16、物联网消费应用中交互模式与协议对能耗的影响分析

物联网消费应用中交互模式与协议对能耗的影响分析

1. 引言

如今，预计到 2023 年，联网设备数量将达 293 亿，其中 50%为物联网（IoT）设备，23%为智能手机。IoT 范式推动了信息技术能源需求的增长，一方面源于大量的 IoT 设备，另一方面则是众多消费这些设备数据的 IoT 终端用户应用。然而，在开发此类消费 IoT 设备数据的应用时考虑能耗仍具挑战性，目前缺乏开发绿色 IoT 应用的最佳实践知识。

本研究旨在提高应用设计师对 IoT 协议和交互模式选择对应用能耗影响的认识。为此，我们对 HTTP 和 MQTT 这两种最流行、成熟且稳定的 IoT 消费应用协议的能耗进行了实验分析。对于 HTTP 协议，研究了发布 - 订阅和请求 - 回复两种交互模式；对于 MQTT，研究了具有三种可用服务质量（QoS）的发布 - 订阅交互模式。同时，还考察了消息有效负载对能耗的影响。

研究问题

• RQ1 ：发布/订阅交互模式与请求/回复模式相比，能耗影响如何？
• RQ2 ：在发布 - 订阅交互模式下，HTTP 协议与 MQTT 协议的能耗对比如何？
• RQ3 ：MQTT 的服务质量（QoS）级别对能耗有何影响？
• RQ4 ：有效负载大小对能耗的影响如何？

2. 消费 IoT 应用：架构、交互模式与协议

2.1 分布式 IoT 架构

一个典型的 IoT