Розробка методу керування обчислювальними ресурсами туманного шару мобільного високощільного інтернету речей

Автор(и)

  • Георгій Анатолійович Кучук Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-2862-438X
  • Олександр Олександрович Можаєв Харківський національний університет внутрішніх справ, Україна https://orcid.org/0000-0002-1412-2696
  • Сергій Анатолійович Тюлєнєв Науково-дослідний центр судової експертизи у сфері інформаційних технологій та інтелектуальної власності Міністерства юстиції України , Україна https://orcid.org/0000-0001-9685-1536
  • Михайло Олександрович Можаєв Дніпропетровський науково-дослідний інститут судових експертиз Міністерства юстиції України, Україна https://orcid.org/0000-0003-1566-9260
  • Ніна Георгіївна Кучук Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-0784-1465
  • Павло Миколайович Хоробрих Дніпропетровський науково-дослідний інститут судових експертиз Міністерства юстиції України, Україна https://orcid.org/0009-0000-0879-4122
  • Юрій Валерійович Гнусов Харківський національний університет внутрішніх справ, Україна https://orcid.org/0000-0002-9017-9635
  • Юрій Петрович Горелов Харківський національний університет внутрішніх справ, Україна https://orcid.org/0000-0002-0330-5008
  • Віталій Анатолійович Світличний Харківський національний університет внутрішніх справ, Україна https://orcid.org/0000-0003-3381-3350
  • Олександр Сергійович Білик Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0009-0007-4846-1585

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.344553

Ключові слова:

мобільний пристрій, шлюз, алгоритм імітації відпалу, генетичний алгоритм, екосистема ІоТ

Анотація

Об’єктом дослідження є процес керування розподілом обчислювального ресурсу туманного шару мобільного високощільного Інтернету речей. Вирішувалась проблема зменшення дисбалансу завантаження туманних серверів за рахунок розробки методу керування обчислювальними ресурсами туманного шару при обробці інформаційних потоків. Інформаційні потоки формуються інтелектуальними шлюзами мобільного високощільного Інтернету речей, які приймають дані з граничного шару. В процесі проведення досліджень розроблена математична модель процесу керування обчислювальними ресурсами туманного шару. Головна відмінність даної моделі від існуючих – блочна ієрархічна структура по базових рівнях прийняття рішень при керуванні обчислювальними ресурсами. При розробці моделі використаний принцип декомпозиції процесу по суміжних часових інтервалах. Його застосування дозволило провести локальну оптимізацію процесу керування обчислювальними ресурсами на коротких часових інтервалах. Дана математична модель дозволила розробити метод керування обчислювальними ресурсами туманного шару. Головна відмінність даного методу від існуючих – оптимізація процесу проводиться за показником площі відносного відхилення від збалансованого завантаження на часовому інтервалі, що досліджується. Також використовується двоетапний алгоритм розподілу завдань вільних туманних пристроїв по серверах туманного шару. Це дозволило скоротити час пошуку наближеного рішення щодо розподілу обчислювальних ресурсів туманних серверів до 50%. Отримані результати дослідження можна пояснити сумісним застосуванням алгоритму імітації відпалу та генетичного алгоритму. Метод є ефективним при навантаженні на туманний шар від 20 до 70% максимально можливого навантаження

Біографії авторів

Георгій Анатолійович Кучук, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра комп’ютерна інженерія та програмування

Олександр Олександрович Можаєв, Харківський національний університет внутрішніх справ

Доктор технічних наук, професор

Кафедра кібербезпеки та DATA-технологій

Сергій Анатолійович Тюлєнєв, Науково-дослідний центр судової експертизи у сфері інформаційних технологій та інтелектуальної власності Міністерства юстиції України

Кандидат економічних наук

Директор

Михайло Олександрович Можаєв, Дніпропетровський науково-дослідний інститут судових експертиз Міністерства юстиції України

Доктор технічних наук, старший дослідник, виконувач обов’язків директора

Ніна Георгіївна Кучук, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра комп’ютерна інженерія та програмування

Павло Миколайович Хоробрих, Дніпропетровський науково-дослідний інститут судових експертиз Міністерства юстиції України

Кандидат юридичних наук, виконувач обов’язків першого заступника директора

Юрій Валерійович Гнусов, Харківський національний університет внутрішніх справ

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра кібербезпеки та DATA-технологій

Юрій Петрович Горелов, Харківський національний університет внутрішніх справ

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра кібербезпеки та DATA-технологій

Віталій Анатолійович Світличний, Харківський національний університет внутрішніх справ

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра інформаційних систем та технологій

Олександр Сергійович Білик, Харківський національний університет радіоелектроніки

Аспірант

Кафедра інфокомунікаційної інженерії ім. В.В. Поповського

Посилання

  1. Kaur, G., Balyan, V., Gupta, S. H. (2025). Nature inspired optimization of IoT network for delay resistant and energy efficient applications. Scientific Reports, 15 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-025-95138-z
  2. Kuchuk, H., Malokhvii, E. (2024). Integration of IoT with cloud, fog, and edge computing: a review. Advanced Information Systems, 8 (2), 65–78. https://doi.org/10.20998/2522-9052.2024.2.08
  3. Zhurylo, O., Liashenko, O. (2024). Architecture and iot security systems based on fog computing. Innovative technologies and scientific solutions for industries, 1 (27), 54–66. https://doi.org/10.30837/itssi.2024.27.054
  4. Kuchuk, H., Chumachenko, I., Marchenko, N., Kuchuk, N., Lysytsia, D. (2025). Method for calculating the number of IoT sensors in environmental monitoring systems. Advanced Information Systems, 9 (3), 66–72. https://doi.org/10.20998/2522-9052.2025.3.08
  5. Bhajantri, L. B., Gangadharaiah, S. (2022). Heuristic-Based Resource Allocation for Internet of Things in Gateway Centric Multi-layer Fog Computing. ICT Systems and Sustainability, 567–579. https://doi.org/10.1007/978-981-19-5221-0_54
  6. Liu, Q., Mo, R., Xu, X., Ma, X. (2020). Multi-objective resource allocation in mobile edge computing using PAES for Internet of Things. Wireless Networks, 30 (5), 3533–3545. https://doi.org/10.1007/s11276-020-02409-w
  7. Yu, J., Hou, K., Zhang, H., Kostic, B., Yang, M., Nazif, H. (2025). A new energy-aware resources scheduling method for mobile internet of things using a hybrid optimisation algorithm. International Journal of Mobile Communications, 25 (2), 176–207. https://doi.org/10.1504/ijmc.2025.144192
  8. Kuchuk, N., Kashkevich, S., Radchenko, V., Andrusenko, Y., Kuchuk, H. (2024). Applying edge computing in the execution IoT operative transactions. Advanced Information Systems, 8 (4), 49–59. https://doi.org/10.20998/2522-9052.2024.4.07
  9. Muñoz, L. A., Berná Martínez, J. V., Asensi, C. C., Pastor, D. S. (2024). RESEARCH NOTES: Design of a Distributed and Highly Scalable Fog Architecture for Heterogeneous IoT Infrastructures. International Journal of Software Engineering and Knowledge Engineering, 35 (02), 195–215. https://doi.org/10.1142/s0218194025430016
  10. Lea, R., Adame, T., Berne, A., Azaiez, S. (2025). The Internet of Things, Fog, and Cloud Continuum: Integration Challenges and Opportunities for Smart Cities. Future Internet, 17 (7), 281. https://doi.org/10.3390/fi17070281
  11. Zhurylo, O., Liashenko, O., Avetisova, K. (2023). Hardware security overview of fog computing end devices in the internet of things. Innovative Technologies and Scientific Solutions for Industries, 1 (23), 57–71. https://doi.org/10.30837/itssi.2023.23.057
  12. Kuchuk, H., Kalinin, Y., Dotsenko, N., Chumachenko, I., Pakhomov, Y. (2024). Decomposition of integrated high-density IoT data flow. Advanced Information Systems, 8 (3), 77–84. https://doi.org/10.20998/2522-9052.2024.3.09
  13. Rezanov, B., Kuchuk, H. (2023). Model of elemental data flow distribution in the internet of things supporting fog platform. Innovative technologies and scientific solutions for industries, 3 (25), 88–97. https://doi.org/10.30837/itssi.2023.25.088
  14. Kuchuk, H., Mozhaiev, O., Kuchuk, N., Tiulieniev, S., Mozhaiev, M., Gnusov, Y. et al. (2024). Devising a method for the virtual clustering of the Internet of Things edge environment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (9 (127)), 60–71. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.298431
  15. Lee, B. M. (2025). Efficient Resource Management for Massive MIMO in High-Density Massive IoT Networks. IEEE Transactions on Mobile Computing, 24 (3), 1963–1980. https://doi.org/10.1109/tmc.2024.3486712
  16. Kuchuk, H., Mozhaiev, O., Tiulieniev, S., Mozhaiev, M., Kuchuk, N., Lubentsov, A. et al. (2025). Devising a method for energy-efficient control over a data transmission process across the mobile high-density internet of things. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (4 (136)), 46–57. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.336111
  17. Sandanasamy, A., Charles, P. J. (2025). Dynamic load balancing through TOPSIS based optimal server selection and resource allocation in SDN IoT network. OPSEARCH. https://doi.org/10.1007/s12597-025-00985-z
  18. Shamsa, Z., Rezaee, A., Adabi, S., Rahimabadi, A. M., Rahmani, A. M. (2024). A distributed load balancing method for IoT/Fog/Cloud environments with volatile resource support. Cluster Computing, 27 (4), 4281–4320. https://doi.org/10.1007/s10586-024-04403-9
  19. Shuaib, M., Bhatia, S., Alam, S., Masih, R. K., Alqahtani, N., Basheer, S., Alam, M. S. (2023). An Optimized, Dynamic, and Efficient Load-Balancing Framework for Resource Management in the Internet of Things (IoT) Environment. Electronics, 12 (5), 1104. https://doi.org/10.3390/electronics12051104
  20. Kuchuk, H., Husieva, Y., Novoselov, S., Lysytsia, D., Krykhovetskyi, H. (2025). Load balancing of the layers IoT fog-cloud support network. Advanced Information Systems, 9 (1), 91–98. https://doi.org/10.20998/2522-9052.2025.1.11
  21. Kanbar, A. B., Faraj, K. (2022). Region aware dynamic task scheduling and resource virtualization for load balancing in IoT–fog multi-cloud environment. Future Generation Computer Systems, 137, 70–86. https://doi.org/10.1016/j.future.2022.06.005
  22. Chiang, W.-K., Chih, Y.-H. (2025). A pareto-optimal heuristic algorithm to refactor IMS core for cloud-native NFV. Cluster Computing, 28 (8). https://doi.org/10.1007/s10586-025-05177-4
  23. Ritter, F. (2023). Technical note: A procedure to clean, decompose, and aggregate time series. Hydrology and Earth System Sciences, 27 (2), 349–361. https://doi.org/10.5194/hess-27-349-2023
  24. Hu, C., Sun, Z., Li, C., Zhang, Y., Xing, C. (2023). Survey of Time Series Data Generation in IoT. Sensors, 23 (15), 6976. https://doi.org/10.3390/s23156976
  25. Sajjad, F., Rashid, M., Zafar, A., Zafar, K., Fida, B., Arshad, A. et al. (2023). An efficient hybrid approach for optimization using simulated annealing and grasshopper algorithm for IoT applications. Discover Internet of Things, 3 (1). https://doi.org/10.1007/s43926-023-00036-3
  26. Seyedi, B., Postolache, O. (2025). Securing IoT Communications via Anomaly Traffic Detection: Synergy of Genetic Algorithm and Ensemble Method. Sensors, 25 (13), 4098. https://doi.org/10.3390/s25134098
  27. Gupta, N., Sharma, V. (2023). Context Aware Hybrid Network Architecture for Iot with Machine Learning Based Intelligent Gateway. SN Computer Science, 4 (3). https://doi.org/10.1007/s42979-023-01736-x
Розробка методу керування обчислювальними ресурсами туманного шару мобільного високощільного інтернету речей

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-12-17

Як цитувати

Кучук, Г. А., Можаєв, О. О., Тюлєнєв, С. А., Можаєв, М. О., Кучук, Н. Г., Хоробрих, П. М., Гнусов, Ю. В., Горелов, Ю. П., Світличний, В. А., & Білик, О. С. (2025). Розробка методу керування обчислювальними ресурсами туманного шару мобільного високощільного інтернету речей. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(4 (138), 15–25. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.344553

Номер

Том 6 № 4 (138) (2025): Математика та кібернетика - прикладні аспекти

Розділ

Математика та кібернетика - прикладні аспекти

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Heorhii Kuchuk, Oleksandr Mozhaiev, Serhii Tiulieniev, Mykhailo Mozhaiev, Nina Kuchuk, Pavlo Khorobrykh, Yurii Gnusov, Yurii Horelov, Vitalii Svitlychnyi, Oleksandr Bilyk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.