Study of the method of controlling the compatibility of Internet of Things devices based on the MQTT application layer protocol

Abstract

Amid the rapid development of the Internet of Things and its impact on various areas of life, ensuring compatibility between different system components is becoming an urgent task. This is especially important in the context of developing and integrating Internet of Things systems with a high level of diversity and dynamism. In this article, we consider the problem of interoperability of Internet of Things components, focusing on application layer protocols that are key to ensuring intercomponent interaction. The main purpose of the article is to develop and validate a model that will optimize the processes of interaction between system components, taking into account the specifics of protocols. The model is based on the use of temporal action logic, which provides formal verification of interactions between components and allows identifying potential compatibility problems at the early stages of development. The developed model has been tested using a software simulator that allows simulating various scenarios of interaction in the Internet of Things network. The experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed methodology in increasing the level of interoperability between system components, which in turn reduces the risks of data loss and ensures the stability of Internet of Things systems. Due to the in-depth analysis and development of specialized methods and tools, this study makes a significant contribution to the development of theoretical and practical aspects of interoperability. However, to further improve the accuracy and versatility of the model, additional empirical studies with a larger data set are recommended.

На тлі стрімкого розвитку Інтернету речей та його впливу на різноманітні сфери життя, забезпечення сумісності між різними компонентами систем стає актуальним завданням. Особливо важливим це стає у контексті розробки та інтеграції систем Інтернету речей з високим рівнем різноманіття та динамічності. У цій статті ми розглядаємо проблему сумісності компонентів Інтернету речей, акцентуючи увагу на протоколах прикладного рівня, які є ключовими у забезпеченні міжкомпонентної взаємодії. Основна мета статті полягає у розробці та валідації моделі, яка дозволить оптимізувати процеси взаємодії між компонентами систем з урахуванням специфіки протоколів. Запропоновано модель, яка базується на використанні темпоральної логіки дій, що забезпечує формальну верифікацію взаємодій між компонентами та дозволяє виявляти потенційні проблеми сумісності на різних етапах розробки. На базі цієї моделі розроблено метод автоматизованого контролю сумісності компонентів системи. Метод базується на перевірці відповідності реалізації протоколу його специфікації за допомогою методу перевірки на моделі. Компоненти системи Інтернет речей розглядаються попарно. Для кожної пари компонентів формується загальна множина змінних стану на основі типів підтримуваних повідомлень. Для кожного компонента синтезується формальна специфікація протоколу взаємодії на базі сформованої множини змінних стану. Ці формальні специфікації перевіряються методом перевірки на моделі в автоматизованому режимі. Результати перевірки на моделі для обох специфікацій співставляються за параметрами кількості станів і глибини обходу. Якщо ці параметри співпадають, компоненти вважаються сумісними на рівні протоколів взаємодії.. Розроблена модель була перевірена за допомогою програмного симулятора, який дозволяє моделювати різноманітні сценарії взаємодії в мережі Інтернету речей. Результати експериментів демонструють ефективність запропонованої методології у підвищенні рівня сумісності між компонентами системи, що в свою чергу знижує ризики втрати даних та забезпечує стабільність роботи систем Інтернету речей. Завдяки глибокому аналізу та розробці спеціалізованих методів та інструментів, це дослідження вносить значний вклад у розвиток теоретичних та практичних аспектів забезпечення сумісності. Однак, для подальшого підвищення точності та універсальності моделі, рекомендується проведення додаткових емпіричних досліджень з більшим набором даних.