Details

Работа посвящена исследованию и разработке метода диспетчеризации сообщений в гибридной архитектуре умного дома с применением протокола Modbus. В работе исследована возможность повышения качества обслуживания критичных сообщений за счет применения критерия срочности U(w) и алгоритма управления очередью на уровне внешнего edge-gateway. В ходе исследования решались следующие задачи: 1. Анализ предметной области и существующих подходов к обслуживанию очередей сообщений в системах автоматизации. 2. Разработка архитектуры обертки сообщений Modbus и определение места алгоритма в структуре системы умного дома. 3. Формализация и реализация алгоритма приоритизации и управления очередью на основе функции срочности U(w). 4. Разработка программного прототипа и проведение серии сценарных испытаний в режимах FIFO и U(w). 5. Сравнительный анализ результатов экспериментов по метрикам и оценка эффективности предложенного подхода. По результатам испытаний подтверждена эффективность алгоритма U(w): обеспечено устойчивое снижение 95-го перцентиля задержки критичных сообщений и уменьшение доли нарушений допустимого времени реакции по сравнению с базовым режимом FIFO, включая многособытийные сценарии.

The thesis focuses on the research and development of a message dispatching method for a hybrid smart home architecture using the Modbus protocol. The study investigates the possibility of improving critical message service quality by applying the urgency criterion U(w) and a queue management algorithm at the external edge gateway level. The tasks addressed during the research were: 1. Analysis of the problem domain and existing message queue servicing approaches in automation systems. 2. Development of a Modbus message wrapper architecture and definition of the algorithm’s role in the smart home system structure. 3. Formalization and implementation of the prioritization and queue management algorithm based on the urgency function U(w). 4. Development of a software prototype and execution of scenario-based experiments in FIFO and U(w) modes. 5. Comparative analysis of experimental results and evaluation of the proposed approach using key performance metrics. The test results confirmed the effectiveness of the U(w) algorithm: a stable reduction of the 95th percentile delay for critical messages and a decrease in the share of maximum allowable reaction time violations were achieved compared to the baseline FIFO mode, including multi-event scenarios.