が終了すると、broker が LWT (Last Will and Testament) で NDEATH/DDEATH を publish。ドライバは alias map のみクリアし、キャッシュは維持 — 最後の既知値がポーリング結果として保持されます (PlantPulse の monitor が lastValue UI をそのまま表示)。


NCMD / DCMD 送信​

write(ProtocolAddress) は address セグメント数に応じて自動分岐。

addresspublish topic備考
edge1/SetPointspBv1.0/<group>/NCMD/edge1node レベルのコマンド
edge1/dev1/SetPointspBv1.0/<group>/DCMD/edge1/dev1device レベルのコマンド

phase 1 はすべてのコマンドを Sparkplug datatype String で publish します — 送信側 (Tahu / Ignition) が metric の定義された datatype に変換して処理。


制限および今後の作業​

  • TLS / 認証 — 現状は平文 + 匿名のみ。username/password / mTLS オプションは今後。
  • QoS — すべての publish/subscribe QoS 0。Sparkplug 推奨は NBIRTH のみ QoS 1、NDATA/DDATA は QoS 0。
  • DataSet / Template metric — ワイヤは raw bytes で保存 (datasetRaw/templateRaw) するが、decode/format は未実装。
  • Properties / Metadata — raw bytes 保存のみ、decode 未実装。
  • bdSeq — NBIRTH の bdSeq マッチング / NDEATH 検証は未実装。

テスト位置​

test/java/plantpulse/driver/protocol/sparkplug/SparkplugBDriverTest.java — 27 テスト。

  • 初期状態 / オプション解析
  • 未接続 read/write の安全性
  • BIRTH alias 登録、NDATA alias-only 解決、group 不一致ブロック、DEATH alias クリア
  • datatype ごとの formatValue 正確性 (Int32 / Float / Double / Boolean / String / UInt32 / UInt64 / is_null)
  • Payload encode→decode round-trip
  • MQTT remaining length / utf8 ワイヤユーティリティ
  • safeId clientId サニタイゼーション