Моделювання IoT-інфраструктури розумного будинку
No Thumbnail Available
Date
2024
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Київський національний економічний університет імені Вадима Гетьмана
Abstract
В статті розглядаються питання інтеграції систем Інтернет-речей (ІоТ) у побутовому та промисловому секторах, зокрема в «розумних будинках», що вимагає надійних методів для аналізу їхньої поведінки, стійкості до відмов та здатності протистояти загрозам. Традиційні методи аналізу часто не враховують конкретність та асинхронність, притаманні розподіленим ІоТ системам. Мережі Петрі виступають потужним формальним апаратом для моделювання таких систем. Вони дозволяють наочно та строго описувати стани компонентів (позиції), події та дії (переходи), а також взаємодію між ними через рух токенів. Цей підхід був застосований для створення моделі типової системи моніторингу «розумний будинок», де компоненти (датчики руху, дверей, контролер живлення, сервер) відображені у відповідних елементах мережі. Додавання до моделі параметрів, таких як затримки спрацьовування переходів, ємність позицій та пріоритети подій, робить її більш реалістичною для подальшого аналізу. На базі цієї моделі мережі Петрі сформульовано узагальнену математичну модель для аналізу надійності та безпеки ІоТ системи. Ця модель використовує властивості мережі Петрі для кількісної оцінки рівня безпеки та надійності системи, враховуючи при цьому обмеження у доступних ресурсах (обчислювальних, комунікаційних, енергетичних). Задача зводиться до пошуку такої конфігурації системи (представленої моделлю мережі Петрі), яка забезпечує досягнення мінімально необхідного рівня безпеки, не виходячи за межі встановлених ресурсних обмежень. Моделювання систем ІоТ за допомогою мереж Петрі надає формальну основу для розуміння їхньої складної поведінки. Розширення цих моделей для включення параметрів та метрик надійності, безпеки та ресурсних витрат дозволяє проводити комплексний аналіз та оптимізацію на етапі проектування. Такий підхід є критично важливим для створення стійких, безпечних та ефективних систем Інтернет-речей в умовах обмежених ресурсів.
The paper addresses the integration of Internet of Things (IoT) sys tems into domestic and industrial environments, particularly smart homes, high lighting the need for reliable methods to analyze system behavior, fault tolerance, 5 and resilience to threats. Traditional analytical approaches often fail to account for concurrency and asynchrony inherent in distributed IoT systems. Petri nets offer a formal and expressive modeling tool suitable for such complex systems. They provide a structured way to represent component states (places), events and actions (transitions), and their interactions through token flow. This method ology was applied to model a typical smart home monitoring system, where mo tion sensors, door contacts, power controllers, and monitoring servers are repre sented as elements of a Petri net. The inclusion of parameters such as transition delays, place capacities, and event priorities adds realism to the model. Based on this structure, a generalized mathematical model has been developed to an alyze the reliability and security of IoT systems. It enables quantitative evaluation of safety under resource constraints—computational, communication, and en ergy-related—by searching for configurations that ensure minimum acceptable security levels without exceeding resource limits. Petri net-based modeling offers a formal foundation for understanding IoT sys tem behavior. Extending these models with reliability, security, and resource us age metrics allows for comprehensive analysis and optimization at the design stage, which is critical for building robust and efficient IoT solutions in resource constrained environments.
Description
Keywords
Мережі Петрі, система Інтернет-речей, системи моніторингу, компʼютерна мережа, Petri Nets, IoT-system, Monitoring systems, computer network
Citation
Агутін М. М. Моделювання IoT-інфраструктури розумного будинку / Агутін М. М. // Моделювання та інформаційні системи в економіці : зб. наук. пр. / М-во освіти і науки України, Київ. нац. екон. ун-т ім. Вадима Гетьмана ; голов. ред. О. Є. Камінський. – Київ : КНЕУ, 2024. – Вип. 104. – С. 5–14.