Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24932
Title: Um arcabouço cross-layer para controle de sessões multiusuário com alta demanda de recursos em redes IoT softwarizadas
Authors: Silva, Helber Wagner da
Keywords: Redes IoT softwarizadas;Aplicações de missão crítica;Controle cross-layer multiusuário
Issue Date: 29-Nov-2017
Citation: SILVA, Helber Wagner da. Um arcabouço cross-layer para controle de sessões multiusuário com alta demanda de recursos em redes IoT softwarizadas. 2017. 122f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Abstract: Mission Critical Applications (AMC) represent one of the most promising use cases in the Internet of Things (IoT) as they promise to impact vital areas, such as smart surveillance in environments with high human density, autonomous vehicle traffic with security, remote surgery with precision, among many others. AMC are expected to exploit the content made available by IoT platforms in softwarized IoT networks (IoTS) scenarios, which represents an IoT system running over a network infrastructure which includes software-defined network substrate to allow flexibility in control operations. However, AMCs have strong Quality of Service (QoS) requirements, such as latency, jitter and losses, as well as the high demand for network resources (e.g., node processing, paths and link bandwidth) that need to be guaranteed by IoTS to ensure efficiency and accuracy. The variability and dynamicity of service requirements in this scenario are very high, ranging from scalar data collection (e.g., environmental sensors, etc.) to digital multimedia (e.g., video and audio) processing in real time. In this IoTS scenario with QoS-sensitive AMC, it is necessary to have a control plan with the capacity to provide a fine-grained transport service with guaranteed quality, in an optimized and autonomous way. This thesis goes beyond the state of the art by defining a holistic framework for controlling multiuser sessions (aggregating multiple AMCs sharing content from an IoT platform) highly quality-sensitive in an IoTS, with fine-grained methods for quality-oriented self-organized orchestration, resource control and management. The framework, called CLASSICO (Cross-LAyer SDN SessIon COntrol), allows to couple IoTS variability and dynamicity, dynamically allocating resources to meet AMC requirements regarding high bandwidth and very low latencies throughout the session duration, leveraging the substrate of the Software Defined Networks (SDN) for flexibility and modularity. To achieve these objectives, CLASSICO defines a cross-layer control plan integrated with IoTS that considers the content parameters (at the application level) required by the AMC to build and maintain QoS-oriented multiuser sessions, and induces an optimized multiuser IoTS through group-based transport (at the network level), while increasing the scalability of the IoT system. For validation purposes, CLASSICO has been prototyped and evaluated on a real testbed in a video use case. The results of the evaluation reveal the gains of CLASSICO regarding QoS and Quality of Experience (QoE), in comparison to an SDN Multicast-based solution.
Portuguese Abstract: As aplicações de missão crítica (AMC) representam um dos casos de uso mais promissores da Internet das Coisas (do inglês, Internet of Things – IoT) ao prometer impactos em áreas vitais, como videovigilância inteligente em ambientes com alta densidade humana, tráfego de veículos autônomos com segurança, cirurgia remota com precisão, dentre muitas outras. As AMC devem explorar o conteúdo disponibilizado por plataformas IoT em cenários de rede IoT softwarizada (IoTS), que nesta tese representa um sistema IoT executando sobre uma infraestrutura de rede cuja arquitetura inclui substrato de rede definida por software para permitir a flexibilidade nas operações de controle. Entretanto, as AMC possuem fortes requisitos de Qualidade de Serviço (do inglês, Quality of Service - QoS), tais como latência, jitter e perdas, além da alta demanda por recursos de rede (e.g., processamento em nós, caminhos e largura de banda nos enlaces) que precisam ser assegurados pela IoTS para garantir eficiência e precisão. A variabilidade e a dinamicidade de requisitos dos serviços nesse cenário são muito elevadas, que podem ir desde a coleta de dados escalares (e.g., sensores ambientais, etc.) até o processamento digital de multimídia (e.g., vídeo e áudio) em tempo real. Nesse cenário de IoTS com AMC sensível a QoS, torna-se necessário um plano de controle que tenha capacidade de prover um serviço de transporte mais refinado com qualidade garantida, de forma otimizada e autônoma. Esta tese vai além do estado da arte ao definir um arcabouço holístico para o controle de sessões multiusuários (agregando múltiplas AMC compartilhando conteúdo de uma plataforma IoT) altamente sensíveis a qualidade em uma IoTS, com métodos refinados para orquestração auto-organizada, controle e gestão de recursos orientados a QoS. O arcabouço, chamado CLASSICO (Cross-LAyer SDN SessIon COntrol), permite acoplar a variabilidade e a dinamicidade da IoTS, alocando dinamicamente recursos para satisfazer requisitos das AMC em termos de largura de banda elevada e latências muito baixas durante todo o tempo de duração da sessão, alavancando substrato das Redes Definidas por Software (do inglês, Software Defined Networks - SDN) para flexibilidade e modularidade. Para alcançar esses objetivos, CLASSICO define um plano de controle cross-layer integrado à IoTS que considera os parâmetros do conteúdo (ao nível de aplicação) requerido pelas AMC para construir e manter sessões multiusuários orientadas a QoS, e induz uma IoTS multiusuário otimizada através do transporte baseado em grupos (ao nível de rede), buscando ao mesmo tempo aumentar a escalabilidade do sistema IoT. Para validação, CLASSICO foi prototipado e avaliado em um testbed real em um caso de uso de vídeo. Os resultados da avaliação revelam os ganhos de CLASSICO em termos de QoS e Qualidade de Experiência (do inglês, Quality of Experience - QoE), em comparação a uma solução baseada em SDN Multicast.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24932
Appears in Collections:PPGSC - Doutorado em Sistemas e Computação

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
HelberWagnerDaSilva_TESE.pdf5,84 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.