МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ СООБЩЕНИЙ  В СИСТЕМАХ С МИКРОСЕРВИСНОЙ АРХИТЕКТУРОЙ  С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БРОКЕРА СООБЩЕНИЙ

Павел Александрович Паринов; Александр Анатольевич Сирота

doi:10.17308/sait/1995-5499/2025/3/15-28

Павел Александрович Паринов Воронежский государственный университет https://orcid.org/0009-0007-5878-5241
Александр Анатольевич Сирота Воронежский государственный университет https://orcid.org/0000-0002-5785-8513

DOI: https://doi.org/10.17308/sait/1995-5499/2025/3/15-28

Ключевые слова: имитационное моделирование, микросервис, брокер сообщений, распределенная система, система массового обслуживания

Аннотация

Целью работы является построение структурно-функциональных и, на их основе, имитационных моделей процессов обработки сообщений в информационных системах с микросервисной архитектурой с использованием брокера сообщений. Такие модели могут быть полезны для решения ряда важных задач на различных этапах жизненного цикла информационной системы: выбора оптимальной или целесообразной архитектуры на этапе проектирования, определения оптимальной конфигурации компонентов для получения наилучшей производительности на этапе проектирования или эксплуатации, оценка и предотвращение аномалий в ходе эксплуатации. Для построения структурно-функциональных моделей информационных процессов и систем в работе использованы нотации моделирования архитектур C4. Рассмотрены альтернативные варианты архитектуры распределенных информационных систем обработки данных с использованием брокера сообщений. Для проведения количественных оценок указанные модели представлены в виде обобщенной имитационной модели многоканальной системы массового обслуживания с неограниченной длинной очереди, на вход которой поступает неоднородный нестационарный поток. Имитационная модель реализована на языке программирования Python с использованием библиотеки SimPy. Предложенная модель обеспечивает статистическую оценку параметров, характеризующих производительность и эффективность системы: общие параметры системы, временные показатели обработки сообщений, показатели загрузки системы, абсолютная и относительная пропускные способности, а также вероятность не превышения заданного времени ожидания обработки. Для рассмотренных альтернативных вариантов получены зависимости среднего времени пребывания сообщения в системе и коэффициента использования системы от интенсивности входного потока.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Павел Александрович Паринов, Воронежский государственный университет

ассистент кафедры технологий обработки и защиты информации

Александр Анатольевич Сирота, Воронежский государственный университет

д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой технологий обработки и защиты информации

Литература

Артамонов И. В. Показатели производительности микросервисных систем / И. В. Артамонов // Вестник НГИЭИ. – 2018. – № 8(87). – С. 24–33. – EDN XYTGKT.

Долженко А. И. Мониторинг программного обеспечения, основанного на микросервисной архитектуре / А. И. Долженко, И. А. Ермолов, А. Д. Полиев // Информатизация в цифровой экономике. – 2021. – Т. 2, № 2. – С. 55–62. – DOI 10.18334/ide.2.2.113382. – EDN GAYDVN.

Клоков В. Н. Задачи и эволюция микросервисной архитектуры / В. Н. Клоков, С. Е. Вечерская // Вестник Российского нового университета. Серия: Сложные системы: модели, анализ и управление. – 2023. – № 1. – С. 37–42. – DOI 10.18137/RNU. V9187.23.01.P.37. – EDN IGPDTW. 24

Bellemare A. Building event-driven microservices: Leveraging organizational data at scale / A. Bellemare – O’Reilly Media, 2020. – 304p.

Choudhary S. Implementing Event-Driven Architecture for Real-Time Data Integration in Cloud Environments / S. Choudhary // International journal of computer engineering & technology. 2025 Vol. 16. P. 1535–1552. – DOI 10.34218/IJCET_16_01_113.

Newman S. Building microservices: Designing fine-grained systems / S. Newman – O’Reilly Media, 2022 – 612p.

Richardson C. Microservices patterns: With examples in Java / C. Richardson – Shelter Island, NY: Manning Publications, 2019 – 499p.

Stopford B. Designing even-driven systems: Concepts and patterns for streaming services with Apache Kafka / B. Stopford – Sebastopol, CA: O’Reilly Media, 2018 – 150 p.

Исхаков А. И. Способы коммуникации программных служб при использовании микросервисной архитектуры программного обеспечения / А. И. Исхаков // Профессиональные коммуникации в научной среде — фактор обеспечения качества исследований: Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции, Альметьевск, 16 апреля 2024 года. – Санкт-Петербург: ООО Издательский дом «Сциентиа», 2024. – С. 284288. – EDN WAUWRH.

Пацей Н. В. Интеграция микросервисов на основе RPC / Н. В. Пацей, А. М. Шитько // Эпоха науки. – 2021. – № 27. – С. 32–37. – DOI 10.24412/2409-3203-2021-27-32-37. – EDN OLFRFE.

Цебренко К. Н. Распределенная система обмена уведомлениями / К. Н. Цебренко // Вестник ИМСИТ. – 2021. – № 2(86). – С. 3942. – EDN XSIRSL.

Цебренко К. Н. Разработка распределенной системы обмена уведомлениями на основе микросервисной архитектуры / К. Н. Цебренко // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. – 2021. – № 8-1(59). – С. 119-122. – DOI 10.24412/25001000-2021-8-1-119-122. – EDN JGTQSR.

Hohpe G. Enterprise integration patterns designing, building and deploying messaging solutions / G. Hohpe, B. Woolf – Boston : Addison-Wesley, 2015. – 736 p.

Иванова Н. А. Использование брокера сетевых сообщений для организации взаимодействия компонентов распределённых систем / Н. А. Иванова, С. В. Антоненко, А. М. Сотченков // Наука и образование: актуальные вопросы теории и практики : Материалы IV Международной научно-методической конференции, Оренбург, 26–27 марта 2024 года. – Самара-Оренбург: Самарский государственный университет путей сообщения, 2024. – С. 281–286.

Гарифуллин В. М. Современная архитектура самомасштабируемых и отказоустойчивых информационных систем / В. М. Гарифуллин, И. И. Тимофеев // Профессиональные коммуникации в научной среде – фактор обеспечения качества исследований: Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции, Альметьевск, 16 апреля 2024 года. – Санкт-Петербург: ООО Издательский дом «Сциентиа», 2024. – С. 207–209. – EDN GAQVCU.

Kleppmann M. Designing data-intensive applications: The big ideas behind reliable, scalable, and maintainable systems / M. Kleppmann, L. Benjamin – Ascent Audio – 2021 – 634 p.

Fowler M. Patterns of enterprise application architecture / M. Fowler. – Boston, Mass : Addison-Wesley, 2002. – 560 p.

Strunk A. An Algorithm to Predict the QoS-Reliability of Service Compositions / A. Strunk // 2010 6th World Congress on Services, Miami, FL, USA. – 2010. – P. 205–212. DOI: 10.1109/SERVICES.2010.49.

Бычков И. В. Моделирование работы природосберегающего оборудования инфраструктурных объектов в микросервисной среде / И. В. Бычков, А. Г. Феоктистов, Р. О. Костромин [и др.] // Вычислительные технологии. – 2022. – Т. 27, № 5. – С. 30–42. – DOI10.25743/ICT.2022.27.5.004. – EDN LCYECZ.

Тимохин В. Н. Имитационное моделирование как основа для проектирования архитектуры цифровых двойников компаний / В. Н. Тимохин, А. О. Коломыцева // Российские регионы в фокусе перемен: Сборник докладов XVII Международной конференции, Екатеринбург, 17–19 ноября 2022 года. – Екатеринбург: ООО Издательский Дом «Ажур», 2023. – С. 652–656. – EDN CLFACX.

Оболенский Д. М. Имитационная модель распределенного процесса сбора данных / Д. М. Оболенский, В. И. Шевченко, О. В. Ченгарь // Экономика. Информатика. – 2023. – Т. 50, № 2. – С. 476–486. – DOI 10.52575/2687-0932-2023-50-2-476-486. – EDN KNPQJH.

Татарникова Т. М. Проектирование отказоустойчивых систем с микросервисной архитектурой / Т. М. Татарникова, Е. Д. Архипцев // Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям. – 2024. – Т. 1. – С. 451–455. – EDN HOSBDD.

Юданова В. В. Имитационное моделирование систем массового обслуживания / В. В. Юданова // Отходы и ресурсы. – 2019. – Т. 6, № 4. – С. 21. – DOI 10.15862/23INOR419. – EDN VFAGFX.

Якимов И. М. Имитационное моделирование вероятностных объектов в библиотеке SimPy языка программирования Python / И. М. Якимов, А. П. Кирпичников, А. А. Конюхов, И. А. Седов // Вестник Технологического университета. – 2019. – Т. 22, № 3. – С. 134–137. – EDN PBIALL.

Dutta G. EDRA: A hybrid architecture for scalable and real-time AI applications // International Journal of Science and Research 2024 Archive. – 13(02). – P. 3724–3734. DOI 10.30574/ ijsra.2024.13.2.2611.

The C4 model for visualising software architecture – Режим доступа: https://c4model. com/. – (Дата обращения: 25.02.2025)

Ćatović A. Microservice development using RabbitMQ message broker / A. Ćatović, N. Buzađija, S. Lemeš // Science Engineering and Technology. – 2022. – 2. – P. 30–37. DOI 10.54327/set2022/v2.i1.19.

Saleh A. Publish/Subscribe for Edge Intelligence / A. Saleh, S. Tarkoma, S. Pirttikangas, L. Lovén // Systematic Review and Future Prospects 2024 10.2139/ssrn.4872730.

Gemirter C. A Comparative Evaluation of AMQP, MQTT and HTTP Protocols Using Re al-Time Public Smart City Data / C. Gemirter, S. Baydere // 2021 6th International Conference on Computer Science and Engineering (UBMK). 10.1109/UBMK52708.2021.9559032.

Алгазинов Э. К. Анализ и компьютерное моделирование информационных процессов и систем: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности 080801 «Прикладная информатика» и другим междисциплинарным специальностям / Э. К. Алгазинов, А. А. Сирота. – Москва : Диалог-МИФИ, 2009. – 416 с. EDN RTALOD.