Розробка методу стабілізуючого керування навантаженням шлюзу кластера граничного шару 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 Національний науковий центр «Інститут судових експертиз ім. Засл. проф. М.С. Бокаріуса», Україна https://orcid.org/0000-0001-9685-1536
  • Михайло Олександрович Можаєв Науково-дослідний центр судової експертизи у сфері інформаційних технологій та інтелектуальної власності 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
  • Лілія Павлівна Тимощик Науково-дослідний центр судової експертизи у сфері інформаційних технологій та інтелектуальної власності Міністерства юстиції України , Україна https://orcid.org/0000-0002-7695-2169
  • Андрій Васильович Лубенцов Науково-дослідний центр судової експертизи у сфері інформаційних технологій та інтелектуальної власності Міністерства юстиції України, Україна https://orcid.org/0000-0002-1419-6433
  • Юрій Валерійович Гнусов Харківський національний університет внутрішніх справ, Україна https://orcid.org/0000-0002-9017-9635
  • Сергій Іванович Клівець Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0002-8109-0639
  • Олександр Васильович Кулєшов Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0002-8223-3814

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.326040

Ключові слова:

інтернет речей, стабілізуюче керування, інформаційний пакет, перевантаження буфера, граничні обчислення

Анотація

Об’єктом дослідження є процес керування перевантаженнями на граничному шарі територіально розподіленого Інтернету речей.

Вирішувалась проблема зменшення кількості втрат інформаційних пакетів територіально розподіленого Інтернету речей, що надходять до шлюзу граничного шару. Для цього запропоновано використовувати швидке тимчасове горизонтальне масштабування та стабілізуюче керування навантаженням, що формується у буфері шлюзу.

В процесі проведення досліджень розроблений алгоритм тимчасового горизонтального масштабування для шлюзу кластера граничного шару. При розробці використаний еволюційний Firefly Algorithm з фітнес-функцією на базі функції Лоренца. Це дозволило прискорити знаходження вузла кластера для оперативного тимчасового масштабування шлюзу на період перевантаження буфера шлюзу.

Модифікований стандартний алгоритм інтелектуального керування чергами. Модифікація базується на запропонованому методі стабілізуючого керування навантаженням шлюзу кластера граничного шару географічно рознесеного Інтернету речей. Метод враховує особливості архітектури граничного шару. Запропонований метод дозволив у випадку досягнення верхнього порогу черги провести масштабування шлюзу до моменту заповнення його буферу. Внаслідок цього була зменшена кількість втрат інформаційних пакетів, що надходять до шлюзу граничного шару. Дослідження запропонованого методу показали, що кількість втрат інформаційних пакетів зменшується у порівнянні з існуючими методами. Отримані результати дослідження можна пояснити задіянням тимчасового горизонтального масштабування шлюзу та фіксацією порогів буферу черги інформаційних пакетів. Метод є ефективним при середньому рівні навантаження на шлюз кластера від 0,2 до 1,2

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, Національний науковий центр «Інститут судових експертиз ім. Засл. проф. М.С. Бокаріуса»

Кандидат економічних наук

Михайло Олександрович Можаєв, Науково-дослідний центр судової експертизи у сфері інформаційних технологій та інтелектуальної власності Міністерства юстиції України

Доктор технічних наук

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

Доктор технічних наук, професор

Кафедра комп’ютерна інженерія та програмування

Лілія Павлівна Тимощик, Науково-дослідний центр судової експертизи у сфері інформаційних технологій та інтелектуальної власності Міністерства юстиції України

Кандидат економічних наук

Андрій Васильович Лубенцов, Науково-дослідний центр судової експертизи у сфері інформаційних технологій та інтелектуальної власності Міністерства юстиції України

Кандидат юридичних наук

Юрій Валерійович Гнусов, Харківський національний університет внутрішніх справ

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра кібербезпеки та DATA-технологій

Сергій Іванович Клівець, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Кандидат технічних наук

Науковий центр

Олександр Васильович Кулєшов, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Кандидат військових наук, доцент

Науковий центр

Посилання

  1. Gamboa, A., Villazón, A., Meneses, A., Ormachea, O., Orellana, R. (2024). Altitude’s Impact on Photovoltaic Efficiency: An IoT-Enabled Geographically Distributed Remote Laboratory. Smart Technologies for a Sustainable Future, 133–144. https://doi.org/10.1007/978-3-031-61905-2_14
  2. Singh, S. P., Kumar, N., Kumar, G., Balusamy, B., Bashir, A. K., Dabel, M. M. A. (2025). Enhancing Quality of Service in IoT-WSN through Edge-Enabled Multi-Objective Optimization. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 1–1. https://doi.org/10.1109/tce.2025.3526992
  3. Yan, M. (2024). Receive wireless sensor data through IoT gateway using web client based on border gateway protocol. Heliyon, 10 (11), e31625. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e31625
  4. 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
  5. 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
  6. Alwakeel, A. M. (2021). An Overview of Fog Computing and Edge Computing Security and Privacy Issues. Sensors, 21 (24), 8226. https://doi.org/10.3390/s21248226
  7. Naveen, S., Kounte, M. R., Ahmed, M. R. (2021). Low Latency Deep Learning Inference Model for Distributed Intelligent IoT Edge Clusters. IEEE Access, 9, 160607–160621. https://doi.org/10.1109/access.2021.3131396
  8. Hao, L., Naik, V., Schulzrinne, H. (2022). DBAC: Directory-Based Access Control for Geographically Distributed IoT Systems. IEEE INFOCOM 2022 - IEEE Conference on Computer Communications, 360–369. https://doi.org/10.1109/infocom48880.2022.9796804
  9. Samir, A., Dagenborg, H. (2023). Adaptive Controller to Identify Misconfigurations and Optimize the Performance of Kubernetes Clusters and IoT Edge Devices. Service-Oriented and Cloud Computing, 170–187. https://doi.org/10.1007/978-3-031-46235-1_11
  10. Cui, H., Tang, Z., Lou, J., Jia, W. (2023). Online Container Scheduling for Low-Latency IoT Services in Edge Cluster Upgrade: A Reinforcement Learning Approach. 2023 IEEE/CIC International Conference on Communications in China (ICCC), 1–6. https://doi.org/10.1109/iccc57788.2023.10233668
  11. 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
  12. Vaiyapuri, T., Parvathy, V. S., Manikandan, V., Krishnaraj, N., Gupta, D., Shankar, K. (2021). A Novel Hybrid Optimization for Cluster‐Based Routing Protocol in Information-Centric Wireless Sensor Networks for IoT Based Mobile Edge Computing. Wireless Personal Communications, 127 (1), 39–62. https://doi.org/10.1007/s11277-021-08088-w
  13. Azimi, S., Pahl, C., Shirvani, M. (2020). Particle Swarm Optimization for Performance Management in Multi-cluster IoT Edge Architectures. Proceedings of the 10th International Conference on Cloud Computing and Services Science. https://doi.org/10.5220/0009391203280337
  14. 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
  15. Kuch 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
  16. Hunko, M., Tkachov, V., Kovalenko, A., Kuchuk, H. (2023). Advantages of Fog Computing: A Comparative Analysis with Cloud Computing for Enhanced Edge Computing Capabilities. 2023 IEEE 4th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). https://doi.org/10.1109/khpiweek61412.2023.10312948
  17. Simaiya, S., Shrivastava, A., Keer, N. P. (2014). IRED Algorithm for Improvement in Performance of Mobile Ad Hoc Networks. 2014 Fourth International Conference on Communication Systems and Network Technologies, 283–287. https://doi.org/10.1109/csnt.2014.62
  18. Qasim, M., Sajid, M. (2024). An efficient IoT task scheduling algorithm in cloud environment using modified Firefly algorithm. International Journal of Information Technology, 17 (1), 179–188. https://doi.org/10.1007/s41870-024-01758-5
  19. Li, J., Zhou, T. (2024). Data-Driven Fully Distributed Load Frequency Control for an IoT-Based Interconnected Grid Considering a Performance-Based Frequency Regulation Market. IEEE Internet of Things Journal, 11 (17), 28692–28704. https://doi.org/10.1109/jiot.2024.3402274
  20. Petrovska, I., Kuchuk, H., Kuchuk, N., Mozhaiev, O., Pochebut, M., Onishchenko, Y. (2023). Sequential Series-Based Prediction Model in Adaptive Cloud Resource Allocation for Data Processing and Security. 2023 13th International Conference on Dependable Systems, Services and Technologies (DESSERT), 1–6. https://doi.org/10.1109/dessert61349.2023.10416496
  21. Carvalho, D., Sullivan, D., Almeida, R., Caminha, C. (2022). A Machine Learning Approach to Solve the Network Overload Problem Caused by IoT Devices Spatially Tracked Indoors. Journal of Sensor and Actuator Networks, 11 (2), 29. https://doi.org/10.3390/jsan11020029
  22. Sobchuk, V., Pykhnivskyi, R., Barabash, O., Korotin, S., Omarov, S. (2024). Sequential intrusion detection system for zero-trust cyber defense of IOT/IIOT networks. Advanced Information Systems, 8 (3), 92–99. https://doi.org/10.20998/2522-9052.2024.3.11
  23. Sundaram Paulraj, S. S., Kannabiran, V. (2024). Neuro‐fuzzy‐based cluster formation scheme for energy‐efficient data routing in IOT‐enabled WSN. International Journal of Communication Systems, 38 (3). https://doi.org/10.1002/dac.5984
Розробка методу стабілізуючого керування навантаженням шлюзу кластера граничного шару інтернету речей

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-04-29

Як цитувати

Кучук, Г. А., Можаєв, О. О., Тюлєнєв, С. А., Можаєв, М. О., Кучук, Н. Г., Тимощик, Л. П., Лубенцов, А. В., Гнусов, Ю. В., Клівець, С. І., & Кулєшов, О. В. (2025). Розробка методу стабілізуючого керування навантаженням шлюзу кластера граничного шару інтернету речей. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(9 (134), 24–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.326040

Номер

Том 2 № 9 (134) (2025): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційно-керуючі системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Heorhii Kuchuk, Oleksandr Mozhaiev, Serhii Tiulieniev, Mykhailo Mozhaiev, Nina Kuchuk, Liliia Tymoshchyk, Andrii Lubentsov, Yurii Gnusov, Sergii Klivets, Alexander Kuleshov

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.