Performance evaluation of the cloud computing application for IoT-based public transport systems

The object of research is cloud computing as an element of the server infrastructure for intelligent public transport systems. Given the increasing complexity and requirements for modern transportation, the application of the Internet of Things concept has a high potential to improve efficiency and passenger comfort. Since the load generated in IoT systems is dynamic and difficult to predict, the use of traditional infrastructure with dedicated servers is suboptimal. This study considers the use of cloud computing as the main server infrastructure for the above systems. The paper investigates the main cloud platforms that can be used to develop such systems and evaluates their advantages and disadvantages. The authors developed the overall architecture of the system and evaluated the performance and scalability of individual components of the server infrastructure. To test the system, a software emulator was developed that simulates the controller module installed in vehicles. Using the developed emulator, stress tests were conducted to analyze and confirm the ability to scale and process input data by the proposed architecture. The test scenarios were developed and conducted on the basis of the existing public transportation system in Kyiv, Ukraine. The experimental results showed that the proposed IoT architecture is able to scale efficiently according to the load generated by the connected devices. It has been found that when the number of incoming messages increases from 40 to 6000, the average message processing time remains unchanged, and the error rate does not increase, which is an indicator of stable system operation. The obtained results can be used in the development of modern public transport systems, as well as for the modernization of existing one

Вдосконалення методики балансування навантаження в розподілених системах інтернету речей

The object of this research is the process of load balancing in distributed Internet of Things (IoT) systems. Within this work, a complex of problems related to efficient load distribution has been addressed. The authors conducted an analysis of existing load-balancing approaches and their drawbacks and proposed an enhanced architecture for the MQTT broker. Additionally, methods and algorithms for load balancing were developed based on multi-criteria server monitoring. Furthermore, the authors created a mathematical model to assess the uniformity of load distribution in the system and introduced a corresponding metric – the load distribution coefficient. In order to evaluate the proposed load balancing methods, a series of experiments were conducted, including the simulation of a distributed IoT system with non-deterministic load. The main goal of these experiments was to assess the uniformity of MQTT load distribution by the broker. The results of the experiments confirmed the hypothesis of improved load distribution efficiency through multi-criteria monitoring-based balancing. The utilization of the proposed load-balancing methods allowed for a more efficient utilization of computational resources. It was found that when using the proposed methods, in the case of non-deterministic load in the IoT system, the load distribution coefficient on average exceeded the corresponding indicator of existing methods by 70 %. In addition, the value of this coefficient for the proposed methods remains virtually unchanged throughout the experiment, which is evidence of the stable operation of the system as a whole. The results obtained can be useful in the development of modern IoT systems.Об'єктом даного дослідження є процес балансування навантаження в  розподілених системах Інтернету речей на основі MQTT протоколу. В рамках даної роботи було розв'язано комплекс науково-технічних задач, пов'язаних з ефективним розподілом навантаження в системах Інтернету речей. Запропоновано покращену методику балансування навантаження, яка включає в себе методи та алгоритми балансування на основі багатопараметричного моніторингу стану завантаженості обчислювальних ресурсів. На основі запропонованих методів та алгоритмів розроблено вдосконалену архітектуру MQTT брокера. Для оцінки рівномірності розподілу навантаження в системі Інтернету речей розроблено математичну модель, та введено відповідну характеристику – коефіцієнт рівномірності розподілу навантаження. З метою оцінки запропонованих методів, був проведений ряд експериментів, включаючи симуляцію розподіленої системи Інтернету речей з недетермінованим навантаженням. Головною метою цих експериментів була оцінка ефективності запропонованих методів, а також їх порівняння з вже існуючими. Отримані результати експериментів підтвердили гіпотезу про підвищену ефективність розподілу навантаження за допомогою балансування на основі багатопараметричного моніторингу. Встановлено, що при застосуванні запропонованої методики, у разі недетермінованого навантаження в системі Інтернету речей, коефіцієнт розподілу навантаження в середньому перевищує аналогічний показник для існуючих методів на 70 %. Рівномірність розподілу навантаження залишалася практично незмінною протягом усього періоду експерименту, що є підтвердженням стабільної роботи системи в цілому. Отримані результати можуть бути корисні при розробці сучасних систем Інтернету рече