Оцінювання ефективності застосування CRDT-технологій у системах моніторингу інтернету речей

Abstract

Оцінено ефективність використання конфлікт-вільних реплікаційних структур даних CRDT (англ. Conflict-free Replicated Data Types), для забезпечення узгодженості та цілісності даних у системах моніторингу Інтернету речей (IoT). Виклики, пов'язані з моніторингом великої кількості розподілених IoT-пристроїв, вимагають ефективного управління даними, тому це дослідження розглядає технологію CRDT як альтернативу, що може спрощувати цей процес. CRDT-структури – це розподілені типи даних, які забезпечують сильну кінцеву узгодженість (англ. Strong Eventual Consistency, SEC), а також мають такі властивості, як комутативність та ідемпотентність. У межах дослідження реалізовано та проаналізовано такі CRDT-структури як векторний годинник (VClock), багатозначний регістр (MVReg) та реплікаційну карту (Map), що дало змогу оцінити їх вплив на ефективність синхронізації даних та загальну продуктивність системи. Створено тестовий стенд з трьома IoT-пристроями для емуляції георозподіленої мережі, що дало змогу здійснити експериментальне дослідження, результати якого вказують на певні переваги використання технології CRDT, особливо в особливостях масштабованості та стійкості системи до збоїв у мережі. Розглянуто такі метрики, як тривалість досягнення глобальної узгодженості, частка успішних синхронізацій, кількість вирішених конфліктів, середня тривалість вирішення конфлікту, час відновлення системи після відмови та вплив відмови на доступність даних. З'ясовано, що застосування технології CRDT сприяє підвищенню ефективності процесів реплікації та синхронізації даних, мінімізуючи вплив затримок мережі та втрату інформації внаслідок перебоїв у роботі пристрою або мережі. Проте варто відзначити деякі обмеження, пов'язані з використанням технології CRDT, зокрема, збільшення витрат енергії та відносно високі вимоги до обчислювальних ресурсів обладнання. Визначено, що використання статично виділеної пам'яті призводить до зростання складності використання таких структур, а саме обмежується можливість динамічно змінювати кількість вузлів у системі. Такі обмеження вимагають подальшого дослідження та оптимізації архітектури систем IoT, що використовують технологію CRDT, для забезпечення їх більшої енергоефективності та зниження вимог до обладнання.