Розроблення моделей та алгоритмів інформаційної взаємодії в мережах Інтернету речей
Автор: Кутельмах Максим Тарасович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне проектування
Інститут: Інститут комп'ютерних наук та інформаційних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Кутельмах М.Т., Белей О.І. Розроблення моделей та алгоритмів інформаційної взаємодії в мережах Інтернету речей. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2024 р. Розширена анотація За останні роки Інтернет речей (IoT) розширив свої сфери та сфери застосування, ставши ключовим компонентом у промислових процесах і навіть у діяльності, яку ми виконуємо щодня. Зростання IoT спричинило дедалі жорсткіші вимоги, головним чином до систем, які аналізують інформацію в реальному часі. Подібним чином системні архітектури IoT розвинулися для реалізації нових стратегій і шаблонів для задоволення системних вимог. Традиційно система IoT складалася з двох рівнів: рівня пристроїв і хмарного рівня для обробки та зберігання інформації. Сьогодні більшість систем Інтернету речей використовують граничні обчислення та туманні обчислення, щоб наблизити обчислення та зберігання до рівня пристроїв, зменшуючи споживання пропускної здатності та затримку. Хоча використання цих багаторівневих архітектур може підвищити продуктивність, розробити їх складно, оскільки динамічне та мінливе середовище IoT може вплинути на якість обслуговування (QoS) і роботу системи. Системи IoT часто піддаються впливу мінливих середовищ, які викликають несподівані події під час виконання, такі як нестабільність потужності сигналу, зростання затримки та збої програмного забезпечення. Щоб впоратися з цими подіями, системні адаптації повинні автоматично виконуватися під час виконання, тобто системи IoT повинні мати можливість самоадаптації. У цьому сенсі потрібна краща підтримка на етапах проектування, розгортання та самоадаптації багаторівневих систем IoT. Однак інструменти та рішення, знайдені в літературі, не розглядають складність багаторівневих систем IoT, а мови для визначення правил адаптації, які керують системою під час виконання, обмежені. Тому ми пропонуємо підхід, заснований на моделюванні, який усуває обмеження існуючих досліджень для підтримки проектування, розгортання та управління самоадаптивними системами IoT. Об’єкт дослідження – системи інтернету речей, інструмент візуального програмування Node-RED, хмарний сервіс AWS IoT Core, а також методи імітаційного моделювання та тестування для оцінки якості систем керування енергоспоживанням. Метою магістерської роботи є оцінка можливості інтеграції Node-RED та AWS IoT Core, застосування цих технологій у сфері інтернету речей. Розробити імітаційну модель з використанням цих технологій та перевірити її спроможність у випробуванні кількох підходів до забезпечення ефективності енергоспоживання у сфері домашньої автоматизації У розділі 1 надається загальна характеристика проблеми тестування систем інтернету речей. Аналізуються особливості таких систем, типові вимоги до них. Розглядаються можливі підходи до їхнього тестування. Надається обґрунтування використання імітаційного моделювання. Аналізується роль парадигми потокового програмування та натхненного інструменту розробки Node-RED, а також хмарних технологій на прикладі AWS Cloud та сервісу AWS IoT Core у сфері інтернету речей, потенційні можливості та причини їх використання для імітаційного моделювання. У розділі 2 дається більш детальна характеристика використання домашньої автоматизації для керування енергоспоживанням - прикладної області в рамках сфери Інтернету речей. Розглядається середовище їхньої роботи, основні компоненти. Описуються типові вимоги та показники якості для таких систем. Аналізуються існуючі підходи. У розділі 3 описується процес розробки системи тестування та моделювання систем інтернету речей з використанням Node-RED та AWS IoT Core, включаючи математичну модель процесів, що відбуваються, та способи її реалізації. Також описується приклад використання розробленої системи для проведення експериментів, що дозволяють порівняти кілька підходів, на основі яких робляться рекомендації щодо їх використання. Проводиться аналіз використання Node-RED та AWS IoT Core.В результаті розроблено програму для імітаційного моделювання систем інтернету речей з використанням Node-RED та AWS IoT Core. На основі проведених експериментів сформульовано рекомендації щодо застосування кількох підходів до забезпечення енергоефективності. У магістерській роботі використано такі методи дослідження: аналіз джерел у сфері тестування систем інтернету речей, а також пов’язаних із використанням домашньої автоматизації для забезпечення ефективності енергоспоживання, прототипування, імітаційне моделювання, аналіз даних. Ключові слова – інтернет речей, домашня автоматизація, система управління енергоспоживанням, візуальне програмування, хмарні технології, імітаційне моделювання. Список використаних джерел. 1. Belej O., Lohutova T., Halkiv L. (2021) Development of Evaluation Templates for the Protection System of Wireless Sensor Network. In: Ageyev D., Radivilova T., Kryvinska N. (eds) Data-Centric Business and Applications. Lecture Notes on Data Engineering and Communications Technologies, vol 69. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-71892-3_10 2. O. Belej, N. Spas and I. Artyshchuk, "Development of an Algorithm for Detecting Cyberattacks in Distributed Information Systems," 2021 IEEE 16th International Conference on Computer Sciences and Information Technologies (CSIT), 2021, pp. 325-328, doi: 10.1109/CSIT52700.2021.9648805. - https://ieeexplore.ieee.org/document/9648805