物联网轻量级发布/订阅系统的性能与可靠性研究
发布时间：2021-10-15 15:52
在物联网环境中,设备个体往往具有较低的处理能力、网络带宽和稳定性,部分设备采用电池供电,对系统的能耗也有一定的要求,这使得物联网对消息传输具有更高的性能要求和可靠性要求。发布/订阅模型因其良好的松耦合性成为物联网的通信模型。MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）因其简洁、低开销、高可靠的特性成为应用广泛的发布/订阅协议。本文首先对MQTT协议进行深入分析,针对其中不足,提出一种改进方案,然后结合发布/订阅系统特点,提出一种代理分配的架构,最后对代理负载进行度量,提出代理分配算法。本文完成的主要工作如下:1)分析MQTT协议retain消息存储分发机制的不足,针对订阅者对retain消息的漏收及重复接收问题,提出了改进的retain消息处理机制。优化retain消息存储结构,修改协议的部分报文及相应的服务端和客户端的处理机制,使得订阅者在订阅后能收到其断连期间漏收的所有retain消息,且不再重复接收最新的retain消息。之后对改进的retain消息处理机制进行实验测试和分析,结果显示改进的机制很好地解决了retain消息的漏收及重复接收问题...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 发布/订阅系统
1.2.2 MQTT协议
1.3 研究内容
1.4 论文结构组织
第2章 相关技术对比分析
2.1 发布/订阅系统的分类及对比分析
2.2 发布/订阅系统架构分析
2.3 MQTT协议分析
2.3.1 消息分发机制
2.3.2 存在的不足
2.4 本章小结
第3章 改进的retain消息处理机制
3.1 改进的消息存储模型
3.2 改进的控制报文
3.2.1 改进的SUBSCRIBE 报文
3.2.2 改进的 PUBLISH 报文
3.2.3 改进的UNSUBSCRIBE 报文
3.3 改进的服务端处理机制
3.3.1 PUBLISH 报文的处理
3.3.2 SUBSCRIBE 报文的处理
3.3.3 UNSUBSCRIBE 报文的处理
3.4 改进的客户端处理机制
3.5 测试及结果分析
3.5.1 测试环境
3.5.2 测试结果分析
3.6 本章小结
第4章 基于历史负载的代理动态分配方案
4.1 基于集中分配的发布/订阅架构模型
4.1.1 总体设计
4.1.2 节点过载解决方案
4.1.3 节点失效解决方案
4.2 影响代理负载的因素
4.2.1 影响因素分析
4.2.2 影响因素的量化
4.3 基于历史负载的代理动态分配算法
4.3.1 问题描述
4.3.2 前提假设
4.3.3 算法设计
4.3.4 算法中常量的确定
4.4 测试及结果分析
4.4.1 基于集中分配的发布/订阅架构模型性能测试
4.4.2 代理分配方案对比测试
4.5 本章小结
第5章 改进方案的应用与测试
5.1 总体设计
5.1.1 总体架构
5.1.2 软/硬件环境
5.2 MQTT模块设计
5.2.1 消息主题设计
5.2.2 消息格式设计
5.3 设备配置模块设计
5.4 测试及结果分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表论文及参与科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于B+树的发布/订阅并行匹配算法[J]. 丁建立,罗云生,王家亮,郑峰弓,李永华. 计算机工程与设计. 2018(01)
[2]互联网信息资源用户获取优化推送仿真研究[J]. 崔艳萍,阎知知,王小巍,彭媛. 计算机仿真. 2017(07)
[3]基于指数平滑法的动态预测机制[J]. 沈海迪,万振凯. 计算机技术与发展. 2017(07)
[4]面向移动互联网的“SIP over MQTT”优化传输机制研究[J]. 杨海波,马荣荣,张伟,于同伟,李喜旺. 小型微型计算机系统. 2017(04)
[5]基于MQTT协议的即时消息业务设计与实现[J]. 林浒,张家铭,杨海波. 计算机系统应用. 2017(03)
[6]基于MQTT协议的消息引擎服务器的设计与实现[J]. 于金刚,耿云飞,杨海波,贾正锋,王俊霖. 小型微型计算机系统. 2016(10)
[7]WebSocket与MQTT在Web即时通信系统中的应用[J]. 刘峰,陈朴,贾军营. 计算机系统应用. 2016(05)
[8]MQTT协议在移动互联网即时通信中的应用[J]. 马跃,孙翱,贾军营,孙建伟,于碧辉,杨雪华. 计算机系统应用. 2016(03)
[9]基于MQTT的企业消息推送系统[J]. 盖荣丽,钱玉磊,李鸿彬,贾军营. 计算机系统应用. 2015(11)
[10]Mosquitto大文件传输方式的研究与改进[J]. 曾昂,李宁,严俊. 计算机工程与应用. 2017(04)
博士论文
[1]发布订阅系统安全关键技术研究[D]. 王辰.北京邮电大学 2014
[2]物联网服务平台发布订阅关键技术研究[D]. 石瑞生.北京邮电大学 2013
硕士论文
[1]一种基于自适应心跳机制的MQTT通信协议的研究与应用[D]. 温彬民.华南理工大学 2015
本文编号：3438230
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 发布/订阅系统
1.2.2 MQTT协议
1.3 研究内容
1.4 论文结构组织
第2章 相关技术对比分析
2.1 发布/订阅系统的分类及对比分析
2.2 发布/订阅系统架构分析
2.3 MQTT协议分析
2.3.1 消息分发机制
2.3.2 存在的不足
2.4 本章小结
第3章 改进的retain消息处理机制
3.1 改进的消息存储模型
3.2 改进的控制报文
3.2.1 改进的SUBSCRIBE 报文
3.2.2 改进的 PUBLISH 报文
3.2.3 改进的UNSUBSCRIBE 报文
3.3 改进的服务端处理机制
3.3.1 PUBLISH 报文的处理
3.3.2 SUBSCRIBE 报文的处理
3.3.3 UNSUBSCRIBE 报文的处理
3.4 改进的客户端处理机制
3.5 测试及结果分析
3.5.1 测试环境
3.5.2 测试结果分析
3.6 本章小结
第4章 基于历史负载的代理动态分配方案
4.1 基于集中分配的发布/订阅架构模型
4.1.1 总体设计
4.1.2 节点过载解决方案
4.1.3 节点失效解决方案
4.2 影响代理负载的因素
4.2.1 影响因素分析
4.2.2 影响因素的量化
4.3 基于历史负载的代理动态分配算法
4.3.1 问题描述
4.3.2 前提假设
4.3.3 算法设计
4.3.4 算法中常量的确定
4.4 测试及结果分析
4.4.1 基于集中分配的发布/订阅架构模型性能测试
4.4.2 代理分配方案对比测试
4.5 本章小结
第5章 改进方案的应用与测试
5.1 总体设计
5.1.1 总体架构
5.1.2 软/硬件环境
5.2 MQTT模块设计
5.2.1 消息主题设计
5.2.2 消息格式设计
5.3 设备配置模块设计
5.4 测试及结果分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表论文及参与科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于B+树的发布/订阅并行匹配算法[J]. 丁建立,罗云生,王家亮,郑峰弓,李永华. 计算机工程与设计. 2018(01)
[2]互联网信息资源用户获取优化推送仿真研究[J]. 崔艳萍,阎知知,王小巍,彭媛. 计算机仿真. 2017(07)
[3]基于指数平滑法的动态预测机制[J]. 沈海迪,万振凯. 计算机技术与发展. 2017(07)
[4]面向移动互联网的“SIP over MQTT”优化传输机制研究[J]. 杨海波,马荣荣,张伟,于同伟,李喜旺. 小型微型计算机系统. 2017(04)
[5]基于MQTT协议的即时消息业务设计与实现[J]. 林浒,张家铭,杨海波. 计算机系统应用. 2017(03)
[6]基于MQTT协议的消息引擎服务器的设计与实现[J]. 于金刚,耿云飞,杨海波,贾正锋,王俊霖. 小型微型计算机系统. 2016(10)
[7]WebSocket与MQTT在Web即时通信系统中的应用[J]. 刘峰,陈朴,贾军营. 计算机系统应用. 2016(05)
[8]MQTT协议在移动互联网即时通信中的应用[J]. 马跃,孙翱,贾军营,孙建伟,于碧辉,杨雪华. 计算机系统应用. 2016(03)
[9]基于MQTT的企业消息推送系统[J]. 盖荣丽,钱玉磊,李鸿彬,贾军营. 计算机系统应用. 2015(11)
[10]Mosquitto大文件传输方式的研究与改进[J]. 曾昂,李宁,严俊. 计算机工程与应用. 2017(04)
博士论文
[1]发布订阅系统安全关键技术研究[D]. 王辰.北京邮电大学 2014
[2]物联网服务平台发布订阅关键技术研究[D]. 石瑞生.北京邮电大学 2013
硕士论文
[1]一种基于自适应心跳机制的MQTT通信协议的研究与应用[D]. 温彬民.华南理工大学 2015
本文编号：3438230
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/3438230.html
