Towards a software defined network based multi-domain architecture for the internet of things

Abstract

The current communication networks are heterogeneous, with a diversity of devices and services that challenge traditional networks, making it difficult to meet quality of service (QoS) requirements. With the advent of software-defined networks (SDN), new tools have emerged to design more flexible networks. SDN offers centralized management for data streams in distributed sensor networks. Thus, the main goal of this dissertation is to investigate a solution that meets the QoS requirements of traffic originating on Internet of Things (IoT) devices. This traffic is transmitted to the Internet in a distributed system with multiple SDN controllers. To achieve the goal, we designed a multi-controller network topology, each managed by its controller. Communication between the domains is done via an SDN traffic domain with the Open Network Operating System (ONOS) controller SDN-IP application. We also emulated a network to test QoS through OpenvSwitch queues. The goal is to create traffic priorities in a network with traditional and simulated IoT devices. According to our tests, we have been able to ensure the SDN inter-domain communication and have proven that our proposal is reactive to a topology failure. In the QoS scenario we have shown that through the insertion of OpenFlow rules, we are able to prioritize traffic and provide guarantees of quality of service. This proves that our proposal is promising for use in scenarios with multiple administrative domains.

As redes atuais de comunicação são heterogéneas, com uma diversidade de dispositivos e serviços, que desafiam as redes tradicionais, dificultando a satisfação dos requisitos de qualidade de serviço (QoS). Com o advento das Redes Definidas por Software (SDN), novas ferramentas surgiram para projetar redes mais flexíveis. O SDN oferece uma gestão centralizada para os fluxos de dados em redes distribuídas de sensores. Assim, o principal objetivo desta dissertação é de investigar uma solução que cumpra os requisitos de QoS do tráfego originado em dispositivos de Internet das coisas (IoT). Este tráfego é transmitido para a Internet, num sistema distribuído com múltiplos controladores SDN. Para atingir o objetivo, projetamos uma topologia de rede com múltiplos domínios, cada um gerido pelo seu controlador. A comunicação entre os domínios, é feita através dum domínio de trânsito SDN com a aplicação SDN-IP do controlador Sistema Operativo de Rede Aberta (ONOS). Emulamos também uma rede para testar a QoS através de filas de espera do OpenvSwitch. O objetivo é criar prioridades de tráfego numa rede com dispositivos tradicionais e de IoT simulados. De acordo com os testes realizados, conseguimos garantir a comunicação entre domínios SDN e comprovamos que a nossa proposta é reativa a uma falha na topologia. No cenário do QoS demostramos que, através da inserção de regras OpenFlow, conseguimos priorizar o tráfego e oferecer garantias de qualidade de serviço. Desta forma comprovamos que a nossa proposta é promissora para ser utilizada em cenários com múltiplos domínios administrativos.