Software defined topology control strategies for the Internet of Things

Theodorou, Tryfon; Mamatas, Lefteris

doi:10.1109/nfv-sdn.2017.8169884

Cited by 21 publications

(17 citation statements)

References 17 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Theodorou and Mamatas proposed two discovery protocols, which they called "neighbor advertisement" and "neighbor request" [23]. The controller is responsible for starting either algorithm by transmitting a unicast message to its neighbors, which in turn broadcasts a discovery packet.…”

Section: Related Workmentioning

confidence: 99%

No way back? An SDN protocol for directed IoT networks

Alves

Margi

Kuipers

2019

2019 15th Annual Conference on Wireless on-Demand Network Systems and Services (WONS)

View full text Add to dashboard Cite

The Internet of Things (IoT) has and will continue to permeate many aspects of everyday life. However, IoT devices often use wireless communication to transfer their data, which may experience ambient noise and multipath fading. This, together with the wide heterogeneity in types of devices, leads to the emergence of unidirectional links in IoT networks. Surprisingly, many routing protocols for wireless networks either do not account for such links or employ radical mechanisms, like blacklisting. In this paper, we leverage the features of Software-Defined Networking (SDN) to develop a network discovery algorithm that is able to cope with unidirectional links, while containing the control overhead. We provide a proof-of-concept implementation of an SDN protocol for constrained devices that uses our algorithm and perform experiments. The experiment results show that our solution is scalable and performs well both for unidirectional links as well as for fully bidirectional networks.

show abstract

Section: Related Workmentioning

confidence: 99%

No way back? An SDN protocol for directed IoT networks

Alves

Margi

Kuipers

2019

2019 15th Annual Conference on Wireless on-Demand Network Systems and Services (WONS)

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…An early implementation of VERO-SDN with the name CORAL-SDN is described in the demo paper [17], while the same CORAL-SDN version is supported by the MINOS, which is a multi-protocol network control platform for the IoT [18]. In the conference paper [19], we presented and evaluated relevant topology discovery algorithms with these documented here, e.g., we enriched the latter algorithms with the support of the separate control channel. We released the source code of VERO-SDN as an open-source, as well as several videos demonstrating its novel features [20].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Versatile Out-of-Band Software-Defined Networking Solution for the Internet of Things

Theodorou

Mamatas

2020

IEEE Access

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

The Internet of Things (IoT) is gradually incorporating multiple environmental, people, or industrial monitoring deployments with diverse communication and application requirements. The main routing protocols used in the IoT, such as the IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks (RPL), are focusing on the many-to-one communication of resource-constraint devices over wireless multi-hop topologies, i.e., due to their legacy of the Wireless Sensor Networks (WSN). The Software-Defined Networking (SDN) paradigm appeared as a promising approach to implement alternative routing control strategies, enriching the set of IoT applications that can be delivered, by enabling global protocol strategies and programmability of the network environment. However, SDN can be associated with significant network control overhead. In this paper, we propose VERO-SDN, an open-source SDN solution for the IoT, bringing the following novelties in contrast to the related works: (i) programmable routing control with reduced control overhead through inherent protocol support of a long-range control channel; and (ii) a modular SDN controller and an OpenFlow-like protocol improving the quality of communication in a wide range of IoT scenarios through supporting two alternative topology discovery and two flow establishment mechanisms. We carried out simulations with various topologies, network sizes and high-volume transmissions with alternative communication patterns. Our results verified the robust performance and reduced control overhead of VERO-SDN for alternative IoT deployments, e.g., achieved up to 47% reduction in network's overall end-to-end delay time compared to RPL and a packet delivery ratio of over 99.5%. INDEX TERMSInternet of Things, out-of-band control, software-defined networks, wireless sensor networks.

show abstract

“…• The topology discovery process and the representation graph of the network's connectivity are key features in WSN operation as well as one of the essential inputs for an SDN controller's decision-making mechanisms. As such, we implemented two novel topology discovery algorithms [29]: (i) the Node's Advertisement Flooding (TC-NA) algorithm; and (ii) the Node's Neighbors Requests from the Controller (TC-NR) algorithm. 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.…”

Section: Contributionmentioning

confidence: 99%

“…Since all of CORAL-SDN mechanisms and functionalities are inherited, improved, and exhaustively evaluated from VERO-SDN, we will concentrate our description on the latter. For clarity, detailed descriptions and information about CORAL-SDN can be found in published papers [31] and [29] as well as in…”

Section: Vero-sdn An Iot Solution That Applies Out-of-band Controlmentioning

confidence: 99%

“…Its operation is divided into two parts, i.e., the topology discovery (or construction) and the topology maintenance processes. For the former, VERO-SDN implements two novel algorithms initially introduced in [29] and adapted to utilize the out-of-bound control channel considered here: (i) the Node's Advertisement Flooding (TC-NA); and (ii) the Node's Neighbors Requests from the Controller (TC-NR).…”

Section: Network Topology Control Mechanismsmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

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

Software defined topology control strategies for the Internet of Things

Cited by 21 publications

References 17 publications

No way back? An SDN protocol for directed IoT networks

No way back? An SDN protocol for directed IoT networks

A Versatile Out-of-Band Software-Defined Networking Solution for the Internet of Things

Software defined networks for wireless devices with constrained resources

Contact Info

Product

Resources

About