Journal of Korea Multimedia Society Vol. 24, No. 8, August 2021(pp. 1101-1113) https://doi.org/10.9717/kmms.2021.24.8.1101 IoT 응용을 위한 결함 포용 발행/구독 시스템의 설계 및 평가 배 인 한 † Design and Evaluation of a Fault-tolerant Publish/Subscribe System for IoT Applications Ihn-Han Bae † ABSTRACT The rapid growth of sense-and-respond applications and the emerging cloud computing model present a new challenge: providing publish/subscribe middleware as a scalable and elastic cloud service. The publish/subscribe interaction model is a promising solution for scalable data dissemination over wide-area networks. In addition, there have been some work on the publish/subscribe messaging paradigm that guarantees reliability and availability in the face of node and link failures. These publish/subscribe systems are commonly used in information-centric networks and edge-fog-cloud infrastructures for IoT. The IoT has an edge-fog cloud infrastructure to efficiently process massive amounts of sensing data collected from the surrounding environment. In this paper. we propose a quorum-based hierarchical fault-tolerant publish/subscribe systems (QHFPS) to enable reliable delivery of messages in the presence of link and node failures. The QHFPS efficiently distributes IoT messages to the publish/subscribe brokers in fog overlay layers on the basis of proposing extended stepped grid (xS-grid) quorum for providing tolerance when faced with node failures and network partitions. We evaluate the performance of QHFPS in three aspects: number of transmitted Pub/Sub messages, average subscription delay, and subscritpion delivery rate with an analytical model. Key words: Edge-Fog Computing, Fault-tolerance, IoT, Publish/Subscribe System, Quorum System ※ Corresponding Author : Ihn-Han Bae, Address: (38430) Hayang-Ro 13-13, Hayang-Eup, Gyeongsan-si, Gyeong- buk, Repulic of Korea , TEL : +82-53-850-2742, E-mail : ihbae@cu.ac.kr Receipt date : Jun. 23, 2021, Approval date : Aug. 16, 2021 † School of Computer Software, Catholic University of Daegu 1. 서 론 발행/독(Pub/Sub) 모델은 비동기 메시 패러 다임이다. Pub/Sub 모델에서 발신자의 메시는 특 별한 수신자가 해 있 않다. 대신 발행된 메시 는 해 범에 따라, 각 범에 대한 독을 신 청한 수신자에게 전달된다. 수신자는 발행자에 대한 식이 없어도 원하는 메시만을 수신할 수 있다 [1]. 리적으로 분산된 시스템의 끊임없이 가하는 모는 통신 인프라 설계자들에게 심각한 도전이다. 특히, 일반적인 밀결합 동기 클라이언트/서버 모델 은 새로운 발전된 Pub/Sub 상작용 패러다임에 의 해 도전을 받고 있다. Pub/Sub의 흥미로운 특성은 막대한 개수의 데이터 소스들과 싱크들에게 광역 데 이터 전달을 처리하는 기능이다. 메시들은 브로커 들을 통하여 발행자들로부터 독자들에게 일반적 으로 전달된다. 브로커들은 발행물과 독자들을 매 칭하고 에 따른 메시 전달에 대한 책임이 있다. 이벤트 공 서비스 축을 위한 Pub/Sub 통신 패턴 은 뛰어난 성능과 유연성을 가고 있다. 가장 간단