Розробка методу підвищення оперативності передачі даних в системах моніторингу на базі 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 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 Миколайович Онищенко Харківський національний університет внутрішніх справ, Україна https://orcid.org/0000-0002-7755-3071
  • Юрій Валерійович Гнусов Харківський національний університет внутрішніх справ, Україна https://orcid.org/0000-0002-9017-9635
  • Михайло Віталійович Цуранов Харківський національний університет внутрішніх справ, Україна https://orcid.org/0000-0002-2115-7029

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.330644

Ключові слова:

Інтернет речей, Марківський ланцюг, висока щільність, системи випадкового множинного доступу

Анотація

Об’єктом дослідження є процес підвищення оперативності передачі даних в системах моніторингу, які надходять з малопотужних пристроїв мобільного високощільного Інтернету речей. Вирішувалась проблема зменшення середнього часу затримки передачі інформації через передавальну станцію шлюзу системи моніторингу. Для цього запропоновано удосконалити процедуру множинного виходу та використовувати спосіб формування тимчасових динамічних кластерів залежних джерел.

При проведенні досліджень розроблена модель системи моніторингу із множинним виходом вузлів. При розробці використана процедура побудови тимчасової підмножини активних пристроїв, залежних за даними. Це дозволило зменшити надлишковість даних, що надходять до шлюзу системи моніторингу.

Запропонований підхід для знаходження значень верхньої та нижньої границь середньої затримки передачі даних. Підхід базується на спрощенні розрахунків шляхом переходу до одновимірного Марківського ланцюгу. Застосування рівномірного розподілу активних абонентів дозволило знайти аналітичний вираз для верхньої границі середньої затримки. Особливістю процесу обчислення нижньої границі є введення фіксованого розбиття зони прийому передавальної станції на рівні сектори.

Розроблений алгоритм множинного виходу вузлів орієнтований на зменшення середньої затримки передачі даних при обмеженій кількості абонентів. Особливістю методу є обмеження кількості переходів при формуванні стаціонарного розподілу Марківського ланцюга. Внаслідок застосування методу зменшується середня затримка та підвищується оперативність передачі даних. Дослідження запропонованого методу показали, що оперативність передачі даних підвищується у порівнянні з існуючими методами від 5 до 50%. Отримані результати дослідження можна пояснити задіянням процедури множинного виходу абонентів

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 Миколайович Онищенко, Харківський національний університет внутрішніх справ

Кандидат наук з державного управління, доцент

Юрій Валерійович Гнусов, Харківський національний університет внутрішніх справ

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра кібербезпеки та DATA-технологій

Михайло Віталійович Цуранов, Харківський національний університет внутрішніх справ

Старший викладач

Кафедра кібербезпеки та DATA-технологій

Посилання

  1. 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
  2. Amitu, D. M., Akol, R. N., Serugunda, J. (2025). Hybrid access control mechanism for massive machine type communications. Discover Internet of Things, 5 (1). https://doi.org/10.1007/s43926-025-00106-8
  3. Zhao, D., Wang, H., Du, H., Cheng, H., Peng, L., Liang, Y. et al. (2025). An intelligent bridge multi-dimension deflection IoT monitoring system based on laser datum and imaging. Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition), 12 (2), 269–287. https://doi.org/10.1016/j.jtte.2023.06.006
  4. Harwahyu, R., Cheng, R.-G., Liu, D.-H., Sari, R. F. (2021). Fair Configuration Scheme for Random Access in NB-IoT with Multiple Coverage Enhancement Levels. IEEE Transactions on Mobile Computing, 20 (4), 1408–1419. https://doi.org/10.1109/tmc.2019.2962422
  5. 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
  6. 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
  7. Shokeen, S., Singh, H. (2023). Multiple Input Multiple Output: An IOT based Application. 2023 International Conference on Advancement in Computation & Computer Technologies (InCACCT), 634–638. https://doi.org/10.1109/incacct57535.2023.10141742
  8. 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
  9. 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. https://doi.org/10.1109/tce.2025.3526992
  10. Choi, J. (2018). On Multichannel Random Access for Correlated Sources. IEEE Transactions on Communications, 66 (8), 3444–3454. https://doi.org/10.1109/tcomm.2018.2823318
  11. Chetot, L., Egan, M., Gorce, J.-M. (2023). Active User Detection and Channel Estimation for Grant-Free Random Access with Gaussian Correlated Activity. 2023 IEEE 97th Vehicular Technology Conference (VTC2023-Spring), 1–6. https://doi.org/10.1109/vtc2023-spring57618.2023.10199877
  12. Kuchuk, H., Mozhaiev, O., Tiulieniev, S., Mozhaiev, M., Kuchuk, N., Tymoshchyk, L. et al. (2025). Devising a method for forming a stable mobile cluster of the internet of things fog layer. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (4 (133)), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.322263
  13. Alqasimi, A., Al Marzouqi, K., Alhammadi, A., Aljasmi, A., Alnabulsi, A., Al-Ali, A. R. (2025). An IoT-Based Mobile Air Pollution Monitoring System. Proceedings of IEMTRONICS 2024, 221–233. https://doi.org/10.1007/978-981-97-4784-9_16
  14. Wing Lo, Y., Ho Tsoi, M., Chow, C.-F., Mung, S. W. Y. (2025). An NB-IoT Monitoring System for Digital Mobile Radio With Industrial IoT Performance and Reliability Evaluation. IEEE Sensors Journal, 25 (3), 5337–5348. https://doi.org/10.1109/jsen.2024.3512859
  15. 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. Foss, S., Turlikov, A., Grankin, M. (2017). Spatial random multiple access with multiple departure. 2017 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), 2728–2731. https://doi.org/10.1109/isit.2017.8007025
  17. Moon, S., Lee, H.-S., Lee, J.-W. (2018). SARA: Sparse Code Multiple Access-Applied Random Access for IoT Devices. IEEE Internet of Things Journal, 5 (4), 3160–3174. https://doi.org/10.1109/jiot.2018.2835828
  18. Kuchuk, H., Mozhaiev, O., Tiulieniev, S., Mozhaiev, M., Kuchuk, N., Tymoshchyk, L. et al. (2025). Devising a method for stabilizing control over a load on a cluster gateway in the internet of things edge layer. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (134)), 24–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.326040
  19. Zhu, W., Tao, M., Yuan, X., Guan, Y. (2023). Message Passing-Based Joint User Activity Detection and Channel Estimation for Temporally-Correlated Massive Access. IEEE Transactions on Communications, 71 (6), 3576–3591. https://doi.org/10.1109/tcomm.2023.3261382
  20. 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
  21. Aqeel Abdulhussein M, A.-M., Smirnova, T., Buravchenko, K., Smirnov, O. (2023). The method of assessing and improving the user experience of subscribers in software-configured networks based on the use of machine learning. Advanced Information Systems, 7 (2), 49–56. https://doi.org/10.20998/2522-9052.2023.2.07
  22. Asvadi, S., Ashtiani, F. (2023). Peak Age of Information in Slotted ALOHA Networks. IEEE Transactions on Communications, 71 (10), 6018–6030. https://doi.org/10.1109/tcomm.2023.3296590
  23. Semenov, S., Mozhaiev, O., Kuchuk, N., Mozhaiev, M., Tiulieniev, S., Gnusov, Y. et al. (2022). Devising a procedure for defining the general criteria of abnormal behavior of a computer system based on the improved criterion of uniformity of input data samples. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (4 (120)), 40–49. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.269128
  24. Munari, A. (2021). Modern Random Access: An Age of Information Perspective on Irregular Repetition Slotted ALOHA. IEEE Transactions on Communications, 69 (6), 3572–3585. https://doi.org/10.1109/tcomm.2021.3060429
  25. Tzeng, S.-S., Lin, Y.-J., Wang, S.-W. (2025). Age of Information in IoT Devices with Integrated Heterogeneous Sensors under Slotted ALOHA. IEEE Sensors Journal, 1–1. https://doi.org/10.1109/jsen.2025.3563452
  26. 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
  27. Zhang, Y., Jing, R., Zou, Y., Cao, Z. (2025). Optimizing power allocation in contemporary IoT systems: A deep reinforcement learning approach. Sustainable Computing: Informatics and Systems, 46, 101114. https://doi.org/10.1016/j.suscom.2025.101114
  28. 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
  29. Cui, Y., Shi, G., Xu, L., Ji, J. (2023). Average dwell time based networked predictive control for switched linear systems with data transmission time-varying delays. IMA Journal of Mathematical Control and Information, 40 (2), 210–231. https://doi.org/10.1093/imamci/dnad007
  30. Czapla, D. (2024). On the Existence and Uniqueness of Stationary Distributions for Some Piecewise Deterministic Markov Processes with State-Dependent Jump Intensity. Results in Mathematics, 79 (5). https://doi.org/10.1007/s00025-024-02195-3
Розробка методу підвищення оперативності передачі даних в системах моніторингу на базі мобільного високощільного інтернету речей

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-06-25

Як цитувати

Кучук, Г. А., Можаєв, О. О., Тюлєнєв, С. А., Можаєв, М. О., Кучук, Н. Г., Тимощик, Л. П., Лубенцов, А. В., Онищенко, Ю. М., Гнусов, Ю. В., & Цуранов, М. В. (2025). Розробка методу підвищення оперативності передачі даних в системах моніторингу на базі мобільного високощільного інтернету речей. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(4 (135), 52–61. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.330644

Номер

Том 3 № 4 (135) (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, Liliia Tymoshchyk, Andrii Lubentsov, Yurii Onishchenko, Yurii Gnusov, Mykhailo Tsuranov

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.