МЕТОД КОНТЕКСТНО-ЗАЛЕЖНОГО ОЦІНЮВАННЯ НАДІЙНОСТІ В IoT-СИСТЕМАХ
DOI:
https://doi.org/10.17721/AIT.2025.2.01Ключові слова:
інтернет речей, надійність вузлів, контекстна модель, імітаційне моделювання, розподілені системи, оцінювання надійності.Анотація
Стаття представлена у форматі OnlineFirst, що передбачає дострокове розміщення матеріалів на сайті журналу перед їх остаточним друком в паперовому вигляді.
Стаття пройшла процедуру рецензування та прийнята до друку.
Стаття доступна для пошуку та цитування за її DOI, яке надалі залишається незмінним. Після того, як випуск буде надруковано в типографії, нове цитування можна робити, використовуючи інформацію про номер тому і номер сторінки, використовуючи те саме посилання DOI.
Вступ. У роботі досліджено проблему оцінювання надійності вузлів у розподілених системах Інтернету речей, що функціонують у динамічному середовищі з непередбачуваними умовами. Застосування класичних статистичних і структурних методів оцінювання надійності без урахування контекстних факторів призводить до зниження точності прогнозування відмов та ускладнює процес керування такими системами. Метою роботи є розроблення методу оцінювання надійності вузлів у розподілених IoT-системах з урахуванням контексту середовища для підвищення достовірності оцінювання стану вузлів та системи в цілому.
Методи. Використано методи математичного моделювання, аналізу складних систем, імітаційного комп’ютерного моделювання, чисельної обробки даних, а також методи графового представлення мережевих структур.
Результати. Для досягнення поставленої мети розв'язано завдання формалізації надійності вузлів у вигляді контекстно-залежної моделі, що враховує фізичні, енергетичні та мережеві параметри середовища; розроблення механізму нормалізації контекстних параметрів та побудови функцій чутливості для різних типів впливів; формування інтегрального показника надійності шляхом зваженого агрегування часткових оцінок; реалізації алгоритму оцінювання у середовищі Python з використанням бібліотек NumPy, pandas та networkx; проведення серії імітаційних експериментів для аналізу динаміки надійності та масштабованості алгоритму. Отримані результати підтверджують підвищення точності оцінювання надійності порівняно з методами середнього часу напрацювання на відмову та марковськими моделями без урахування контексту.
Висновки. Запропонований метод дозволяє підвищити достовірність оцінювання стану вузлів у розподілених IoT-системах та забезпечує адаптацію до змін середовища в режимі, близькому до реального часу. Метод може бути використаний у підсистемах моніторингу, діагностики та керування ресурсами IoT-мереж.
Завантажити
Посилання
Al-Fuqaha, A., Guizani, M., Mohammadi, M., Aledhari, M., & Ayyash, M. (2015). Internet of Things: A survey on enabling technologies, protocols, and applications. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 17(4), 2347-2376. https://doi.org/10.1109/COMST.2015.2444095
Atzori, L., Iera, A., & Morabito, G. (2016). Understanding the Internet of Things: Definition, potentials, and societal role of a fast evolving paradigm. Ad Hoc Networks, 56, 122-140. https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2016.12.004
Chen, M., Wan, J., & Li, F. (2012). Machine-to-machine communications: Architectures, standards, and applications. KSII Transactions on Internet and Information Systems, 6(2), 447–474. https://doi.org/10.3837/tiis.2012.02.002
Dâmaso, A., Rosa, N., & Maciel, P. (2014). Reliability of wireless sensor networks. Sensors, 14(9), 15760–15785. https://doi.org/10.3390/s140915760
Djedjig, N., Tandjaoui, D., Romdhani, I., & Medjek, F. (2020). Trust-aware and cooperative routing protocol for IoT security. Journal of Information Security and Applications, 52, 102467. https://doi.org/10.1016/j.jisa.2020.102467
Feng, Q., Guo, X., Sun, B., Dui, H., Ren, Y., Hai, X., Yang, D., & Wang, Z. (2023). Reliability modeling of dynamic spatiotemporal IoT considering autonomy and cooperativity based on multiagent. IEEE Internet of Things Journal, 11(3), 4712–4721. https://doi.org/10.1109/JIOT.2023.3299975
García-Martín, J. P., & Torralba, A. (2023). Energy consumption analytical modeling of NB-IoT devices for diverse IoT applications. Computer Networks, 232, 109855. https://doi.org/10.1016/j.comnet.2023.109855
Park, J.-H. (2016). All-terminal reliability analysis of wireless networks of redundant radio modules. IEEE Internet of Things Journal, 3(2), 219–230. https://doi.org/10.1109/JIOT.2015.2496259
Perera, C., Liu, C. H., Jayawardena, S., & Chen, M. (2015). A survey on Internet of Things from industrial market perspective. IEEE Access, 2, 1660-1679. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2015.2389854
Saeed, U., Lee, Y.-D., Jan, S. U., & Koo, I. (2021). CAFD: Context-aware fault diagnostic scheme towards sensor faults utilizing machine learning. Sensors, 21(2), 617. https://doi.org/10.3390/s21020617
Sethi, P., & Sarangi, S. R. (2017). Internet of Things: Architectures, protocols, and applications. Journal of Electrical and Computer Engineering, 9324035. https://doi.org/10.1155/2017/9324035
Xing, L. (2020). Reliability in Internet of Things: Current status and future perspectives. IEEE Internet of Things Journal, 7(8), 6704–6721. https://doi.org/10.1109/JIOT.2020.2993216
Xing, L., Tannous, M., Vokkarane, V. M., Wang, H., & Guo, J. (2017). Reliability modeling of mesh storage area networks for Internet of Things. IEEE Internet of Things Journal, 4(6), 2047–2057. https://doi.org/10.1109/JIOT.2017.2749375
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Олена СІПКО, канд. техн. наук, Ольга КРАВЧЕНКО, канд. техн. наук, доц. (Автор)
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
