Modeling and Information System in Economics

Modeling and Information System in Economics

Моделювання IoT-інфраструктури розумного будинку

Simulation of the IoT-infrastructure of the Smart house

DOI:

10.33111/mise.104.1

Анотація: В статті розглядаються питання інтеграції систем Інтер нет-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 ме тоди аналізу часто не враховують конкурентність та асинхронність, притаманні розподіленим ІоТ системам. Мережі Петрі виступають потужним формальним апаратом для моде лювання 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 мо делі типової системи моніторингу «розумний будинок», де компоненти (датчики руху, дверей, контролер живлення, сервер) відображені у відпо відних елементах мережі. Додавання до моделі параметрів, таких як за тримки 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 ана лізу надійності та безпеки ІоТ системи. Ця модель використовує власти вості мережі Петрі для кількісної оцінки рівня безпеки та надійності сис теми, враховуючи при цьому обмеження у доступних ресурсах (обчислювальних, комунікаційних, енергетичних). Задача зводиться до по шуку такої конфігурації системи (представленої моделлю мережі Петрі), яка забезпечує досягнення мінімально необхідного рівня безпеки, не вихо дячи 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 прово дити комплексний аналіз та оптимізацію на етапі проектування. Такий підхід є критично важливим для створення стійких, безпечних та ефек тивних систем Інтернет-речей в умовах обмежених ресурсів
Abstract: 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.
Ключові слова: Мережі Петрі, система Інтернет-речей, системи моніторингу, компʼютерна мережа.
Key words: Petri Nets, IoT-system, Monitoring systems, computer network.
УДК: 681.5
UDC: 681.5
To cite paper
In APA style
Ahutin, M. (2024). Simulation of the IoT-infrastructure of the Smart house. Modeling and Information System in Economics, 104, 5-14. http://doi.org/10.33111/mise.104.1
In MON style
Агутін М.М. Моделювання IoT-інфраструктури розумного будинку. Моделювання та інформаційні системи в економіці. 2024. № 104. С. 5-14. http://doi.org/10.33111/mise.104.1 (дата звернення: 04.10.2025).
With transliteration
Ahutin, M. (2024) Modeliuvannia IoT-infrastruktury rozumnoho budynku [Simulation of the IoT-infrastructure of the Smart house]. Modeling and Information System in Economics, no. 104. pp. 5-14. http://doi.org/10.33111/mise.104.1 [in Ukrainian] (accessed 04 Oct 2025).
# 104 / 2024 # 104 / 2024
Download Paper
78
Views
15
Downloads
0
Cited by

1. Verma, S., Gupta, A., Kumar, S., Srivastava, V. and Tripathi, B.K. Resource allocation for efficient IOT application in fog computing. International Journal of Mathematical, Engineering and Management Sciences, 5(6). — 2020. — p. 1312.

2. Ren, W., Yu, L., Ma, L., & Ren, Y. (2013). RISE: A Reliable and Secure scheme for wireless Machine to Machine communications. Tsinghua Science and Technology, 18(1), 100–117. https://doi.org/10.1109/tst.2013.6449413

3. Zhang C., Green R. Communication security in internet of thing: preventive measure and avoid DDoS attack over IoT network // Proceedings of the 18th symposium on communications & networking. — 2015. — С. 8–15.

4. Теслюк В.М.; Казарян А.Г.; Казимира І.Я. Опрацювання даних у системах «розумного» будинку з використанням моделей на підставі мереж Петрі. Scientific Bulletin of UNFU, 2021, 31.1: 131–136.