Інтегральна метрика живучості інформаційної системи на мобільній платформі в умовах каскадних і вторинних функціональних збоїв
DOI:
https://doi.org/10.30837/2522-9818.2025.4.078Ключові слова:
інтегральна метрика; живучість; інформаційна система; каскадний збій; ризик-орієнтований моніторинг.Анотація
Предметом дослідження є інтегральна метрика живучості інформаційної системи на мобільній платформі
за переривного зв’язку, часткової спостережуваності та каскадних і вторинних збоїв. Систему подано як багаторівневу структуру "дані – процеси – ресурси". Мета роботи – розробити інтегральну метрику живучості, яка бере до уваги часові відхилення від вимог, їх поширення графом залежностей і приховані порушення; запропонувати однопрохідний алгоритм і довести його властивості на сценаріях. Для досягнення окресленої мети необхідно виконати так завдання: формалізувати сервісні вимоги й проєкцію структури; побудувати метрику з ризик-орієнтованим агрегуванням дефіцитів, каскадною корекцією та системним урахуванням вторинних збоїв; розробити однопрохідні обчислення у "вікнах доступності"; довести монотонність, інваріантність масштабу й стійкість до пропусків; визначити правила налаштування параметрів і порівняння конфігурацій; експериментально перевірити й зіставити з базовими індикаторами. Упроваджено такі методи: проєкція сервісів на рівні даних, процесів і ресурсів; використання умовного середнього перевищення як ризик-орієнтованої агрегації; каскадна корекція за глибиною та шириною; організація фіксації вторинних збоїв і розсинхронізації; нормування у "вікнах доступності"; однопрохідні оновлення близької до лінійної складності. Досягнуті результати: запропоновано й формально визначено інтегральну метрику живучості; доведено її монотонність за параметрами, обмеженість, інваріантність до масштабування й стійкість до пропусків; продемонстровано відмінність від середнього дефіциту – розроблена метрика підсилює внесок рідкісних глибоких провалів і реагує на каскадність, тоді як середні значення майже сталі; за відсутності сервісних дефіцитів зберігається додатний рівень завдяки виявленню латентних вторинних збоїв; на сценаріях отримано узгоджені сімейства кривих і тривимірну поверхню, які демонструють кероване налаштування чутливості та стійке ранжування конфігурацій для промислових умов експлуатації мобільних платформ. Висновки: запропонована метрика забезпечує сервісно узгоджену оцінку стану інформаційної системи, одночасно зважаючи на часові дефіцити, каскадне поширення та вторинні збої; інтегральна метрика придатна для послідовних обчислень у ресурсно обмежених умовах, підсилює раннє виявлення ризиків і підтримує моніторинг, локалізацію, забезпечує живучість.
Посилання
References
Dodonov, A., Lande, D. (2021), "Modeling the survivability of network structures", CEUR Workshop Proceedings, Vol. 2859, P. 1–10. Available at: https://ceur-ws.org/Vol-2859/paper1.pdf (accessed 01 October 2025).
Andriulo, F. C. et al. (2024), "Edge computing and cloud computing for Internet of Things: a review", Informatics, Vol. 11, No. 4, 71. DOI: https://doi.org/10.3390/informatics11040071.
Coletta, A. et al. (2024), "A 2-UAV: application-aware resilient edge-assisted UAV networks", Computer Networks, Vol. 256, 110887. DOI: https://doi.org/10.1016/j.comnet.2024.110887
Tkachov, V. et al. (2021), "Method to determine fault-tolerant performance probability of high-survivability computer network based on mobile platform", 2021 IEEE 8th International Conference on Problems of Infocommunications, Science and Technology (PIC S&T), Kharkiv, Ukraine, 5–7 October 2021, P. 1–5. DOI: https://doi.org/10.1109/picst54195.2021.9772202
Fesenko, H. et al. (2024), "Methods and software tools for reliable operation of flying LiFi networks in destruction conditions", Sensors, Vol. 24, No. 17, 5707. DOI: https://doi.org/10.3390/s24175707
Buckley, I. A., Fernandez, E. B. (2023), "Dependability patterns: a survey", Computers, Vol. 12, No. 10, 214. DOI: https://doi.org/10.3390/computers12100214
Mehdi, I., Boudi, E. M., Mehdi, M. A. (2024), "Reliability, availability, and maintainability assessment of a mechatronic system based on timed colored Petri nets", Applied Sciences, Vol. 14, No. 11, 4852. DOI: https://doi.org/10.3390/app14114852
Su, H., Li, Y., Cao, Q. (2024), "A stochastic model of preventive maintenance strategies for wind turbine gearboxes considering the incomplete maintenance", Scientific Reports, Vol. 14, 5700. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-56436-0
Zhao, Y. et al. (2024), "Failure dependence and cascading failures: a literature review and investigation on research opportunities", Reliability Engineering & System Safety, Vol. 256, 110766. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ress.2024.110766
Hu, T. et al. (2025), "Dynamic recovery and a resilience metric for UAV swarms under attack", Drones, Vol. 9, No. 8, 589. DOI: https://doi.org/10.3390/drones9080589
Xu, X., Fu, X. (2023), "Analysis on cascading failures of directed – undirected interdependent networks with different coupling patterns", Entropy, Vol. 25, No. 3, 471. DOI: https://doi.org/10.3390/e25030471
Elewaily, D. I. et al. (2023), "Delay/disruption-tolerant networking-based the integrated deep-space relay network: state-of-the-art", Ad Hoc Networks, Vol. 152, 103307. DOI: https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2023.103307
AlHidaifi, S. M., Asghar, M. R., Ansari, I. S. (2024), "A survey on cyber resilience: key strategies, research challenges, and future directions", ACM Computing Surveys, Vol. 56, No. 8, P. 1–48. DOI: https://doi.org/10.1145/3649218
Qazi, F. et al. (2024), "Service level agreement in cloud computing: taxonomy, prospects, and challenges", Internet of Things, Vol. 25, 101126. DOI: https://doi.org/10.1016/j.iot.2024.101126
Cao, Z. et al. (2025), "A resilience quantitative assessment framework for cyber-physical systems: mathematical modeling and simulation", Applied Sciences, Vol. 15, No. 15, 8285. DOI: https://doi.org/10.3390/app15158285
Ruban, I., Tkachov, V. (2025), "Formalizing the survivability target function of information system on mobile", Eighth International Scientific and Technical Conference on Computer and Information Systems and Technologies, Kharkiv, Ukraine, 9–10 October 2025, P. 32–34. Available at: http://csitic.com/images/data/CSITIC.2025.pdf
Samet, D., Tauman, Y., Zang, I. (1984), "An application of the Aumann–Shapley prices for cost allocation in transportation problems", Mathematics of Operations Research, Vol. 9, No. 1, P. 25–42. DOI: https://doi.org/10.1287/moor.9.1.25
Babenko, V. F., Parfinovych, N. V., Skorokhodov, D. S. (2022), "The best approximation of closed operators by bounded operators in Hilbert spaces", Carpathian Mathematical Publications, Vol. 14, No. 2, P. 453–463. DOI: https://doi.org/10.15330/cmp.14.2.453-463
Marshall, A. W., Olkin, I., Arnold, B. C. (2011), Inequalities: Theory of Majorization and Its Applications, Springer, New York, 909 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-0-387-68276-1
Hasler, D., Koberstein, J. (2024), "On the expansion of resolvents and the integrated density of states for Poisson distributed Schrödinger operators", Complex Analysis and Operator Theory, Vol. 18, No. 5, 128. DOI: https://doi.org/10.1007/s11785-024-01546-w
Baricz, Á., Pogány, T. K. (2023), "Probabilistic and analytical aspects of the symmetric and generalized Kaiser–Bessel window function", Constructive Approximation, Vol. 58, P. 713–783. DOI: https://doi.org/10.1007/s00365-023-09627-3
Audet, C. et al. (2020), "Performance indicators in multiobjective optimization", European Journal of Operational Research, Vol. 292, No. 2, P. 397–422. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejor.2020.11.016
Weir, A. J. (1973), Lebesgue Integration and Measure, Cambridge University Press, Cambridge, 281 p.
Tkachov, V. (2025). ISM (integrated survivability metric) – experimental package. GitHub. Available at: https://github.com/tikey/ism-integrated-survivability-metric (accessed: 16 October 2025).
Tkachov, V. and Ruban, I. (2025). ISM experimental results (S1–S4), v1.0. Zenodo. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.17390902
Lemeshko, O., Papan, J., Yeremenko, O., Yevdokymenko, M., Segec, P., (2021). "Research and Development of Delay-Sensitive Routing Tensor Model in IoT Core Networks", Sensors, Vol. 21, No. 11, 3934. DOI: https://doi.org/10.3390/s21113934
Papan, J., Segec, P., Yeremenko, O., Bridova, I., Hodon, M., (2020). "Enhanced Multicast Repair Fast Reroute Mechanism for Smart Sensors IoT and Network Infrastructure", Sensors, Vol. 20, No. 12, 3428. DOI: https://doi.org/10.3390/s20123428
Kuchuk, N., Zakovorotnyi, O., Pyrozhenko, S., Radchenko, V., Kashkevich, S., (2025). "A Method for Redistributing Virtual Machines of Heterogeneous Data Centres". Advanced Information Systems, Vol. 9, no. 1, P. 80–85. DOI: 10.20998/2522-9052.2025.1.09
Kuchuk, N., Zakovorotnyi, O., Radchenko, V., Andrusenko, Y., Lysytsia, D., (2025). "Load Balancing of a Multiprocessor Computer System Using the Method Particle Swarm Optimization", Advanced Information Systems. Vol. 9, no. 4, P. 82–88. DOI: 10.20998/2522-9052.2025.4.11
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
