Two-level method for multi-criteria optimization of resource allocationpoliciesfor improving survivability of information systems on mobile platform

Abstract

Thestudyis devoted to increasing the survivability of information systems operatingon mobile platforms under limited computational resources and destructiveimpacts. Ourgoal is to develop a two-level method for multi-criteria optimization of policies for resource allocation among critical and non-critical services. A mathematical model of information systems based on a mobile platform is offered with consideration of statedynamics, global resource constraintsand limitations related to ensuring the system survivability as well as vector criteria that characterize the survivability, efficiencyof resource usage and quality of service. In order to decompose the problem, weused the Lagrange function, which allows to distinguish an upper level of policy selection and a lower level of configuring their parameters according to subgradient rules. Method specifics have been studied using asimulation model for several representative scenarios of resource degradation. It is shown that the proposed managementregimeensures higher values of an integral survivability indicatorin critical services in comparison to the balanced static policy and the strictpriority policy whileincreasing a shareof cycles withmaintaining target thresholds at approximately 10-15%. At the same time, the average values of the efficientresource utilization remain close to all the considered regimes, and the quality of service metric degrades uniformly without showing prolonged failures even in strictscenarios.Робота присвячена підвищенню живучості інформаційних систем на мобільній платформі за умов обмежених обчислювальних ресурсів та деструктивних впливів. Метою є розроблення дворівневого методу багатокритеріальної оптимізації політик розподілу ресурсів між критичними й некритичними сервісами. Запропоновано математичну модель інформаційних систем на мобільній платформі з урахуванням динаміки стану, глобальних ресурсних та обмежень, пов’язаних із забезпеченням живучості системи, і векторних критеріїв, що характеризують живучість, ефективність використання ресурсу та якість обслуговування. Для декомпозиції задачі використано функцію Лагранжа, що дає змогу виокремити верхній рівень вибору політик і нижній рівень налаштування їх параметрів за субградієнтними правилами. Властивості методу досліджено на імітаційній моделі для кількох репрезентативних сценаріїв деградації ресурсів. Показано, що запропонований режим керування забезпечує вищі значення інтегрального показника живучості критичних сервісів порівняно зі збалансованою статичною політикою та політикою жорсткого пріоритету, збільшуючи частку тактів із дотриманням цільових порогів приблизно на 10-15 %. При цьому середні значення показника ефективності використання ресурсу залишаються близькими для всіх розглянутих режимів, а показник якості обслуговування знижується рівномірно і не демонструє тривалих провалів навіть за жорстких сценаріїв.