Implementation of publisher-subscriber technology to facilitate interaction between moving and stationary objects

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Publisher-Subscriber technology is an effective tool for organizing real-time interactions between moving and stationary objects, as well as facilitating asynchronous message exchange between system components.

The aim of the research was to improve the efficiency and reliability of communication between moving and stationary objects for use in robotic systems (RTS). The paper discusses the most popular implementations of Publisher-Subscriber technology, including SocketIO-based brokers, hbmqtt, Mosquitto, and RabbitMQ. The study evaluates the computational resources consumed by these implementations, specifically RAM usage, CPU utilization, and client connection times to the brokers.

Findings. Implementation results for the RabbitMQ broker: RAM consumption was 86 MB, and CPU utilization was 0%. For the Mosquitto broker, RAM consumption was 6 MB, and CPU utilization was 0%. The SocketIO-based broker consumed 32 MB of RAM, with 0% CPU utilization. The hbmqtt-based broker used 30 MB of RAM and 0% CPU. The following results demonstrate resource consumption under load. RabbitMQ: RAM consumption was 94 MB, with CPU utilization at 14.3%. The message sending rate was 4,000 messages/second. During the first 15 seconds, latency increased but then dropped to minimal levels, and the broker delivered all subsequent messages with minimal latency. Mosquitto: RAM consumption was 12 MB, with CPU utilization at 17%. The message sending rate was 18,000 messages/second. At 54,000 messages/second, latency exceeded 18 seconds. SocketIO: RAM consumption was 34 MB, with CPU utilization at 3.3%. The message sending rate was 36,000 messages/second. Latency gradually increased, with a 99.8% message loss. hbmqtt: RAM consumption was 60 MB, with CPU utilization at 99.7%. The message sending rate was 20,000 messages/second. At 60,000 messages/second, latency increased to 45 seconds.

Conclusion. It is quite clear from the data that the RabbitMQ broker demonstrates the best performance. Although, it has a limitation of 4,000 messages per second, this does not hinder message passing. Instead, it helps minimize delays and reduces system load. RabbitMQ also offers functionality that is either absent or difficult to implement in the other brokers evaluated.

Practical significance. The results can be applied to further implement Publisher-Subscriber technology for organizing interactions between moving and stationary objects, with the potential for scaling these interactions in RTS.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Svetlana S. Kolmogorova

Saint-Petersburg State Electrotechnical University "LETI" named after V.I. Ulyanov (Lenin)

Author for correspondence.
Email: ss.kolmogorova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8032-0095
SPIN-code: 4216-9920

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of Department of Robotic Systems and Intelligent Technologies. Research interests – information and measuring systems, measurement data processing algorithms, virtualization of the aggregation process and forecasting the characteristics of observation objects, ground and air robotic systems. The author of 72 scientific publications.

Russian Federation, 5, Professor Popov str., Saint-Petersburg, 197022

Ivan V. Zakharov

Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University

Email: ss.kolmogorova@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-6533-5770
SPIN-code: 5778-8112

applicant for the degree of Candidate of Technical Sciences. Research interests – telecommunication technologies in robotics. The author of 11 scientific publications.

Russian Federation, 9, Moskovsky Prospekt, Saint-Petersburg, 190031

References

  1. Kolmogorova S.S., Kolmogorov A.S., Baranov D.S. et al. Electromagnetic field monitoring platform for ensuring occupational and industrial facilities safety. Occupational Safety in Industry. 2022;(2):58-63. doi: 10.24000/0409-2961-2022-2-58-63. (In Russ.).
  2. Perera H., Jayakody A. Common Object Request Broker-based Publisher-Subscriber Middleware for Internet of Things - Edge Computing. 2022 International Research Conference on Smart Computing and Systems Engineering (SCSE). Colombo, Sri Lanka, 2022; 68-75. doi: 10.1109/SCSE56529.2022.9905164.
  3. Amozarrain U., Larrea M. Using publish/subscribe for message routing in mobile environments. Wireless Netw. 2023;29:1831–1842. doi: https://doi.org/10.1007/s11276-023-03233-8
  4. Kolmogorova SS, Biryukov SV. Using electro-inductive sensor to trace moving and non-moving objects tracked. Omsk Scientific Bulletin. 2023;(2(186)):140–146. doi: 10.25206/1813-8225-2023-186-140-146. (In Russ.).
  5. Akyildiz I.F., Su W., Sankarasubramaniam Y. et al. Wireless sensor networks: a survey. Computer Networks. 2002;38(4):393-422. doi: https://doi.org/10.1016/S1389-1286(01)00302-4
  6. Yakupov D. Overview and comparison of protocols internet of things: mqtt and amqp. International Journal of Open Information Technologies. 2022;10(9):90-98. (In Russ.).
  7. Resende Mattioli L., Souza D.S., Cunha M.J. et al. Distributed publisher-subscriber architectures performance for robotics virtual reality applications: A case study on MQTT. 2017 Latin American Robotics Symposium (LARS) and 2017 Brazilian Symposium on Robotics (SBR), Curitiba. 2017;1-5. doi: 10.1109/SBR-LARS-R.2017.8215340
  8. Maniezzo V., Boschetti M.A., Manzoni P. Self-adaptive Publish/Subscribe Network Design. Proceedings of 14th International Conference, MIC 2022, Syracuse, Italy, July 11–14, 2022. Berlin: Springer-Verlag, 2022;13838:478–484. doi: 10.1007/978-3-031-26504-4_36

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Instance of network fragment

Download (56KB)
3. Fig. 2. Message distribution between subscribers

Download (11KB)
4. Fig. 3. Total RAM consumption statistics for brokers at idle and under load

Download (127KB)
5. Fig. 4. Total CPU load statistics for brokers at idle and under load

Download (101KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».