Розробка методу енергоефективного керування процесом передачі даних 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 Національний науковий центр «Інститут судових експертиз ім. Засл. проф. М.С. Бокаріуса» 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
  • 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
  • Ольга Іванівна Брендель Національний науковий центр «Інститут судових експертиз ім. Засл. проф. М.С. Бокаріуса» Міністерства юстиції України, Україна https://orcid.org/0000-0002-1723-0203
  • Вікторія Євгенівна Рог Харківський національний університет внутрішніх справ, Україна https://orcid.org/0000-0002-7443-5125

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.336111

Ключові слова:

транзакції Інтернету речей, енергоресурс, туманний шлюз, Парето-оптимальне рішення, граничні обчислення

Анотація

Об’єктом дослідження є процес керування передачею даних мобільного високощільного Інтернету речей. Вирішувалась проблема зменшення енерговитрат при передачі транзакцій мобільного ІоТ до туманних шлюзів за рахунок розробки методу енергоефективного керування передачею даних. Для цього запропоновано оптимізувати розподіл активних мобільних пристроїв по шлюзах туманного шару. В процесі проведення досліджень сформована архітектура підсистеми передачі даних між граничним та туманним шарами Інтернету речей. При розробці виділений проміжний рівень інфраструктури підтримки – Communication Layer. Це дозволило розробити математичну модель процесу керування процесом передачі даних. Головна відмінність даної моделі від існуючих – суттєве прискорення розрахунків при знаходженні Парето-оптимального рішення. Для цього використаний метод послідовних поступок. Він дозволив розв’язати трьохкритеріальну оптимізаційну задачу із впорядкованими по значущості цільовими функціями. Дана математична модель дозволила розробити метод енергоефективного керування процесом передачі даних мобільного високощільного Інтернету речей. Головна відмінність даного методу від існуючих – оптимізація процесу одночасно по трьох критеріях: енергоефективність, пріоритетність та час. При цьому перевага віддається критерію енергоефективності передачі даних мобільними пристроями ІоТ. Це дозволило суттєво скоротити час пошуку Парето-оптимального рішення при передачі транзакцій до хмарного центру обробки даних. Отримані результати дослідження можна пояснити використанням методу послідовних поступок разом з алгоритмом мурашиної колонії з обмеженою кількістю ітерацій. Метод є ефективним при можливості поступок за енергоресурсом мобільних пристроїв від 5 до 15%

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

Доктор технічних наук, старший дослідник

Директор

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

Доктор технічних наук, професор

Кафедра комп’ютерна інженерія та програмування

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

Кафедра кібербезпеки та DATA технологій

Юрій Валерійович Гнусов, Харківський національний університет внутрішніх справ

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра кібербезпеки та DATA технологій

Ольга Іванівна Брендель, Національний науковий центр «Інститут судових експертиз ім. Засл. проф. М.С. Бокаріуса» Міністерства юстиції України

Докторка філософії у галузі Право

Сектор комп‘ютерно-технічних, телекомунікаційних досліджень та досліджень відео-, звукозапису лабораторії інженерно-технічних досліджень

Вікторія Євгенівна Рог, Харківський національний університет внутрішніх справ

Старший викладач

Кафедра інформаційних систем та технологій

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. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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, 25 (11), 20842–20853. https://doi.org/10.1109/jsen.2025.3563452
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  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. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. Yu, J., Yu, G., Chen, Z. (2024). RAllo: Region Attention-based Edge Resource Allocation in Mobile Internet of Things. GLOBECOM 2024 - 2024 IEEE Global Communications Conference, 3413–3418. https://doi.org/10.1109/globecom52923.2024.10901347
  17. Zheng, Z., Nazif, H. (2023). An Energy-aware Technique for Resource Allocation in Mobile Internet of Thing (MIoT) Using Selfish Node Ranking and an Optimization Algorithm. IETE Journal of Research, 70 (4), 3546–3571. https://doi.org/10.1080/03772063.2023.2202163
  18. Zheng, K., Luo, R., Liu, X., Qiu, J., Liu, J. (2024). Distributed DDPG-Based Resource Allocation for Age of Information Minimization in Mobile Wireless-Powered Internet of Things. IEEE Internet of Things Journal, 11 (17), 29102–29115. https://doi.org/10.1109/jiot.2024.3406044
  19. Liu, J., Wei, X., Fan, J. (2019). Tolerable Data Transmission of Mobile Edge Computing Under Internet of Things. IEEE Access, 7, 71859–71871. https://doi.org/10.1109/access.2019.2920442
  20. 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
  21. Kang, S., Li, K., Wang, R. (2024). A survey on pareto front learning for multi-objective optimization. Journal of Membrane Computing, 7 (2), 128–134. https://doi.org/10.1007/s41965-024-00170-z
  22. Hu, Y., Qu, Y., Li, W., Huang, Y. (2025). A Pareto Front searching algorithm based on reinforcement learning for constrained multiobjective optimization. Information Sciences, 705, 121985. https://doi.org/10.1016/j.ins.2025.121985
  23. Pardalos, P. M., Steponavičė, I., Z̆ilinskas, A. (2011). Pareto set approximation by the method of adjustable weights and successive lexicographic goal programming. Optimization Letters, 6 (4), 665–678. https://doi.org/10.1007/s11590-011-0291-5
  24. Śliwiński, T. (2024). Efficient Approximation Methods for Lexicographic Max-Min Optimization. Journal of Telecommunications and Information Technology, 1, 46–53. https://doi.org/10.26636/jtit.2024.1.1421
  25. Zhang, J., Xu, M., Wang, L. (2025). Research on Link Selection and Allocation for IoT Localization Systems Based on an Improved Ant Colony Algorithm. Cyber Security Intelligence and Analytics, 140–150. https://doi.org/10.1007/978-3-031-88287-6_13
  26. Zhang, N., Shang, F., Li, X., Zhu, W. (2022). Research on Test Data Generation Method of IOT Management Platform Based on Ant Colony Algorithm. 2022 11th International Conference of Information and Communication Technology (ICTech)), 175–178. https://doi.org/10.1109/ictech55460.2022.00042
  27. Zhao, H.-Y., Wang, J.-C., Guan, X., Wang, Z.-H., He, Y.-H., Xie, H.-L. (2019). Ant Colony System for Energy Consumption Optimization in Mobile IoT Networks. Journal of Circuits, Systems and Computers, 29 (09), 2050150. https://doi.org/10.1142/s0218126620501509
  28. 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
  29. 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
  30. Kuchuk, H., Mozhaiev, O., Tiulieniev, S., Mozhaiev, M., Kuchuk, N., Tymoshchyk, L. et al. (2025). Devising a method for increasing data transmission speed in monitoring systems based on the mobile high-density internet of things. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (4 (135)), 52–61. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.330644
  31. 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
  32. Datsenko, S., Kuchuk, H. (2023). Biometric authentication utilizing convolutional neural networks. Advanced Information Systems, 7 (2), 87–91. https://doi.org/10.20998/2522-9052.2023.2.12
  33. Singh, S. P., Singh, P., Diwakar, M., Kumar, P. (2024). Improving quality of service for Internet of Things(IoT) in real life application: A novel adaptation based Hybrid Evolutionary Algorithm. Internet of Things, 27, 101323. https://doi.org/10.1016/j.iot.2024.101323
  34. Zhou, Y., Liu, X., Hu, S., Wang, Y., Yin, M. (2022). Combining max–min ant system with effective local search for solving the maximum set k-covering problem. Knowledge-Based Systems, 239, 108000. https://doi.org/10.1016/j.knosys.2021.108000
Розробка методу енергоефективного керування процесом передачі даних мобільного високощільного Інтернету речей

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-08-30

Як цитувати

Кучук, Г. А., Можаєв, О. О., Тюлєнєв, С. А., Можаєв, М. О., Кучук, Н. Г., Лубенцов, А. В., Онищенко, Ю. М., Гнусов, Ю. В., Брендель, О. І., & Рог, В. Є. (2025). Розробка методу енергоефективного керування процесом передачі даних мобільного високощільного Інтернету речей. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(4 (136), 46–57. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.336111

Номер

Том 4 № 4 (136) (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, Andrii Lubentsov, Yurii Onishchenko, Yurii Gnusov, Olha Brendel, Viktoriia Roh

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.