Дослідження методів забезпечення відмовостійкості та надійності інфраструктури Інтернету речей

Abstract

Об’єктом дослідження є процес забезпечення відмовостійкості та надійності інфраструктури Інтернету речей. Предметом дослідження є методи, моделі та архітектурні рішення, спрямовані на підвищення відмовостійкості та надійності інфраструктури Інтернету речей. Мета кваліфікаційної магістерської роботи полягає у дослідженні методів забезпечення відмовостійкості та надійності інфраструктури Інтернету речей, а також у розробленні багаторівневої системи, здатної підтримувати стабільне функціонування IoT-мережі в умовах часткових збоїв. Завданнями кваліфікаційної магістерської роботи є: - провести аналіз сучасного стану розвитку інфраструктури Інтернету речей та визначити основні фактори, що впливають на її надійність; - дослідити існуючі методи та моделі забезпечення відмовостійкості в IoT-системах; - розробити архітектуру багаторівневої системи забезпечення відмовостійкості та надійності; - реалізувати експериментальну модель та перевірити ефективність запропонованих методів; - оцінити отримані результати та сформулювати рекомендації щодо підвищення стійкості системи. Актуальність дослідження зумовлена швидким розвитком технологій Інтернету речей, який передбачає інтеграцію мільярдів пристроїв у глобальну мережу. Зростання складності IoT-інфраструктури супроводжується підвищеними вимогами до її стабільності, безпеки та надійності. Тому розроблення ефективних методів забезпечення відмовостійкості є стратегічно важливим завданням для сталого функціонування критичних систем – промислових, енергетичних, транспортних і побутових. За результатами дослідження сформовано теоретичні основи забезпечення відмовостійкості інфраструктури IoT, побудовано математичну модель процесу багаторівневої стійкості, розроблено архітектуру системи підвищення надійності та проведено експериментальну оцінку ефективності запропонованих методів. Практична новизна роботи полягає у створенні багаторівневої системи забезпечення відмовостійкості для інфраструктури Інтернету речей, яка поєднує механізми агентного моніторингу, автоматичного виявлення несправностей та локалізованого відновлення вузлів. Розроблена модель дозволяє підвищити доступність IoT-системи, скоротити час простою та підвищити загальну стабільність мережі. Отримані результати можуть бути використані: - під час розроблення надійних архітектур систем Інтернету речей; - у промислових, енергетичних, транспортних і побутових комплексах, що вимагають безперервності роботи; - при створенні платформ моніторингу, діагностики та самовідновлення IoT-мереж у реальному часі. The object of the research is the process of ensuring fault tolerance and reliability of the Internet of Things infrastructure. The subject of the research is the methods, models, and architectural solutions aimed at improving the fault tolerance and reliability of IoT infrastructures. The purpose of the thesis is to study methods for ensuring the fault tolerance and reliability of IoT infrastructure, as well as to develop a multilayer system capable of maintaining stable IoT network operation under partial failure conditions. The main tasks of the thesis are: - to analyze the current state of IoT infrastructure development and identify the main factors affecting its reliability; - to study existing methods and models for ensuring fault tolerance in IoT systems; - to develop the architecture of a multilayer system for ensuring fault tolerance and reliability; - to implement an experimental model and test the effectiveness of the proposed methods; - to evaluate the obtained results and formulate recommendations for improving system resilience. The relevance of the research is determined by the rapid development of the Internet of Things technologies, which involve integrating billions of devices into a global network. The growing complexity of IoT infrastructures requires increased stability, security, and reliability. Therefore, developing effective methods to ensure fault tolerance is a strategically important task for the sustainable operation of critical systems — industrial, energy, transport, and domestic. According to the research results, theoretical foundations for ensuring IoT infrastructure fault tolerance have been formed, a mathematical model of the multilayer stability process has been developed, and an architecture of a reliability enhancement system has been designed and experimentally evaluated. The practical novelty of the thesis lies in the development of a multilayer fault-tolerance system for IoT infrastructure that integrates agent-based monitoring, automatic fault detection, and localized node recovery mechanisms. The proposed model improves system availability, reduces downtime, and enhances overall network stability. The obtained results can be used: - in the development of reliable architectures for IoT systems; - in industrial, energy, transport, and household complexes requiring continuous operation; - in the creation of platforms for monitoring, diagnostics, and self-recovery of IoT networks in real time.