【摘要】：隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展,一種基于發(fā)布/訂閱模型的輕量級(jí)、可拓展、適用于弱網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的消息遙測(cè)傳輸(MQTT)協(xié)議越來(lái)越受到人們的重視。然而,隨之而來(lái)的終端設(shè)備接入量的日益倍增,給服務(wù)端帶來(lái)了巨大的壓力。如何能夠在不增加服務(wù)成本且保證服務(wù)穩(wěn)定的前提下優(yōu)化消息服務(wù)質(zhì)量(QoS)成為了一個(gè)重要的研究?jī)?nèi)容。針對(duì)上述研究背景,本文在以MQTT協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)采集系統(tǒng)中,以李雅普諾夫優(yōu)化(Lyapunov Optimization)理論為指導(dǎo),對(duì)MQTT消息隊(duì)列進(jìn)行建模以及系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行建模,設(shè)計(jì)了一套在較為惡劣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可以保證消息服務(wù)質(zhì)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)方法,可以在服務(wù)成本一定的條件下,根據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài),動(dòng)態(tài)地反饋調(diào)整消息服務(wù)質(zhì)量。本文研究的主要工作如下:(1)通過(guò)對(duì)消息推送協(xié)議現(xiàn)狀以及MQTT協(xié)議消息服務(wù)質(zhì)量選擇問(wèn)題的研究發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研分析,提出了消息隊(duì)列以及虛擬隊(duì)列的模型;(2)根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論對(duì)提出的消息隊(duì)列模型進(jìn)行穩(wěn)定性建模,構(gòu)造出能量函數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行控制;(3)設(shè)計(jì)一種動(dòng)態(tài)調(diào)整消息服務(wù)質(zhì)量的策略,通過(guò)李雅普諾夫漂移加懲罰(drift-pluspenalty)函數(shù)得出的結(jié)論對(duì)消息服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整;(4)根據(jù)現(xiàn)實(shí)環(huán)境參數(shù)搭建仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境,基于對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述消息服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)化調(diào)整策略的適用場(chǎng)景和優(yōu)越性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)在客戶端或是消息代理系統(tǒng)狀態(tài)不佳以及消息有效載荷較大的情況下,對(duì)比傳統(tǒng)的MQTT消息服務(wù)質(zhì)量調(diào)節(jié)策略,本文提出的消息服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)化模型在保障系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下,有效的提升了消息服務(wù)質(zhì)量。
【圖文】：

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，人和人、人和物、物和物之間的聯(lián)系變得越來(lái)越密切，，越來(lái)越多的終端設(shè)備需要接入服務(wù)。在更大規(guī)模的通信需求下，傳統(tǒng)的請(qǐng)求/回答（Request/Response）模型不再適用。再者，終端設(shè)備的計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良莠不齊造成的異構(gòu)性使得通信變得更加困難。為解決這些問(wèn)題，一個(gè)輕量級(jí)、可拓展的基于發(fā)布/訂閱（Publish/Subscribe）模型的物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議 MQTT 應(yīng)運(yùn)而生。MQTT 協(xié)議針對(duì)計(jì)算能力低下、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差的設(shè)備做了相關(guān)優(yōu)化，使其能夠適用于更多的場(chǎng)景。隨著“工業(yè) 4.0”時(shí)代的到來(lái)，MQTT 于 2014 年正式成為推薦的物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議[1]。除了協(xié)議的開(kāi)發(fā)者 IBM 之外，國(guó)內(nèi)外各大 IT 公司推出的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)諸如 Google IoTcore、AmazonAWS IoT、Baidu IoT 等都紛紛支持 MQTT 協(xié)議接入。與此同時(shí)，各大城市相繼提出諸如“智慧公安”、“智慧交通”、“智慧教育”、“智慧醫(yī)療”等建設(shè)智慧城市的一系列規(guī)劃，大量的傳感器需要通過(guò) MQTT 協(xié)議網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[2]。各種設(shè)備使用MQTT 協(xié)議接入到物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)框架如圖 1-1 所示：

圖 2-1 MQTT 協(xié)議控制報(bào)文固定報(bào)頭前兩字節(jié)格式目前，四位的 MQTT 控制報(bào)文頭部指定的 16 種控制報(bào)文類型中，有兩種是暫時(shí)保留，方便日后拓展控制報(bào)文類型。剩下的 14 種控制報(bào)文如表 2-1 下所示：表 2-1 MQTT 協(xié)議控制報(bào)文類型表名字 值 報(bào)文流動(dòng)方向 描述CONNECT 1 客戶端發(fā)往服務(wù)端 客戶端發(fā)起連接服務(wù)端請(qǐng)求CONNACK 2 服務(wù)端發(fā)往客戶端 服務(wù)端發(fā)起連接報(bào)文確認(rèn)PUBLISH 3 全雙工 發(fā)布消息PUBACK 4 全雙工 QoS 1 消息發(fā)布收到確認(rèn)PUBREC 5 全雙工 QoS 2 發(fā)布收到（保證交付第一步）PUBREL 6 全雙工 QoS 2 發(fā)布釋放（保證交付第二步）PUBCOMP 7 全雙工 QoS 2 消息發(fā)布完成（保證交互第三步）SUBSCRIBE 8 客戶端發(fā)往服務(wù)端 客戶端訂閱請(qǐng)求SUBACK 9 服務(wù)端發(fā)往客戶端 服務(wù)端訂閱請(qǐng)求報(bào)文確認(rèn)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.44;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 任亨;馬躍;楊海波;賈正鋒;;基于MQTT協(xié)議的消息推送服務(wù)器[J];計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用;2014年03期

2 孫業(yè)國(guó);;時(shí)延丟包網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析與控制[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2012年21期

3 張慶靈;廣義系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性判別的李亞普諾夫方法[J];系統(tǒng)科學(xué)與數(shù)學(xué);1994年02期

4 黃琳;;李雅普諾夫(Ляпунов)第二方法的一個(gè)應(yīng)用[J];自動(dòng)化學(xué)報(bào);1965年01期

5 黃琳;

本文編號(hào)：2700800