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QOS-Aware and Status-Aware Adaptive Resource Allocation Framework in SDN-Based IOT Middleware

Atefeh Meshinchi

Masters thesis (2018)

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Cite this document: Meshinchi, A. (2018). QOS-Aware and Status-Aware Adaptive Resource Allocation Framework in SDN-Based IOT Middleware (Masters thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/3096/
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Abstract

«L’Internet des objets (IdO) est une infrastructure mondiale pour la société de l’information, qui permet de disposer de services évolués en interconnectant des objets (physiques ou virtuels) grâce aux technologies de l’information et de la communication interopérables existantes ou en évolution. »[1] La vision de l’Internet des Objets est d’étendre l’Internet dans nos vies quotidiennes afin d’améliorer la qualité de vie des personnes, de sorte que le nombre d’appareils connectés et d’applications innovantes augmente très rapidement pour amener l’intelligence dans différents secteurs comme la ville, le transport ou la santé. En 2020, les études affirment que les appareils connectés à Internet devraient compter entre 26 milliards et 50 milliards d’unités. [2, 3] La qualité de service d’application IoT dépend non seulement du réseau Internet et de l’infrastructure de communication, mais aussi du fonctionnement et des performances des appareils IoT. Par conséquent, les nouveaux paramètres de QoS tels que la précision des données et la disponibilité des appareils deviennent importants pour les applications IoT par rapport aux applications Internet. Le grand nombre de dispositifs et d’applications IoT connectés à Internet, et le flux de trafic spontané entre eux rendent la gestion de la qualité de service complexe à travers l’infrastructure Internet. D’un autre côté, les dispositifs non-IP et leurs capacités limitées en termes d’énergie et de transmission créent l’environnement dynamique et contraint. De plus, l’interconnexion de bout en bout entre les dispositifs et les applications n’est pas possible. Aussi, les applications sont intéressées par les données collectées, pas à la source spécifique qui les produit. Le Software Defined Networking (SDN) est un nouveau paradigme pour les réseaux informatiques apparu récemment pour cacher la complexité de l’architecture de réseau traditionnelle (par exemple de l’Internet) et briser la fermeture des systèmes de réseau dans les fonctions de contrôle et de données. Il permet aux propriétaires et aux administrateurs de réseau de contrôler et de gérer le comportement du réseau par programme, en découplant le plan de contrôle du plan de données. SDN a le potentiel de révolutionner les réseaux informatiques classiques existants, en offrant plusieurs avantages tels que la gestion centralisée, la programmabilité du réseau, l’efficacité des coûts d’exploitation, et les innovations. Dans cette thèse, nous étudions la gestion de ressources sur l’infrastructure IoT, y compris les réseaux de transport/Internet et de détection. Nous profitons de la technologie SDN comme le futur d’Internet pour offrir un système de support QoS flexible et adaptatif pour les services IoT. Nous présentons un intergiciel basé sur SDN pour définir un cadre de gestion de QoS pour gérer les besoins spécifiques de chaque application à travers l’infrastructure IoT. De plus, nous proposons un nouveau modèle QoS qui prend en compte les préférences de QoS des applications et l’état des éléments de réseau pour allouer efficacement les ressources sur le réseau transport/Internet basé sur SDN tout en maximisant les performances du réseau.----------ABSTRACT: The Internet of Things (IoT) is an integration of various kinds of technologies, wherein heterogeneous objects with capabilities of sensing, actuation, communication, computation, networking, and storage are rapidly developed to collect the data for the users and applications. The IoT vision is to extend the Internet into our everyday lives, so the number of connected devices and innovative applications are growing very fast to bring intelligence into as many domains as possible. The QoS for IoT application not only depends on the Internet network and communication infrastructure, it is also impacted by the operation and performance of IoT sensing infrastructure. Therefore, the new QoS parameters such as data accuracy, sampling rate, and device availability become important for the IoT applications compared to the Internet applications. The huge number of the Internet-connected IoT devices and application, and the spontaneous traffic flow among them make the management of the quality of service complex across the Internet infrastructure. On the other hand, the non-IP devices and their limited capabilities in terms of energy and transmission create the dynamic environment and hinder the direct interaction between devices and applications. The quality of service is becoming one of the critical non-functional IoT element which needs research and studies. A flexible and scalable QoS management mechanism must be implemented in IoT system to keep up with the growth rate of the Internet-connected IoT devices and applications as well as their heterogeneity and diversity. The solution should address the IoT application requirements and user satisfaction while considering the system dynamism, limitations, and characteristics. Software-Defined Networking (SDN) is an emerging paradigm in computer networking which separates the control plane and the data plane of the network elements. It makes the network elements programmable via the centralized control plane. This approach enables more agile management and control over the network behavior. In this thesis, we take advantage of SDN technology as the future of the Internet to offer a flexible and adaptive QoS support scheme for the IoT services. We present an SDN-based middleware to define a QoS management framework to manage the application specific QoS needs across the IoT infrastructure including transport and sensing network. Also, we propose a new QoS model that takes into account the application QoS preferences and the network elements status to allocate effectively the resources for the applications across SDN network while maximizing network performance.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département de génie informatique et génie logiciel
Dissertation/thesis director: Alejandro Quintero and Yann-Gaël Guéhéneuc
Date Deposited: 26 Jun 2018 11:59
Last Modified: 24 Oct 2018 16:13
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/3096/

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