Викладено теоретичний і практичний матеріал з організації паралельних та розподілених обчислень в комп'ютерних системах. Розглянуто особливості сучасної обчислювальної системи, рівні паралелізму, організацію конвеєрів в архітектурі процесорів, позачергове виконання команд, статичні та динамічні потокові машини, режими багатозадачності й особливості їх реалізації. Розкрито питання синхронізації обчислень і організації пам'яті.

Запропоновано новий підхід до вирішення задачі диспетчеризації завдань в СRID-системах з невідчужуваними ресурсами, який пропонує здійснювати розподіл завдань між обчислювальними вузлами відповідно до закону балансу сил, що забезпечує розроблення простих та ефективних методів диспетчеризації. Представлено чотири методи, що розроблені на його основі, для вирішення даної задачі. Один для завдань, що легко розпаралелюються, інші три - для послідовних завдань. Розроблено клієнт-серверну архітектурну модель для створення програмного забезпечення для розподілених обчислень в комп’ютерних мережах, а також для створення СRID-систем з невідчужуваними ресурсами. Розроблено програмний комплекс, що дозволяє симулювати роботу СRID-системи з невідчужуваними ресурсами та досліджувати роботу різних алгоритмів в різних умовах, а також спостерігати за зміною поведінки системи при зміні кількості та об’єму виконуваних завдань, потужності та кількості вузлів, та інші. Проведено дослідження ефективності запропонованих методів, яке показало, що всі вони дають результат кращий, ніж FCFS. Таким чином, використання запропонованого підходу забезпечує створення ефективних програмних засобів.

Розглянуто та досліджено питання підвищення продуктивності застосування моделей та методів задач машинного навчання з використанням Apache Spark Azure HDInsight. Для підвищення обгрунтованості отриманих результатів використано один з найбільш відомих бенмарків для тестування бібліотек машинного навчання Spark-Perf. Наведені кроки щодо встановлення, розгортання та налаштування Apache Spark на платформі Azure. Для оцінки ефективності розподілених обчислень використано метрики продуктивності щодо середнього часу навчання та тестування та їх відношення. Проведений порівняльний аналіз результатів розв'язку задач з бібліотеки MLlib для кластерів з гомогенною та гетерогенною архітектурою, які свідчать про високу ефективність їх використання.

Розглянуто проблеми створення систем моніторингу процесу функціонування мережної інфраструктурі розподілених комп'ютерних систем. Для реструктуризації даних моніторингу потрібно гармонізація інформації, яка може бути приведена до єдиного представлення, або розширення структур даних шляхом додавання унікальних ознак, що дозволяють зіставляти дані з різних джерел. Так чи інакше, ця задача дуже трудомістка, особливо для віддалених один від одного сховищ, так як вимагає і технічної, і організаційної взаємодії від джерел. Крім того, після реструктуризації даних буде потрібна які сна модифікація засобів доступу до інформації з урахуванням нових структур даних. У зв'язку з цим пропонується модель системи збору і зберігання даних, що забезпечує роботу з множиною різнорідних джерел, шляхом їх інтегрування з метою отримання більш повного збору інформації, що зв'язана. Система заснована на мультиагентному підході і дозволяє не припиняти обробку запитів при виконанні модифікацій набору і структур, які використовуються в базах даних. Сформовано загальну структуру системи моніторингу, яка дозволяє оцінити не тільки стан окремих компонентів розподілених комп'ютерних систем, а і стан функціонування розподілених комп'ютерних систем в цілому. Представлено модель процесу функціонування мультиагентної системи моніторингу аномалій функціонування компонентів розподілених комп'ютерних систем на основі стандарту FIPA, що деталізує процес моніторингу аномалій в функціонуванні розподілених комп'ютерних систем і дозволяє інтегрувати систему моніторингу з іншими компонентами системи кібернетичного захисту. При проектуванні МАС використовувався стандарт FIPA, що регламентує її загальну архітектуру, способи взаємодії агентів, життєвий цикл агента. Модель системи моніторингу призначених для вирішення завдань збору та зберігання параметрів отриманих від датчиків, що характеризуються не тільки їх цільовими функціями, але і функціональними можливостями, що забезпечують реалізацію цільових функцій, ієрархією і ступенем паралелізму вирішення завдань, однорідністю або різнорідністю модульної структури, організацією збору інформації в режимі реального часу, обробки даних і мережного обміну інформацією з абонентами.

Розглянуто проблеми створення систем моніторингу процесу функціонування мережної інфраструктурі розподілених комп'ютерних систем. Для реструктуризації даних моніторингу потрібно гармонізація інформації, яка може бути приведена до єдиного представлення, або розширення структур даних шляхом додавання унікальних ознак, що дозволяють зіставляти дані з різних джерел. Так чи інакше, ця задача дуже трудомістка, особливо для віддалених один від одного сховищ, так як вимагає і технічної, і організаційної взаємодії від джерел. Крім того, після реструктуризації даних буде потрібна які сна модифікація засобів доступу до інформації з урахуванням нових структур даних. У зв'язку з цим пропонується модель системи збору і зберігання даних, що забезпечує роботу з множиною різнорідних джерел, шляхом їх інтегрування з метою отримання більш повного збору інформації, що зв'язана. Система заснована на мультиагентному підході і дозволяє не припиняти обробку запитів при виконанні модифікацій набору і структур, які використовуються в базах даних. Сформовано загальну структуру системи моніторингу, яка дозволяє оцінити не тільки стан окремих компонентів розподілених комп'ютерних систем, а і стан функціонування розподілених комп'ютерних систем в цілому. Представлено модель процесу функціонування мультиагентної системи моніторингу аномалій функціонування компонентів розподілених комп'ютерних систем на основі стандарту FIPA, що деталізує процес моніторингу аномалій в функціонуванні розподілених комп'ютерних систем і дозволяє інтегрувати систему моніторингу з іншими компонентами системи кібернетичного захисту. При проектуванні МАС використовувався стандарт FIPA, що регламентує її загальну архітектуру, способи взаємодії агентів, життєвий цикл агента. Модель системи моніторингу призначених для вирішення завдань збору та зберігання параметрів отриманих від датчиків, що характеризуються не тільки їх цільовими функціями, але і функціональними можливостями, що забезпечують реалізацію цільових функцій, ієрархією і ступенем паралелізму вирішення завдань, однорідністю або різнорідністю модульної структури, організацією збору інформації в режимі реального часу, обробки даних і мережного обміну інформацією з абонентами.

Розроблено метод структурної адаптації (МСА) процесів збирання даних на основі навчання з підкріпленням блоку прийняття рішень щодо вибору дій на структурному та підпорядкованому йому функціональному рівні, який забезпечує ефективніший розподіл вимірювальних та обчислювальних ресурсів, вищу надійність і живучість підсистем збирання інформації автономної розподіленої системи у порівнянні з методами параметричної адаптації (МПА). Зокрема за результатами експериментальних досліджень середня кількість зібраної інформації за один крок із використанням МСА на 23,2 % є більшою, ніж у випадку використання МПА. Разом із тим, кількість обчислювальних витрат на роботу МСА в середньому є більшою на 42,3 %, ніж на роботу МПА. Досліджено надійність роботи МСА за допомогою коефіцієнта збереження ефективності для різних значень інтенсивності потоку відмов процесів збирання даних. За допомогою коефіцієнта швидкості відновлення для різних значень відносних одночасних раптових відмов досліджено живучість множини процесів збирання даних, організованих за МСА. За надійністю роботи МСА переважає МПА в середньому на 21,1 %. Усереднений показник живучості для МСА більший ніж для СПА на 18,4 %.

Запропоновано спосіб функціонального узгодження методів організації адаптивних процесів збирання даних і методів просторової самоорганізації мобільних агентів (МА) паралельним виконанням відповідного процесу збирання даних і процесу управління переміщенням МА з використанням запропонованого протоколу їх взаємодії та алгоритму планування паралельного виконання, що надає можливість прискорити обчислення в блоці прийняття рішення МА в середньому на 40,6 %.

Фундаментальна проблема у розподілених обчислювальних системах полягає у тому, щоб прийняти одне й те ж рішення щодо якого-небудь питання. Протокол консенсусу описує узгодження даних, необхідних під час такого процесу. Мета роботи - розробка алгоритму консенсусу, заснованого на протоколі Nxt, який можна реалізувати у системах блокчейн із PoS (Proof-of-Stake). Консенсуси типу PoS, засновані на балансах вузлів, і на відміну від методів PoW (Proof-of-Work), є більш екологічно чистими та енергоефективними. У наш час такі типи консенсусів стають все більш популярними. Проте вони залишаються менш ретельно вивченими, ніж PoW. Більше того, існують деякі атаки та загрози, які не можуть бути повністю вирішені за допомогою консенсусу PoS, і зокрема, Nxt консенсусом. Запропоновано модифікацію протоколу Nxt, який вирішує деякі проблеми з PoS відповідно до сучасних вимог. Для вибору найкращих параметрів консенсусу Nxt, які зменшують дисперсію часу блоків, використано асиметричний метод. Це підвищило продуктивність і надійність усієї блокчейн системи, усуваючи загрозу збоїв у роботі внаслідок переповнення пулу транзакцій. Для дослідження протоколу Nxt консенсусу розроблено математичну імітаційну модель із використанням програмного забезпечення Anylogic 8.4. Реалізація економічних важелів (токеноміка), яку називаємо підходом Proof-of-Greed (PoG), надає можливість попередити деякі види атак, наприклад, атаку вузлів із великим балансом і встановленню справедливої, ринково обгрунтованої плати за транзакцію. Застосування економічних механізмів захисту розподілених систем надає можливість запобігти ряду атак, стійких до криптографічних методів. Але при цьому токеноміка системи повинна строго узгоджуватися з протоколами функціонування всіх об'єктів системи, об'єднуючи їх в єдину інтегровану екосистему. Досліджено термін рентабельності вузлів, що створюють блоки у протоколі PoG. Параметри такого підходу для стійкого функціонування мережі отримано за результатами математичного моделювання з програмним забезпеченням Anylogic 8.4. Метод PoG може бути реалізовано не тільки у Nxt консенсусі, а й у деяких інших блокчейн системах, що засновані на консенсусах типу PoS.

Вирішено актуальну науково-прикладну проблему розробки моделей, методів та інформаційної технології управління розподіленим обчислювальним процесом в гетерогенних комп'ютерних системах. Розроблено теоретико-множинну модель розподіленого обчислювального середовища під час виконання завдання в розподілених гетерогенних комп'ютерних системах, математичну модель розподіленого обчислювального процесу. Розроблено комплекс методів оцінювання та вибору схем призначення програмних компонентів завдання за обчислювальними ресурсами, методи забезпечення функціональної стійкості розподілених програмних завдань. Удосконалено метод оцінки часу виконання програмних завдань і метод розподілу пулу завдань за обчислювальними ресурсами. Набули подальшого розвитку методологія управління розподіленим обчислювальним процесом у гетерогенних комп'ютерних системах, модель подання завдань і ресурсів і методи розподілу програмних завдань за обчислювальними ресурсами. Розроблено інформаційну технологію управління розподіленим обчислювальним процесом у гетерогенних комп'ютерних системах, програмні засоби системи управління. Одержані практичні результати підтверджені актами впровадження і доводять коректність теоретичних положень дисертаційної роботи, високу ефективність розроблених моделей, методів та інформаційної технології.

Розглянуто підхід до підвищення продуктивності розподілених інформаційних систем на підставі спільного використання технологій кластера Hadoop і компонента PolyBase SQL Server. Показано, що актуальність вирішуваної проблеми пов'язана з необхідністю обробки великих даних, що мають різний спосіб подання відповідно до рішення різнопланових задач бізнес-проектів. Проаналізовано методи та технології створення гібридних сховищ даних на базі різних даних типу SQL та NoSQL. Показано, що в даний час найбільш поширеною є технологія обробки великих даних із використанням середовища розподілених обчислень Hadoop. Проаналізовано існуючі технології організації та доступу до даних у кластері Hadoop із SQL-подібних СУБД за допомогою конекторів. Наведено порівняльні кількісні оцінки використання конекторів Hive та Sqoop під час експорту даних у сховище Hadoop. Проведено аналіз та особливості обробки великих даних в архітектурі розподілених кластерних обчислень на базі Hadoop. Наведено та описано особливості технології PolyBase як компонента SQL Server для організації моста між SQL Server і Hadoop даних типу SQL і NoSQL. Наведено склад модельної обчислювальної установки на базі віртуальної машини для спільного налаштування PolyBase та Hadoop для рішення тестових завдань. Розроблено методичне забезпечення установки та конфігурування програмного забезпечення Hadoop і PolyBase SQL Server з урахуванням обмежень на обчислювальні потужності. Розглянуто запити для використання PolyBase та сховища даних Hadoop у процесі обробки великих даних. Для оцінки продуктивності системи запропоновано абсолютні та відносні метрики. Для тестових даних великих об'ємів наведено результати експериментів і проведено їх аналіз, що ілюструє підвищення продуктивності інформаційної системи - часу виконання запитів і величини тимчасових таблиць, що створюються у цьому випадку. Проведено порівняльний аналіз досліджуваної технології з існуючими конекторами з кластером Hadoop, який показав перевагу PolyBase над конекторами Sqoop та Hive.

Досліджено питання оптимальної обробки задач у вузлах розподіленої інформаційної системи на базі математичної моделі, що належить до класу задач бікластеризації, для якої сформульовано оптимізаційну задачу з дробово-лінійною цільовою функцією. Виконано процедуру лінеаризації цільової функції та наведено загальну схему ітераційного процесу побудови розв'язку оптимізаційної задачі. На кожному кроці ітерації результат можна отримати з використанням як точного методу гілок і меж, так і генетичного алгоритму. Наведено варіанти відповідних методів, у яких для стратегій галуження та обчислення верхньої межі у методі гілок і меж враховано структуру моделі. Для генетичного алгоритму запропоновано використання параметрів самонавчання алгоритму, що забезпечує корекцію популяцій у напрямку найкращої пристосованості.

Висвітлено актуальну науково-технічну проблему підвищення надійності передачі даних в безпровідних сенсорних мережах шляхом розвитку методів і засобів завадостійкого кодування даних на основі модулярної арифметики. Розроблено методи підвищення надійності передачі даних в безпровідних сенсорних мережах на основі модулярної арифметики та системи залишкових класів. Розроблено метод виправлення помилок на основі модулярних коригуючих кодів з одним перевірочним символом, який базується на послідовному розв'язку діофантових рівнянь з двома невідомими, що дозволило здійснити виправлення помилок у двох символах. Розроблено метод формування перевірочних символів у коригуючих кодах системи залишкових класів, в якому перетворення повідомлення в систему залишкових класів відбувається за рахунок поділу повідомлення на частини та вибору необхідної величини модулів. Удосконалено коригуючі коди системи залишкових класів шляхом вибору спеціальної системи модулів, яка забезпечує зменшення апаратної складності та підвищує швидкодію реалізації кодерів/декодерів на програмованих логічних інтегральних схемах. Отримав подальший розвиток метод виправлення пакетів помилок, який базується на двовимірній схемі та модулярних коригуючих кодах.

Розподілені системи і мережі комп'ютерів припускають наявність безлічі вузлів які взаємодіють між собою через мережу комутації пакетів. У кожному вузлі генеруються пакети даних, що складаються з певної кількості байт корисної інформації і байт службової інформації, таких як: адреси вузлів, тип даних, контрольна сума, тощо. Так як мережа комутації пакетів складається з безлічі комутаційного обладнання, то при кожному сеансі передачі даних між вузлами вибирається шлях, який включає в себе певну кількість цього обладнання. Розглянута розподілена інформаційно-обчислювальна система, керована усіма вузлами з єдиного центру управління. Розроблено метод оптимального управління такою системою за критерієм мінімального часу доставки даних. З огляду на те, що час доставки пакетів залежить від кількості комутаційного обладнання, яке вони проходять, проаналізовані різні види перешкод мережі, внутрішніх і зовнішніх шумів в каналах спостереження і всередині об'єкта управління. Показано, що при наявності випадкових затримок доставки даних і шумів в спостереженнях наскрізне управління системою слід розглядати як асимптотичне наближення. Запропоновано розв'язувати цю задачу шляхом лінеаризованого рекурентного управління, що мінімізує функціонал затримки доставки пакетів в системі з виникающими стохастичностями. Даний підхід відкриває хороші перспективи для мінімізації затримок доставки даних в сучасних розподілених системах з віддаленими рознесеними елементами. А з урахуванням єдиного центру управління дає можливість створення інтелектуальної підсистеми аналізу вимог в системі передачі пакетів даних для усунення простоїв в середовищі доставки даних.

Викладено фундаментальні основи теорії структуризації поліфункціональних (ПФД) і проблемно-орієнтованих даних (ПОД) у комп'ютеризованих системах. Вперше зроблено спробу узагальнення теорії, методології, моделей та алгоритмів формування, перетворення, опрацювання, передавання та використання структуризованих даних, проблемно-орієнтованих до різних галузей знань. Сформовано базові принципи формалізованого опису широкого класу ПФД. Особливу увагу приділено теорії та технології організації руху структуризованих інформаційних потоків у розподілених неінтерактивних та інтерактивних комп'ютерних системах реального часу на основі різних теоретико-числових базисах (ТЧБ). Викладено теорію формування структуризованих даних на основі математичних засад інформатики, кібернетики та системотехніки. Розглянуто теоретичні підходи та методи структуризації даних на основі методів семантичного, організаційного, лінгвістичного, евристичного, математичного, алгоритмічного, кодового та схемотехнічного перетворень. Охоплено теоретичні засади структуризації даних на основі побудови інформаційних моделей руху даних і джерел інформації: статистичних, кореляційних, спектральних, кластерних, ентропійних і логіко-статистичних. Наведено критерії оцінки структуризованих ПФД і методологію розрахунку структури інформаційних повідомлень і представлень ПФД.

Досліджено децентралізоване управління ресурсами розподіленої комп'ютерної системи (РКС). РКС із децентралізованим управлінням ресурсами є дуже масштабованими, тим не менше, реалізація управління ресурсами у них є дуже складною. Удосконалено метод управління ресурсами РКС, який, на відміну від існуючих, базується на мережецентричному підході, що дозволило підвищити ефективність управління обчислювальними ресурсами з огляду на час відповіді системи та час очікування задачі у черзі. Для вибору ресурсів розроблено комплексну аналітичну модель для визначення показників функціонування РКС при виконанні задачі. Розроблено також метод визначення необхідної кількості ресурсів резерву для задачі при асинхронному режимі виконання, який базується на використанні апарату нейронних мереж. З використанням запропонованих моделей і методів розроблено інформаційну технологію управління РКС, яка реалізує управління ресурсами РКС на основі мережецентричного підходу. Створено програмний комплекс, який дозволяє моделювати роботу РКС із різними механізмами управління ресурсами. Експериментальними дослідженнями підтверджено ефективність запропонованих моделей і методів.

Приведены причины появления больших данных, методы их обработки, а также практический пример применения методов обработки больших данных с использованием распределенной вычислительной системы.

Мета роботи - верифікація кібернетичних оціночних показників, зокрема вирішення завдання визначення обмеженого класу операцій із розподіленими параметрами, об'єкти якого мають наперед визначену рейтингову ефективність. В межах дослідження визначено правила формування операційних об'єктів, які можна використовувати для тестування оціночних показників на предмет можливості їх використання як формулу ефективності.

Наведено особливості структури, архітектури та застосування сенсорних мереж, відмінності бездротових та сенсорних мереж, проведено аналіз існуючих алгоритмів стиснення та показана їх неефективність, запропоновано використання методів стиснення для передачі.

Рассмотрены вопросы оценивания функциональной целостности в групповом управлении децентрализованных самоорганизующихся систем типа "рой". Рассмотрены свойства самоорганизующихся систем, особенности их функционирования. Предложены показатели для оценивания функциональной целостности децентрализованных самоорганизующихся систем.

Визначено основні види хмарних технологій, наводяться переваги та недоліки кожного виду. У якості основи дослідження прийнято архітектуру гібридної хмари. Зазначено, що проблема поділу даних в параметрі гібридної хмари полягає у мінімізації вартості виконання запиту навантаження і обмежена двома окремими обмеженнями. Здійснюється опис обмежень, та пропонується розподіл метрик продуктивності - вартість обробки запиту (тобто продуктивність), витрати та ризики.