ОПТИМІЗАЦІЯ ПРОТОКОЛУ MQTT ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ ІОТ-СИСТЕМ

Анотація

В умовах стрімкого розвитку Інтернету речей (IoT) особливої актуальності набуває питання оптимізації протоколів передачі даних між пристроями. Протокол MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) став стандартом де-факто для IoT систем завдяки своїй легкості та ефективності. Однак зростаюча кількість підключених пристроїв та об'єми даних створюють нові виклики щодо продуктивності та масштабованості. У статті представлено новий підхід до оптимізації протоколу MQTT, що базується на адаптивному механізмі управління якістю обслуговування та інтелектуальній агрегації повідомлень. Розроблено математичну модель оцінки ефективності передачі даних, яка враховує затримки мережі, втрати пакетів та енергоспоживання пристроїв. На основі цієї моделі створено алгоритм динамічної оптимізації параметрів протоколу, який адаптується до поточних умов функціонування системи. Запропонований метод включає механізми інтелектуальної буферизації повідомлень, пріоритезації трафіку та адаптивного налаштування рівнів якості обслуговування (QoS). Експериментальні дослідження проводились на реальній IoT-інфраструктурі, що складалася з 1000 кінцевих пристроїв та розподіленої мережі MQTT брокерів. Результати показали зниження мережевого навантаження на 35% при збереженні надійності доставки повідомлень, зменшення середньої затримки передачі даних на 42% та підвищення енергоефективності пристроїв на 28%. Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості їх безпосереднього впровадження в існуючі IoT-системи для підвищення їх продуктивності та масштабованості. Розроблені алгоритми та програмні компоненти можуть бути інтегровані з популярними реалізаціями MQTT брокерів та клієнтських бібліотек. Запропоновані оптимізації особливо ефективні для систем з обмеженими ресурсами та нестабільним мережевим з'єднанням.