GeoBroker：地理环境信息的发布/订阅代理软件

软件影响6（2020）100029原始软件出版物GeoBroker：考虑地理环境信息的Jonathan Hasenburg，David BermbachTU Berlin Einstein Center Digital Future，Mobile Cloud Computing Research Group，Einsteinufer 17，10587 Berlin，GermanyA R T I C L E I N F O关键词：地理环境物联网数据分布A B标准当今大多数发布/订阅代理在决定将数据分发到何处时只关注数据内容。在本文中，我们介绍了GeoBroker发布/订阅代理软件，该软件还考虑了与数据生产者和消费者相关的地理环境。因此，数据消费者仅接收保留带宽和计算能力的相关消息，而数据生产者可以使用客户端的地理上下文来控制数据分发，例如，用于增强隐私或作为基于凭证的认证的替代代码元数据当前代码版本4.0.0用于此代码版本的代码/存储库的永久链接https://github.com/SoftwareImpacts/SIMPAC-2020-30可复制胶囊法律代码许可证GPL-3.0使用git的代码版本控制系统使用Java的软件代码语言、工具和服务 Kotlin，Maven编译要求，操作环境依赖性Linux，macOS，Microsoft Windows如果可用，链接到开发人员文档/手册https://github.com/MoeweX/geobroker/tree/single问题支持电子邮件jh@mcc.tu-berlin.de软件元数据当前软件版本4.0.0此版本可执行文件的永久链接https://github.com/SoftwareImpacts/SIMPAC-2020-30/tree/single/release永久链接到Reproducible Capsule法律软件许可证GPL-3.0计算平台/操作系统Linux，macOS，Microsoft Windows安装要求依赖关系Java 11如果可用，请链接到用户手册-如果正式出版，请在参考列表https://github.com/MoeweX/geobroker/tree/single/release问题支持电子邮件jh@mcc.tu-berlin.de1. 介绍物联网设备生成的大多数数据仅与特定物理区域中的数据消费者相关[1]。然而，目前大多数发布/订阅代理在决定将数据分发到何处时只关注数据内容。因此，数据消费者必须在本地处理和过滤大量不相关的消息。∗通讯作者。在本文中，我们介绍了发布/订阅代理软件GeoBroker，它考虑了与数据生产者和消费者相关联的地理环境。GeoBroker软件基于我们已发表的工作[2]和[3]。使用GeoBroker，数据消费者可以指定他们只想从特定地理区域的生产者那里接收数据。 例如，一辆汽车可能只想从其他汽车接收数据电子邮件地址：jh@mcc.tu-berlin.de（J. Hasenburg），db@mcc.tu-berlin.de（D. Bermbach）。https://doi.org/10.1016/j.simpa.2020.100029接收日期：2020年8月3日;接收日期：2020年8月4日;接受日期：2020年8月11日2665-9638/©2020作者。由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY许可证（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表软件影响杂志 首页：www.journals.elsevier.com/software-impactsJ. Hasenburg和D. 贝尔姆巴赫软件影响6（2020）1000292Fig. 1. 通信管理器维护与客户端的连接，订阅管理器负责消息过滤。在其附近。另一方面，数据生产者可以指定他们的数据应该仅被递送给指定地理围栏内的消费者，例如，防止数据滥用或作为替代方案到基于凭证的身份验证。2. GeoBroker软件GeoBroker软件提供了与用于分发物联网数据的其他软件系统类似的功能和操作行为。对这种系统的一般要求是，它支持客户端之间的松散耦合通信，这些客户端不必相互了解[4]。此外，软件应该是轻量级的，有效载荷不可知的，并且可由在受限环境中操作的设备使用。出于这些原因，GeoBroker以及其他流行的软件解决方案（如AWS IoT1或Google Cloud IoT2）都依赖于基于主题的发布/订阅消息传递模式。在一个非常高的层次上，GeoBroker架构包括两个组件（见图1）。 1）：通信管理器和订阅管理器。前者负责维护与使用GeoBroker分发和接收消息的客户端的通信链路（另请参见第2.1节）。后者负责消息匹配，即，它决定哪些客户端应该接收给定的消 息 （ 也 参 见 第 2.2 节 ） 。 所 有 GeoBroker 组 件 ， 以 及作 为GeoBroker软件提供的示例客户端，是在Java 8和Kotlin 1.3的混合2.1. 与GeoBroker为了便于集成到现有的物联网应用程序中，GeoBroker其遵循广泛使用 的 pub/sub 协 议 。因 此 ， GeoBroker 3 客 户 端 可 以 连 接 和 pingGeoBroker（在这些消息之上，我们附带客户端位置），订阅/取消订阅MQTT兼容主题（在订阅消息之上，我们附带数据生产者必须位于何处的信息），并将消息发布到MQTT兼容主题（在发布消息之上，我们附带数据消费者必须位于何处的信息）。 断开与GeoBroker的连接时，将删除所有活动的客户端订阅1 https://aws.amazon.com/iot/。2 https://cloud.google.com/solutions/iot/。3请注意，虽然消息类型相似，但我们使用了比MQTT协议定义的更人性化的消息编码方案（JSON）。2.2. 报文匹配过程GeoBroker订阅管理器组件使用内容和地理上下文信息来匹配传入消息和活动客户端订阅。该消息匹配过程包括三个检查：内容检查、消费者地理检查和生产者地理检查（图2）。当客户端的任何订阅的所有三个检查都成功时，GeoBroker将传入消息传递到该客户端。内容检查验证订阅主题是否与消息主题匹配如MQTT-v5.0协议[5]所定义。消费者地理检查验证数据生产者，即，发布传入消息的客户端在由数据消费者定义的区域内，即，创建相应订阅的客户端。Producer GeoCheck验证数据消费者是否位于数据生产者定义的区域内。3. 影响概述GeoBroker是第一个在分发消息时考虑数据生产者和消费者的内容和地理上下文信息的开源发布/订阅代理。我们已经在两篇科学出版物中使用了GeoBroker软件及其基本原理[2，3]。由麦- 然而，通过开源，GeoBroker也可以成为一个新的发布/订阅研究分支的基础，该分支旨在将地理环境用于其他目的。例如，在[6]中，我们描述了如何使用地理上下文信息在地理分布的发布/订阅代理实例之间进行有效的基于重命名的消息路由的初步方法。这种方法建立在原来的地理经纪人软件，并仍在积极发展. GeoBroker软件还可以用于快速原型化数据密集型场景的应用程序，特别是在物联网中，因为我们的方法减少了客户端分发和接收的不相关消息的数量[3]。因为GeoBroker比相关方法考虑更多的地理背景维度，例如，[7-它可以用于基于客户端位置、由客户端定义的区域或两者来控制数据分发。此外，GeoBroker包含一个新颖的索引结构，使我们能够快速检索包含给定位置（消费者GeoCheck所需）的所有区域。除了在pub/sub系统中使用之外，该索引数据结构已被证明可用于其他目的：它是SimRa项目[10]数据分析管道的一部分，其中自行车交通中的未遂事件4. 结论本文介绍了发布/订阅代理软件GeoBro- ker。GeoBroker在分发消息时考虑与数据生产者和消费者相关联的地理上下文。因此，数据消费者仅接收相关消息，从而保留带宽和计算能力。另一方面，数据生产者可以使用其他方式来控制数据分发，以增强隐私或作为基于凭证的身份验证的替代方案。CRediT作者贡献声明Jonathan Hasenburg：概念化，软件，验证，调查，可视化，写作-原始草稿。大卫·伯巴赫：概念化，写作-评论编辑，监督，项目管理，资金获取。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作J. Hasenburg和D. 贝尔姆巴赫软件影响6（2020）1000293引用图二、 只有当传入消息通过了给定订阅的所有三个检查时，GeoBroker才 会 将消息传 递 到订阅的 客 户 端 。[6]J.Hasenburg，D. Bermbach，在发布/订阅系统中使用地理环境信息进行有效的基于重命名的路由，在：KuVS-FachgespräCh[1]P. Bellavista，A. Corradi，A.王晓刚，王晓刚，等.大规模发布-订阅系统中的服务质量问题.监视器家教16（3）（2014）1591//dx.doi.org/10.1109/SURV.2014.031914.00192网站。[2] J. Hasenburg，D. Bermbach，Towards geo-context aware IoT data distribution，in：Service-Oriented Computing - ICSOC 2019 Workshops，Springer，2019，pp.111http://dx.doi.org/10.1007/978-3-030-45989-5_9[3] J. Hasenburg，D. Bermbach，GeoBroker：利用地理环境进行物联网数据分发 ， Comput 。 Commun. 151 （ 2020 ） 473 http://dx.doi.org/10.1016/-484 ，www.example.com j.comcom.2020.01.015。[4]K. Paridel，E.拜诺穆吉沙岛Vanrompay，Y.柏柏尔人，W. De，中间件物联网，设 计 目 标 和 挑 战 ， 在 ： EASST Context-Aware Adaptation Mechanisms forPervasiveandUbiquitousServices，第28卷，2010年，http://dx.doi.org/10.14279/tuj.eceasst.28.392。[5]A. Banks ， E. 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