ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ МЕТОДІВ SBE ТА PROTOBUF У ВИСОКОНАВАНТАЖЕНИХ IOT-ШЛЮЗАХ

Анотація

Швидке поширення пристроїв Інтернету речей висуває дедалі жорсткіші вимоги до інфраструктури шлюзів, які повинні безперервно збирати, кодувати та передавати великі обсяги телеметричних даних у режимі реального часу. В умовах, коли кількість підключених кінцевих точок сягає мільйонів, вибір методу бінарної серіалізації даних стає критично важливим архітектурним рішенням, що безпосередньо впливає на пропускну здатність, затримку, використання процесора та споживання пам'яті. Незважаючи на широке застосування методів серіалізації даних у розподілених системах, їх ретельне емпіричне порівняння в контексті високонавантажених IoT-шлюзів залишається недостатньо дослідженим у сучасних дослідженнях. У статті представлено результати порівняльного аналізу двох методів бінарної серіалізації даних - Simple Binary Encoding (SBE) та Protocol Buffers (Protobuf), в умовах високонавантаженого середовища шлюзів Інтернету речей. Дослідження проводилося на базі міні-комп'ютера Raspberry Pi 5, який виконував роль IoT-шлюзу. Програмне забезпечення, реалізоване мовою програмування Go, приймало повідомлення телеметрії через socket-з'єднання та виконувало їх десеріалізацію. Тестування охоплювало два типи повідомлень з максимальним розміром корисного навантаження. Ключовими метриками вимірювання були загальний час обробки повідомлень та рівень використання центрального процесора. Отримані результати свідчать про те, що жоден із досліджуваних методів не має безумовної переваги в продуктивності. При малих розмірах повідомлень з високою інтенсивністю, що є типовим для щільних потоків телеметрії сенсорів, метод SBE демонструє значно нижчий час обробки завдяки архітектурі з нульовим копіюванням даних в оперативній пам'яті та статично скомпільованим схемам. Натомість при великих розмірах повідомлень і високому навантаженні метод SBE поступається Protobuf як за часом обробки, так і за рівнем споживання ресурсів процесора. Отримані результати підтверджують, що оптимальний вибір методу серіалізації має визначатися на основі ретельної оцінки профілю навантаження, типового розміру повідомлень та доступних обчислювальних ресурсів конкретного середовища розгортання IoT-системи.