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

Authors

Pavel A. Parinov Voronezh State University https://orcid.org/0009-0007-5878-5241 (unauthenticated)
Alexander A. Sirota Voronezh State University https://orcid.org/0000-0002-5785-8513 (unauthenticated)

DOI:

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

Keywords:

simulation modeling, microservice, message broker, distributed system, queueing system

Abstract

The aim of the work is to build structural and functional and, based on them, simulation models of message processing processes in information systems with a microservice architecture using a message broker. Such models can be useful for solving a number of important tasks at various stages of the information system lifecycle: choosing the optimal or goal-oriented architecture at the design stage, determining the optimal configuration of components to achieve the best performance at the design or operation stage, and evaluating and preventing anomalies during operation. To build structural and functional models of information processes and systems, the paper uses C4 architecture modeling notation. Alternative architecture options for distributed information systems for data processing using a message broker are considered. To carry out quantitative assessments, these models are presented in the form of a generalized simulation model of a multi-channel mass service system with an unlimited long queue, which receives an inhomogeneous non-stationary flow. The simulation model is implemented in the Python programming language using the SimPy library. The proposed model provides a statistical assessment of the parameters characterizing the productivity and efficiency of the system: general system parameters, time indicators of message processing, system load indicators, absolute and relative throughput, as well as the probability of not exceeding the specified processing waiting time. For the considered alternatives, the dependences of the average residence time of the message in the system and the coefficient of system usage on the intensity of the input stream are obtained.

Author Biographies

Pavel A. Parinov, Voronezh State University

assistant the Department of Information Security and Processing Technologies, Faculty of Computer Sciences
Alexander A. Sirota, Voronezh State University

DSc in Technical Sciences, Head of the Department of Information Security and Processing Technologies, Faculty of Computer Sciences

References

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.