Rybalchenko A. The method of optimal data placement in billing OLTP-systems based on the rank approach

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0824U002661

Thesis Registration Form

0824U002661.pdf

Applicant for

Specialization

  • 123 - Комп’ютерна інженерія

02-09-2024

Specialized Academic Board

ДФ 64.050.161-6572

National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Essay

The introduction substantiates the relevance of optimal data placement in billing OLTP systems, presents the connection of the work with scientific programs, plans and topics, provides scientific novelty, presents the practical significance of the results obtained, provides information on the personal contribution of the applicant and presents a list of publications on the topic of the dissertation. The first section analyzes the existing models and methods of building transactional information systems, considers various properties of transactional information systems, namely, analysis of the architecture of billing systems in the cloud environment and mathematical models, performance optimization and solving problems of discrete optimization, and introduces criteria and indicators for evaluating the effectiveness of algorithms for optimal data placement in billing OLTP systems. Based on the analysis, research tasks are formulated. The second section develops a mathematical model of optimal data placement in billing OLTP systems based on a ranked approach to solving the problem of integer linear programming with Boolean variables, and improves the generalized A0 procedure and the method of cutting off unpromising options for the problem of integer linear programming with Boolean variables. The third section proposes a method for optimizing data placement in billing OLTP systems based on the rank approach and improves the method of generating guaranteed forecasts to ensure a given calculation accuracy at acceptable time and resource costs. Chapter 4 presents the results of an experimental study of the developed approximate and exact algorithms, as well as strategies for forming paths in the graph. The essence of the software developed for the experiment is revealed. The influence of the coefficients sorting under the functional and constraints on the error of approximate algorithms' solutions is evaluated. The results of the simulation modeling of the problem of optimal data placement in billing OLTP systems and the assessment of its adequacy are presented. The conclusions summarize the main results of the dissertation in terms of solving the research objectives. The following scientific results were obtained as a result of the study: For the first time, a model of optimal data placement in billing OLTP systems has been developed based on a ranked approach to solving the problem of integer linear programming with Boolean variables, which uses strategies for cutting off unpromising solution options and the principle of optimization by direction; the method of cutting off unpromising solution options in the problem of integer linear programming with Boolean variables is improved, which differs from the known ones in that new concepts such as a one-dimensional and m-dimensional "corridor" and a system of calibration scales are introduced, which allows to effectively cut off unpromising solution options; for the first time a method of optimal data placement in billing OLTP systems based on the rank approach, which provides a linear dependence of the performance growth of the system on which the problem is solved on the number of processor elements and allows to reduce the error of solving the problem of integer linear programming with Boolean variables by using the MAX, MIN and MAX-MIN strategies and sorting the coefficients in the functionality and constraints to cut off unpromising solution options, as well as to increase the efficiency of solving the problems of optimal; the method of forming guaranteed forecasts of solving the integer linear programming problem with Boolean variables was further developed, which, unlike the known ones, uses the principle of optimization by direction to cut off unpromising solution options, which allows to ensure a given calculation accuracy with optimal data placement in billing OLTP systems. The practical significance of the obtained results is as follows: - the efficiency of solving the problem of optimal data placement in billing OLTP systems using the rank-based approach is significantly higher than in known methods, the value of the efficiency index P≥0.9 can be provided for tasks with the number of variables from 250 to 400. The results of the study confirm the practical and theoretical value of the developed methods, provide practical recommendations for the application of the developed and improved mathematical models and methods, and consider the prospects for their further development. Keywords: computer system, algorithm, model, distributed system, database, billing OLTP system, integer linear programming

Read more

Research papers

А. О. Рибальченко, Д. Ю. Голубничий, О. В. Коломійцев, В. Ф. Третяк, Я. О. Ключка, "Архітектура системи обміну медичними даними пацієнтів з лікарями на основі IOTA", Системи управління, навігації та зв’язку, Полтава, 2022, вип. 1(67), С. 56-61. (Б). URL: https://doi.org/10.26906/SUNZ.2022.1.057. (Наказ МОН № 157 від 09.02.2021, Б).

А. О. Рибальченко, "Алгоритми рішення задачі оптимального розміщення даних в білінгових OLTP-системах на основі реалізації рангового підходу". Системи управління, навігації та зв’язку, Полтава, 2023, вип. 2(72), С. 135-141. (Б). URL: https://doi.org/10.26906/SUNZ.2023.2.135. (Наказ МОН № 157 від 09.02.2021, Б).

А. О. Рибальченко, "Удосконалений метод відсікання безперспективних варіантів для задачі цілочисельного лінійного програмування з булевими змінними на основі ранговового підходу", Збірник наукових праць Харківського національного університету Повітряних сил імені Івана Кожедуба, Харків, 2023, вип. 3(77), С. 62-66. (Б). URL: http://doi.org/10.30748/zhups.2023.77.09. (Наказ МОН № 886 від 02.07.2020, Б).

A. Rybalchenko, V. Voronin, O. Shmatko, O. Kolomiitsev, V. Tretiak, Y. Kliuchka. "Implementation and evaluation of a decentralized medical data exchange system based on the iota tangle and approximate algorithms for optimal data placement", Системи обробки інформації. Харків, 2023, вип. 4 (175), С. 28-41. (Б). URL: https://doi.org/10.30748/soi.2023.175.03. (Наказ МОН № 886 від 02.07.2020, Б).

А. Лисиця, О. Коломійцев, С. Осієвський, В. Третяк, З. Закіров, А. Романюк, В. Нікітченко, Є. Логвиненко, "Задачі дискретної оптимізації та їх постановка". Scientific Collection “InterConf+”, 2021, вип. 75, С. 285-302. URL: https://doi.org/10.51582/interconf.19-20.09.2021.033.

А. О. Рибальченко, О. В. Коломійцев, Д. Ю. Голубничий, В. Ф. Третяк, В. В. Воронін, В. О. Комаров, В. В. Пустоваров, О. В. Філіппенков, О. В. Любченко, І. С. Рудаков, "Проблеми розвитку паралельних обчислювальних систем та їх математичного забезпечення для рішення задач дискретної оптимізації". Grail of Science, 2023, вип. 32, С. 182-197. URL: https://doi.org/10.36074/grail-of-science.13.10.2023.032.

А. Рибальченко, Д. Голубничий, О. Коломійцев, В. Третяк, В. Калачова, З. Закіров, Е. Полтавський, В. Кудряшов, О. Любченко, "Інформаційна технологія використання гарантованих прогнозів під час рішення задач комбінаторної оптимізації". Grail of Science, 2023, вип. 24, С. 302-312. URL: https://doi.org/10.36074/grail-of-science.17.02.2023.056

A. Rybalchenko, O. Kolomiitsev, I. Zakharchenko, V. Tretiak, S. Osiievskyi, "Models and algorithms for determining the probability of occurrence of a critical combination of events for three-element minimum sections in intelligent decision support systems", in IEEE: 4th KhPI Week on Advanced Technology, Kharkiv, Ukraine, 2023, рр. 483-486. (Scopus, Ukraine). URL: https://doi.org/10.1109/KhPIWeek61412.2023.10312973.

А. Лисиця, О. Коломійцев, В. Третяк, Д. Євстрат, С. Ворошилов, В. Чмир, Є. Логвиненко, В. Місюра, "Аналіз сучасних систем управління базами даних". InterConf, 2021, вип. 78, С. 453-465. URL: https://doi.org/10.51582/interconf.7-8.10.2021.050.

А. О. Рибальченко, В. Ф. Третяк, Д. М. Запара, С. В. Новіченко, О. В. Коломійцев, А. М. Савельєв, В. І. Кривчун, М. М. Охрамович, Н. М. Шамрай, О. А. Крамар, "Математична модель процесу виконання MDX-запитів на основі рангового підходу до рішення задачі цілочисельного лінійного програмування з булевими змінними". Scientific Collection «InterConf», 2022, вип. 127, С. 281-292. URL: https://archive.interconf.center/index.php/conference-proceeding/article/view/1424, 2022.

А. О. Рибальченко, О. В. Коломійцев, З. З.Закіров, А. О. Романюк, Ю. О. Семеренко, "Проблема оптимізації структури розподілених баз даних для хмарних OLTP-систем". ХІХ Міжнародна наукова конференція. Новітні технології – для захисту повітряного простору, Харків, 2023, С. 649.

А. О. Рибальченко, "Використання методів рангового підходу до рішення задачі оптимального розміщення даних білінгових OLTP-систем". MicroCAD-2023. Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я: ХXХІ міжнародна наук.-техн. конф., Харків, С. 1199.

А. Рибальченко, О. Коломійцев, В. Третяк, В. Пустоваров, О. Возний, В. Кривчун, Л. Павлій, В. Старцев, Д. Євстрат, Д. Голубничий, В. Гайдак, Ю. Дирман, "Аналіз способів оптимізації продуктивності OLTP систем". Scientific Collection «InterConf», 2023, вип. 164, С. 255-262. URL: https://archive.interconf.center/index.php/conference-proceeding/article/view/4155.

А. О. Рибальченко, О. В. Коломійцев, О. В. Любченко, І. С. Рудаков, В. Ф. Третяк, "Особливості оптимізації продуктивності OLTP-систем", 23 міжнародна наук.-техн. конф. Проблеми інформатики та моделювання, Харків, 2023, С. 65. URL: https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/70165.

А. Рибальченко, Д. Голубничий, О. Коломійцев, В. Третяк, С. Осієвський, В. Воронін, Б. Крук, О. Плугова, В. Комаров, В. Пустоваров, О. Філіппенков, О. Любченко, "Спосіб оптимізації розміщення фрагментів розподіленої бази даних у вузлах мережі хмарної структури за критерієм мінімуму ціни трафіку на основі рангового підходу до рішення задачі цілочисельного лінійного програмування з булевими змінними". Scientific Collection «InterConf», 2023, вип. 173, С. 165-172. URL: https://archive.interconf.center/index.php/conference-proceeding/article/view/4483.

А. Рибальченко, О. Коломійцев, Д. Голубничий, В. Третяк, С. Осієвський, О. Возний, В. Воронін, В. Комаров, В. Пустоваров, О. Філіппенков, В. Кривчун, О. Любченко, "Використання точних та наближених алгоритмів на основі рангового підходу до рішення задачі цілочисельного лінійного програмування з булевими змінними для оптимізації розподілення фрагментів бази даних в хмарній мережі для зменшення середнього об’єму перед". Scientific Collection «InterConf», 2023, вип. 174, С. 200-206. URL: https://archive.interconf.center/index.php/conference-proceeding/article/view/4527.

А. Рибальченко, О. Коломійцев, Д. Голубничий, В. Третяк, С. Осієвський, О. Возний, О. Балабуха, Г. Качуровський, О. Грічанюк, Г. Галашевський, Т. Сокова, О. Любченко, "Використання методів рангового підходу в моделі транзакційної системи з реплікацією фрагментів бази даних для розгортання у хмарному середовищі". Scientific Collection «InterConf+», 2023, вип. 38(175), С. 326-341. URL: https://doi.org/10.51582/interconf.19-20.10.2023.030.

А. Рибальченко, О. Коломійцев, Д. Голубничий, В. Третяк, О. Любченко, Е. Полтавський, В. Кривчун, О. Крамар, О. Шутіков, М. Туленко, А. Третяк, "Використання методів рангового підходу до рішення задачі оптимізації розміщення засобів захисту інформації в хмарному середовищі". Scientific Collection «InterConf+», 2023, вип. 29(139), С. 274-292. URL: https://doi.org/10.51582/interconf.19-20.01.2023.028.

А. Рибальченко, О. Коломійцев, В. Калачова, А. Рибальченко, В. Старцев, В. Третяк, О. Возний, З. Закіров, Л. Павлій, Д. Євстрат, С. Панасенко, С. Приходько, О. Шумигай, "Результати багатокритеріального синтезу організаційної структури білінгової інформаційної системи методом аналіза ієрархій". Scientific Collection «InterConf+», 2023, вип. 36(167), С. 390-404. URL: https://doi.org/10.51582/interconf.19-20.08.2023.032.

А. О. Рибальченко, Д. Ю. Голубничий, О. В. Коломійцев, С. В. Осієвський, В. Ф. Третяк, А. О. Рибальченко, О. В. Любченко, О. С. Головченко, "Метод відсікання безперспективних варіантів для задач цілочисельного лінійного програмування з булевими змінними з використанням рангового підходу", Scientific Collection “InterConf+”, 2024, вип. 41(185), С. 526-555. URL: https://doi.org/10.51582/interconf.19-20.01.2024.

А. Рибальченко, О. Коломійцев, В. Третяк, В. Воронін, В. Комаров, О. Хмелевська, Р. Олійник, Р. Барвінок, В. Стригун, В. Братко, В. Присяжнюк, Н. Олійник, "Використання об’єктно-орієнтованого підходу з використанням стандарту UML при розробці програмного забезпечення для планування оптимальним розміщенням даних в білінгових OLTP-системах". Scientific Collection «InterConf», 2024, вип 195, С. 394-403. URL: https://doi.org/10.51582/interconf.2024.195.

А. О. Рибальченко, О. В. Коломійцев, В. В. Воронін, О. Г. Матющенко, Є. О. Ладиця, О. В. Любченко, О. С. Головченко, "Модель моніторингу розподілених комп’ютерних систем". Scientific Community: Interdisciplinary Researc: VII міжн. наук.-практ. конф., Cientific Collection «InterConf», Гамбург, Германія, 2024, вип. 187, С. 360-368. URL: https://doi.org/10.51582/interconf.2024.187.

А. О. Рибальченко, В. Ф. Третяк, О. В. Коломійцев, А. А. Войчук, Д. В. Капустник, Б. Б. Крук, О. О. Трояновська, С. Ю. Шимко, Д. К. Мельник, Є. О. Гайдаров, "Результати імітаційного моделювання та оцінка адекватності моделі оптимального розміщення даних в білінгових OLTP-системах на основі рангового підходу". Innovative Development in the Global Science: III міжн. наук.-практ. конф., Cientific Collection «InterConf», Бостон, США, 2024, вип. 186, С. 444-451. URL: https://archive.interconf.center/index.php/conference-proceeding/article/view/5294.

А. О. Рибальченко, "Результати оцінки ефективності алгоритмів рішення задачі цілочисельного лінійного програмування з булевими змінними на основі рангового підходу", Technical and agricultural sciences in modern realities: problems, prospects and solutions: collective monograph, Іnternational Science Group, Boston, Primedia eLaunch, 2023, С. 218-237. ISBN – 979-8-88992-703-7. URL: https://doi.org/10.46299/ISG.2023.MONO.TECH.2.

А. О. Рибальченко, Д. Ю. Голубничий, О. В. Коломійцев, В. Ф. Третяк, В. В. Пустоваров, "Інформаційна технологія відсікання неперспективних варіантів в алгоритмах рішення задачі цілочисельного лінійного програмування з булевими змінними на основі рангового підходу". Theoretical foundations in research in Engineering: collective monograph, Іnternational Science Group, Boston, 2022, С. 96-133. ISBN – 979-8-88722-619-4. URL: https://doi.org/10.46299/ISG.2022.MONO.TECH.3.

Read more

Files

autoreferat-Анотація.docx

РИБАЛЬЧЕНКО-ДИС-2024(Зайцев+ ).pdf

Similar theses

0824U002552

Liudmyla Mishchenko

THE METHOD OF RECOGNIZING FAKE NEWS ON THE INTERNET BASED ON NATURAL LANGUAGE PROCESSING

0824U002439

Serhii S. Korotkov

METHODOLOGY OF BUILDING A MANAGEMENT INFORMATION SYSTEM CITY TRANSPORT INFRASTRUCTURE BASED ON S-HYPERNETWORK THEORY

0824U002425

Kyrylo Pshenychnyi

Temporal finite state machines models and verification methods in hardware description languages

0824U002359

Yurii O. Voichur

Methods and tools for predicting the level of quality and security of computer systems' software

0824U002059

Kyrylo M. Leichenko

Methods and tools for planning the deployment of flying networks to ensure data transmission in conditions of devastation.