Псевдо-сервер MQTT - Виды взаимодействия в Интернете вещей

Недостатки метода локального брокера позволяет убрать еще один способ организации туманных вычислений на основе протокола MQTT - реализовать эмуляцию сервера для каждого узла локальной сети. При этом нет необходимости использовать весь функционал сервера на клиентском узле. Важно лишь обеспечить связь между двумя узлами.

Под псевдо-сервером подразумевается часть программного обеспечения узла, эмулирующая сервер MQTT.

При таком подходе необходимо знать сетевой адрес устройства, к которому мы хотим подключиться. При этом, на уровне приложения, известен только идентификаторMQTT необходимой вещи, а сетевой адрес скрыт. В такой ситуации проблема может быть разрешена при помощи координатора сенсорной сети. При инициализации сети должна создаваться таблица идентификаторов устройств с соответствующими сетевыми адресами всех вещей, входящих в локальную сеть и сохраняться на координаторе. Любой узел сети при необходимости сможет запросить ее у координатора (доступ к координатору есть у каждого узла сети) и выполнить присоединение к псевдо-серверу.

На момент соединения с псевдо-сервером отправитель будет знать точно, что это именно тот узел, которому адресуется информация. Узел 1 будет публиковать информацию на псевдо-сервер, не имея ни одного подписчика, в то время как узел 2 будет принимать ее и передавать в приложение.

Такой способ является простейшей надстройкой над протоколом MQTT. Главной задачей при таком подходе является инкапсуляция реализации псевдо-сервера и осуществление прозрачного обмена между вещами с помощью определенного набора функций. Это решается путем создания некоторой библиотеки для Point-to-Pointсоединений, содержащей в себе эмуляцию сервера MQTTи соединения клиента с ним.

Для организации прозрачной связи между территориально-удаленными вещами при таком подходе необходимо сделать обертку над APIобщения с сервером MQTTи API соединений Point-to-Pointс целью включения алгоритма поиска вещи в локальной сети и автоматической маршрутизации. Поиск вещи в локальной сети будет производиться без особых проблем благодаря таблице устройств, хранимой на координаторе. В случае присутствия вещи в локальной сети, будет использоваться Point-to-PointAPI. В случае отсутствия вещи, будет произведен запрос к глобальному серверу MQTT.

Недостатки такого подхода включают в себя:

Необходимость использования APIдля осуществления прозрачных соединений,

Серверный функционал узлов сети, следствием использования которого является увеличение энергопотребления сети,

Необходимость внесения изменений в протокол MQTT, реализацию серверной и клиентской части.

Достоинства метода:

Нет необходимости использовать отдельное устройство для развертывания брокера,

Взаимодействие может быть осуществлено между любыми двумя близлежащими устройствами без участия посредников,

Более рациональная топология.

Способ псевдо-сервера, несмотря надостоинства, является надстройкой над протоколом MQTT, альтернативой чему может служить доработка протокола с целью поддержки туманных вычислений. Изменение протокола возможно с поддержкой обратной совместимости, однако встраивание такого решения в существующие системы будет непростой задачей.

Выводы

Среди различных методов физической организации Интернета вещей предпочтение отдается методу централизованного сервера, поскольку такой метод переносит нагрузку обработки запросов пользователей с интернет-вещей на централизованный сервер, тем самым разгружая слабый радио-канал связи интернет-вещей, перенося нагрузку на проводные каналы связи между сервером и пользователями,

Предоставляет надежные средства хранения и обработки информации,

Позволяет интернет-вещам взаимодействовать друг с другом и пользоваться облачными вычислениями.

Среди недостатков существующих средств организации метода централизованного сервера можно выделить:

Отсутствие общепринятого стандарта организации Интернета вещей и интерфейсов взаимодействия,

Отсутствие универсального протокола, поддерживающего туманные вычисления и обеспечивающего прозрачную, территориально независимую связь между интернет-вещами.

На практике данный метод используется совместно с протоколомMQTT-наиболее развитое и оптимальное средство в условиях экономии электроэнергии и объема передаваемых данных. Однако протокол MQTTеще не окончательно развит и имеет основную проблему - отсутствие возможности создавать соединения "точка-точка" между двумя узлами одной локальной сети. Это означает невозможность использования технологии туманных вычислений. Однако у этой проблемы есть ряд решений.

Решения проблемы организации локальных межузловых соединений делятся в зависимости от применения. Существуют разные применения для Интернета вещей. В случае необходимости решать задачи, требующие быстрого и частого обмена между узлами сети, более выгодным будет применение способа псевдо-сервера. Однако такой способ является надстройкой над протоколом и нежелателен MQTT, в силу плохой переносимости в будущем на другие системы интернет-вещей.

Более надежным и хорошо применимым к любым существующим системам, основанным на протоколе MQTT, способом является использование локального брокера. Такой метод изменяет лишь структуру сети, добавляя в пользовательское приложение минимум нового функционала. Для использования такого метода в локальных сетях, необходимо:

Использовать протокол IP,

Установить программное обеспечение брокераMQTTна маршрутизаторы и координатор локальной сети,

Установить клиентское ПОMQTT на конечные узлы сети,

Использовать таблицу брокеров для автоматического выбора сервера-брокера.

Рост числа интернет-вещей увеличивает нагрузку на сервер-брокер. Такая проблема решается увеличением числа серверов. Интернет-вещи при этом используют сервер, задержка сигнала до которого минимальна, т. е. ближайший сервер. При этом потребность интернет-вещи в ресурсах сервера может быть точно вычислена, а передаваемые данные минимальны. Интернет-вещь по сравнению с человеком, использует и передает на порядок меньше данных. Все это говорит о неактуальности проблемы нагрузки на сервер-брокер.

В процессе расширения Интернета вещей внутрисетевое взаимодействие будет обеспечивать достаточную производительность при минимальных нагрузках на сеть. Это означает, что необходимо провести исследование методов взаимодействия между интернет-вещами и пользователем и оценить их нагрузку на сетевые ресурсы.

Похожие статьи




Псевдо-сервер MQTT - Виды взаимодействия в Интернете вещей

Предыдущая | Следующая