В условиях стремительного роста масштаба и критичности IoT‑инфраструктур особенно актуальной становится задача обеспечения отказоустойчивости гибридных систем, сочетающих туманные и облачные вычисления, способных поддерживать заданный уровень сервиса при сбоях узлов и каналов связи.

Целью исследования является разработка и оценка математической модели отказоустойчивости для распределенной IoT‑среды, а также выработка подходов к динамической балансировке нагрузки с учетом показателей надежности, сетевых задержек и интенсивности загрузки узлов.

В работе использованы методы теории непрерывных марковских цепей, теории массового обслуживания, а также эксперимент на туманных узлах и облачном сервере с варьированием сетевых параметров и сценариев отказов.

Результаты. В ходе исследования были получены решения по построению интегральной метрики, объединяющей надежность, задержку и загрузку, а также алгоритмические правила перераспределения задач между туманными и облачными узлами, обеспечивающие устойчивое функционирование IoT‑сети при частичных отказах инфраструктуры. Экспериментальные результаты показали, что применение предложенной модели для динамической балансировки нагрузки позволяет снизить среднее время простоя системы на 32 % и уменьшить задержки для критических задач в 4–6 раз по сравнению с чисто облачными архитектурами.

Научная новизна работы заключается в разработке математической модели отказоустойчивости гибридной IoT‑системы на основе непрерывных марковских цепей, которая интегрирует показатели надежности узлов, сетевых задержек и коэффициентов загрузки в единую интегральную метрику устойчивости, а также метода динамической балансировки нагрузки в туманно-облачной архитектуре, использующего интегральную метрику в качестве критерия перераспределения задач между узлами для минимизации простоев и задержек при частичных отказах инфраструктуры.

Теоретическая значимость исследования состоит в развитии аппарата математического моделирования отказоустойчивости распределенных IoT‑систем и в предложении формализованного критерия оценки их устойчивости в динамических условиях эксплуатации.

Практическая значимость заключается в возможности использования разработанной модели и интегральной метрики при проектировании и настройке гибридных архитектур Интернета вещей, выборе параметров резервирования и правил перераспределения нагрузки, а также при разработке рекомендаций по оптимизации потоков данных для повышения стабильности и производительности реальных телекоммуникационных и индустриальных IoT‑платформ.