МЕТОД ОПТИМІЗАЦІЇ PUBLISH-SUBSCRIBE АРХІТЕКТУР ДЛЯ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО ІНФОРМУВАННЯ В УМОВАХ ОБМЕЖЕНИХ РЕСУРСІВ IOT

Authors

  • Olha Yeroshenko
  • Yevhenii Piniaiev
  • Daria Pyvovarova
  • Pavlo Kravchenko

DOI:

https://doi.org/10.26906/SUNZ.2026.1.069

Keywords:

IoT, publish-subscribe, оптимізація архітектури, обмежені ресурси, інтелектуальне інформування, енергоефективність, периферійні обчислення

Abstract

Предметом дослідження в статті є методи оптимізації архітектур publish-subscribe (pub/sub) для систем Інтернету речей (IoT) з обмеженими ресурсами, орієнтовані на підвищення ефективності інтелектуального інформування в умовах критичної інфраструктури та смарт-середовищ. Метою роботи є розроблення комплексного методу оптимізації pub/sub-архітектур шляхом інтеграції периферійних обчислень, гібридних комунікаційних моделей, енергоефективних структур повідомлень та механізмів забезпечення мобільності й конфіденційності. У статті вирішуються такі завдання: аналіз впливу обмежених апаратних ресурсів та мережевої нестабільності на продуктивність pub/sub-систем; розробка підходу до проактивної кластеризації брокерів на периферії мережі; побудова гібридного механізму взаємодії pub/sub та REST-комунікацій; оптимізація структури повідомлень для зменшення енерговитрат; забезпечення мобільності вузлів та просторової конфіденційності. Використовуються такі методи: ієрархічне моделювання архітектури IoT (Device–Edge–Cloud), алгоритми кластеризації, бінарне кодування повідомлень, AI/MLаналіз у шлюзових вузлах, а також імітаційне моделювання характеристик мережі й навантаження. Отримано такі результати: запропоновано багаторівневу архітектуру з Edge-кластеризацією та інтелектуальним веб-шлюзом, яка забезпечує зниження латентності, підвищення масштабованості та скорочення енергоспоживання; продемонстровано ефективність оптимізованої структури pub/sub-повідомлень та механізмів підтримки мобільності в динамічних сценаріях; підтверджено покращення продуктивності за результатами моделювання (2021–2025 рр.). Висновки: Розроблений метод оптимізації pub/sub-архітектур показує, що інтеграція Edge-кластеризації, гібридної комунікації, енергоефективних структур повідомлень та механізмів конфіденційності дозволяє суттєво знизити латентність і ресурсоємність систем IoT, забезпечуючи їхню стійкість та придатність для реального розгортання у критичних та масштабованих IoT-середовищах.

Downloads

Download data is not yet available.

References

1. Pham, V.-N., Hossain, M., Lee, G.-W., & Huh, E.-N. (2023), "Efficient Data Delivery Scheme for Large-Scale Microservices in Distributed Cloud Environment". Applied Sciences, Vol. 13, No. 2, P. 886. https://doi.org/10.3390/app13020886 DOI: https://doi.org/10.3390/app13020886

2. Pham, V.-N., Lee, G.-W., Nguyen, V., & Huh, E.-N. (2021), "Efficient Solution for Large-Scale IoT Applications with Proactive Edge-Cloud Publish/Subscribe Brokers Clustering". Sensors, Vol. 21, Vo. 24, P. 8232. https://doi.org/10.3390/s21248232 DOI: https://doi.org/10.3390/s21248232

3. Roffia, L., Morandi, F., Kiljander, J., D'Elia, A., Vergari, F., Viola, F., Bononi, L., & Cinotti, T. S. (2016), "A Semantic PublishSubscribe Architecture for the Internet of Things". IEEE Internet of Things Journal, Vol. 3, No. 6, P. 1274-1296. https://doi.org/10.1109/JIOT.2016.2587380 DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2016.2587380

4. Chen, F., Liu, P., Zhu, J.-M., Gao, S., Zhang, Y., Duan, M., Wang, Y.-W., & Hwang, K. (2020), "Improving Topic-Based Data Exchanges among IoT Devices". Security and Communication Networks, Vol. Article ID 8884924. https://doi.org/10.1155/2020/8884924 DOI: https://doi.org/10.1155/2020/8884924

5. Ferraz Junior, N., Silva, A. A. A., Guelfi, A., & Kofuji, S. (2022), "Performance evaluation of publish-subscribe systems in IoT using energy-efficient and context-aware secure messages". Journal of Cloud Computing, Vol. 11, No. 1. https://doi.org/10.1186/s13677-022-00278-6 DOI: https://doi.org/10.1186/s13677-022-00278-6

6. Lv, P., Wang, L., Zhu, H., Deng, W., & Gu, L. (2019),"An IOT-Oriented Privacy-Preserving Publish/Subscribe Model Over Blockchains". IEEE Access, Vol. 7, P. 41381-41395. http://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2907599 DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2907599

7. Hernandez, D., Gameiro, L., Senna, C. R., Luís, M., & Sargento, S. (2022), "Handling Producer and Consumer Mobility in IoT Publish–Subscribe Named Data Networks". IEEE Internet of Things Journal, Vol. 9, No. 11, P. 8080-8094. https://doi.org/10.1109/JIOT.2021.3069054 DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2021.3069054

8. Montori, F., Gigli, L., Sciullo, L., & Felice, M. D. (2022), "LA-MQTT: Location-aware Publish-subscribe Communications for the Internet of Things". ACM Transactions on Internet of Things, Vol. 3, No. 3, P. 1-28. http://doi.org/10.1145/3529978 DOI: https://doi.org/10.1145/3529978

9. Tanaka, T., Kamada, T., & Ohta, C. (2021),"Topic allocation method on edge servers for latency‐sensitive notification service". International Journal of Network Management, Vol. 31, No. 6, e2173. https://doi.org/10.1002/nem.2173 DOI: https://doi.org/10.1002/nem.2173

10. Kotian, S., Elzein, Y., Dominguez, A., Lim, J. S., Amini, N., & Kaur, M. (2025), "A Hybrid Pub/Sub and REST-Based Communication Strategy for Intelligent IoT System Interoperability". 2025 IEEE 22nd Consumer Communications & Networking Conference (CCNC). https://doi.org/10.1109/CCNC54725.2025.10975955 DOI: https://doi.org/10.1109/CCNC54725.2025.10975955

11. Guerrero-Pérez, A. D. (2018), "Resource Management of IoT Devices in Restrictive Environments". Proceedings of the 1st ACM Workshop on Emerging Smart Technologies and Infrastructures for Smart Mobility and Sustainability (SMARTS), P. 13- 18, 2019. https://doi.org/10.1145/3349622.3355451 DOI: https://doi.org/10.1145/3349622.3355451

12. Siegemund, G., & Turau, V. "A Self-Stabilizing Publish/Subscribe Middleware for IoT Applications". ACM Transactions on Cyber-Physical Systems, Vol. 3, No. 1, P. 1-27. https://doi.org/10.1145/3185509 DOI: https://doi.org/10.1145/3185509

13. El-Hassan, F. T., & Ionescu, D. (2018), "Design and Implementation of a Hardware Versatile Publish-Subscribe Architecture for the Internet of Things". IEEE Access, Vol. 6, P. 34963-34981. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2842706 DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2842706

14. Єрошенко, О.А., Ціпковський, В.О. (2025), "Порівняльний аналіз методів реального часу для розпізнавання жестів на основі Mediapipe, OpenCV та YOLOv8". Системи управління, навігації та зв’язку. Збірник наукових праць, Т. 4, No 82, P. 62-65. DOI: https://doi.org/10.26906/SUNZ.2025.4.062

15. Sun, X., & Ansari, N. (2018), "Dynamic Resource Caching in the IoT Application Layer for Smart Cities". IEEE Internet of Things Journal, Vol. 5, No. 5, P. 6060-6071. https://doi.org/10.1109/JIOT.2017.2764418 DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2017.2764418

Downloads

Published

2026-02-13

Issue

Vol. 1 No. 83 (2026): Control, Navigation and Communication Systems

Section

Information Technology

License

Copyright (c) 2026 Olha Yeroshenko, Yevhenii Piniaiev, Daria Pyvovarova, Pavlo Kravchenko

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Most read articles by the same author(s)