Demo abstract: An experimentation facility enabling flexible network control for the Internet of Things

Violettas, George E.; Theodorou, Tryfon; Petridou, Sophia; Tsioukas, Antonios; Mamatas, Lefteris

doi:10.1109/infcomw.2017.8116526

Cited by 6 publications

(3 citation statements)

References 3 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…More recent works in the field directly consider the overhead incurred by SDN in Low-Power Wireless Networks, and try to reduce the overhead of other protocols within the stack. CORAL [16] takes a similar approach to this paper, in adapting SDN for IPv6 based IEEE 802.15.4 RPL networks, and tries to deal with network overhead by using SDN to fine-tune timer settings in the RPL in order to reduce the number of RPL transmissions after initialization and provide more resources for the SDN protocol.…”

Section: E Related Workmentioning

confidence: 99%

Evolving SDN for Low-Power IoT Networks

Baddeley

Nejabati

Oikonomou

et al. 2018

2018 4th IEEE Conference on Network Softwarization and Workshops (NetSoft)

View full text Add to dashboard Cite

Software Defined Networking (SDN) offers a flexible and scalable architecture that abstracts decision making away from individual devices and provides a programmable network platform. Low-power wireless Internet of Things (IoT) networks, where multi-tenant and multi-application architectures require scalable and configurable solutions, are ideally placed to capitalize on this research. However, implementing a centralized SDN architecture within the constraints of a low-power wireless network faces considerable challenges. Not only is controller traffic subject to jitter due to unreliable links and network contention, but the overhead generated by SDN can severely affect the performance of other traffic. This paper addresses the challenge of bringing high-overhead SDN architecture to IEEE 802.15.4 networks. We explore how the traditional view of SDN needs to evolve in order to overcome the constraints of lowpower wireless networks, and discuss protocol and architectural optimizations necessary to reduce SDN control overhead -the main barrier to successful implementation. Additionally, we argue that interoperability with the existing protocol stack is necessary to provide a platform for controller discovery, and coexistence with legacy networks. We consequently introduce µSDN, a lightweight SDN framework for Contiki OS with both IPv6 and underlying routing protocol interoperability, as well as optimizing a number of elements within the SDN architecture to reduce control overhead to practical levels. We evaluate µSDN in terms of latency, energy, and packet delivery. Through this evaluation we show how the cost of SDN control overhead (both bootstrapping and management) can be reduced to a point where comparable performance and scalability is achieved against an IEEE 802.15.4-2012 RPL-based network. Additionally, we demonstrate µSDN 1 through simulation: providing a usecase where the SDN configurability can be used to provide Quality of Service (QoS) for critical network flows experiencing interference, and we achieve considerable reductions in delay and jitter in comparison to a scenario without SDN.

show abstract

Section: E Related Workmentioning

confidence: 99%

Evolving SDN for Low-Power IoT Networks

Baddeley

Nejabati

Oikonomou

et al. 2018

2018 4th IEEE Conference on Network Softwarization and Workshops (NetSoft)

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…These algorithms realize topology discovery and maintenance processes specifically designed to operate in the SDN for WSN context, taking into account the advantages and flexibility of the centralized SDN approach and the unique characteristics of the multihop wireless communication medium. We evaluated such topology control strategies using our novel SDN experimentation facility for IoT [30].…”

Section: Contributionmentioning

confidence: 99%

“…In this competition we received the 1 st runner-up award presenting the Intel- Moreover, INTER-IOT is exploiting the WiSHFUL [37] infrastructure and the eWINE innovative intelligent facilities [38]. The project was presented and tested on the IMEC w-iLab.2 test-bed [39], using our CORAL experimentation facility [30].…”

Section: Awardsmentioning

confidence: 99%

Software defined networks for wireless devices with constrained resources

Theodorou¹,

Θεοδώρου²

View full text Add to dashboard Cite

Το πεδίο της διδακτορικής διατριβής βασίζεται στη μελέτη των Ασύρματων Δικτύων Περιορισμένων Πόρων όπως τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων (Wireless Sensor Networks, WSN). Τα δίκτυα αυτά παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς βρίσκουν πληθώρα εφαρμογών σε πολλούς τομείς με κυριότερο το Διαδίκτυο των Πραγμάτων (Internet of Things, IoT). Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων, αποτελεί κεντρική τεχνολογία της λεγόμενης 4ης βιομηχανικής επανάστασης και δημιουργεί πλήθος νέων και σύνθετων απαιτήσεων στις δικτυακές επικοινωνίες καθώς ενσωματώνει εφαρμογές που εκτός από την βιομηχανία εφαρμόζονται και στην καθημερινότητα των ανθρώπων. Τα κύρια πρωτόκολλα δρομολόγησης που χρησιμοποιούνται σήμερα στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων, όπως το πρωτόκολλο δρομολόγησης RPL για Ασύρματα Δίκτυα χαμηλής ισχύος και περιορισμένων πόρων, λόγω της κατανεμημένης αρχιτεκτονικής τους, παρουσιάζουν σοβαρές αδυναμίες στην ευέλικτη διαχείρισή τους και κατ’ επέκταση στην εφαρμογή τους στις σύγχρονες απαιτήσεις (δηλ. διαλειτουργικότητα, κινητικότητα, ετερογένεια και ποιότητα υπηρεσίας - QoS). Σήμερα στην αιχμή της έρευνας και της εξέλιξης των πρωτοκόλλων δρομολόγησης καθώς και της βελτίωσης των μεθόδων διαχείρισης δικτύων βρίσκονται τα Προγραμματιζόμενα Δίκτυα (Software-Defined Networks, SDN). Τα δίκτυα αυτά βρίσκουν πρακτική εφαρμογή σε δίκτυα υποδομής και υποστηρίζονται από μεγάλες εταιρείες του χώρου και αποτελούν ένα νέο ερευνητικό πεδίο, το οποίο ενδεχομένως μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλους τύπους δικτύων. Ωστόσο, τα Προγραμματιζόμενα Δίκτυα παρουσιάζουν σημαντική επιβάρυνση στην κίνηση του δικτύου λόγω της πληθώρας των μηνυμάτων ελέγχου που χρειάζονται για να λειτουργήσουν. Για το λόγο αυτό δεν ενδείκνυται η απευθείας εφαρμογή τους σε τύπους δικτύων όπως τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων καθώς επιβαρύνουν τους ήδη περιορισμένους πόρους τόσο των συσκευών όσο και του μέσου μετάδοσης του δικτύου. Η διατριβή επικεντρώνεται στην εφαρμογή τεχνικών Προγραμματιζόμενων Δικτύων μέσω του σχεδιασμού και της υλοποίησης αλγορίθμων και πρωτοκόλλων, τόσο στο επίπεδο του κεντρικού διαχειριστή (controller) του δικτύου, όσο και στο επίπεδο της επικοινωνίας δεδομένων του δικτύου (data-plane). Ο στόχος είναι η βελτίωση της διαχείρισης και λειτουργίας των Ασύρματων Δικτύων Αισθητήρων στο περιβάλλον του Διαδικτύου των Πραγμάτων λαμβάνοντας υπόψη χαρακτηριστικά όπως η κίνηση των κόμβων του δικτύου, η ταχύτητα και η ποιότητα επικοινωνίας μεταξύ τους. Οι ερευνητικοί στόχοι επικεντρώνονται στον σχεδιασμό, υλοποίηση και την αξιολόγηση προγραμματιζόμενων πρωτοκόλλων ελέγχου δρομολόγησης που λειτουργούν με χαμηλή επιβάρυνσή ελέγχου (δηλ. μειωμένο αριθμό μηνυμάτων ελέγχου) μέσω προτεινόμενης καινοτόμου λύσης που υποστηρίζει ξεχωριστό κανάλι ελέγχου μεγάλης εμβέλειας. Επιπλέον, τα πρωτόκολλα αυτά ακολουθώντας τις αρχές των Προγραμματιζόμενων Δικτύων υποστηρίζονται από λογισμικό ελεγκτή δρομολόγησης και διαχείρισης του δικτύου που βελτιώνει την ποιότητα λειτουργίας του δικτύου, σε ένα ευρύ φάσμα σεναρίων που χρησιμοποιούν κινητές ή στατικές συσκευές με περιορισμένους πόρους. Η χρήση κεντρικού διαχειριστεί για τον έλεγχο του δικτύου επιτρέπει τη δημιουργία και υποστήριξη καινοτόμων αλγορίθμων για την εύρεση της τοπολογίας του δικτύου και τον έλεγχο της δρομολόγησης των δεδομένων, που μπορούν να λειτουργούν εναλλακτικά και να προσαρμόζονται δυναμικά στις ιδιαιτερότητες και τα χαρακτηριστικά του δικτύου. Οι προτεινόμενοι μηχανισμοί και διαδικασίες υλοποιούνται σε μια σειρά ολοκληρωμένων λύσεων που υλοποιήθηκαν στα πλαίσια της διατριβής και διατίθενται με την άδεια ανοιχτού κώδικα (δηλ., CORAL-SDN, VERO-SDN, SD-MIoT και MINOS). Η αξιολόγηση των προτεινόμενων λύσεων γίνεται μέσω μιας σειράς πειραμάτων που προσομοιώνουν εναλλακτικά σενάρια για το IoT χρησιμοποιώντας Προγραμματιζόμενα Δίκτυα Αισθητήρων και περιλαμβάνουν διαφορετικές τοπολογίες, μεγέθη δικτύου, χαρακτηριστικά κινητικότητας και μεταδόσεις μεγάλου όγκου δεδομένων, με εναλλακτικά μοτίβα επικοινωνίας. Τα αποτελέσματα επαληθεύουν την αρχική υπόθεση, καθώς επιβεβαιώνουν ότι η εφαρμογή των Προγραμματιζόμενων Δικτύων για τον έλεγχο δρομολόγησης και διαχείρισης του δικτύου βοηθά να ξεπεραστούν οι προκλήσεις που εισάγουν οι σημερινές εφαρμογές στα Ασύρματα Δίκτυα, παρέχοντας ευέλικτη, αποτελεσματική και στιβαρή απόδοση, με μειωμένη επιβάρυνση ελέγχου.

show abstract

Evolutionary Software Defined Networking-Inspired Routing Control Strategies for the Internet of Things

2019

View full text Add to dashboard Cite

The Routing over Low Power and Lossy Networks (RPL) protocol is an important standardized routing solution for the Internet of Things (IoT), characterized by significant benefits, including IPv6 support and efficient low-power operation over noisy channels, especially for many-to-one communication scenarios (i.e., a set of deployed devices gathering periodic measurements destined to a single sink node). However, the RPL faces performance issues in networks with mobility or point-to-point communication requirements, raising applicability constraints in a number of real-world IoT applications, spanning from environmental monitoring to industrial and urban networks. In this paper, we approach RPL from the Software-Defined Networking (SDN) perspective, exploiting its high customization features to address the above inefficiencies. We apply an evolutionary methodology, i.e., building over the widely deployed RPL protocol, while maintaining compliance with its standard. More precisely, we investigate two routing control strategies exploiting the global view of the network: (i) the Moderate RPL control that enables dynamic reconfigurability of crucial protocol parameters to improve its operation in mobile environments; and (ii) the Deep RPL control that utilizes a new RPL Objective Function (OF) we proposed that enforces direct point-to-point paths through link-coloring. We implemented and evaluated the two strategies based on a novel centralized routing control facility. Our experimental analysis considers hybrid scenarios with both fixed and mobile nodes, as well as many-to-one and point-to-point communication. Compared to the standard RPL in mobile topologies, the proposed solution achieves improved packet delivery ratio of up to 33 percent and 21 percent for the mobile nodes and for the whole network, respectively, while maintaining RPL compliance. In case of pointto-point communication in a random topology, the improvements rise up to 32.7 percent for the trip-time and 42 percent for the round-trip time, while the packet loss ratio for the same experiment is improved up to 75 percent in the non-storing mode. INDEX TERMS Internet of Things, software-defined networks, RPL, objective function, link coloring.

show abstract

Demo abstract: An experimentation facility enabling flexible network control for the Internet of Things

Cited by 6 publications

References 3 publications

Evolving SDN for Low-Power IoT Networks

Evolving SDN for Low-Power IoT Networks

Software defined networks for wireless devices with constrained resources

Evolutionary Software Defined Networking-Inspired Routing Control Strategies for the Internet of Things

Contact Info

Product

Resources

About