IoT traffic flow management in software defined networks

Abstract

In the past few years we have witnessed a growing interest in the Internet of Things (IoT ) concept, which has resulted in new challenges to current and future networks. Each IoT device has been designed to meet a specific objective as well as the environment where these devices are deployed. This implies the creation of IoT subnetworks, where there is a variety of heterogeneous communications. Besides this, due to the increase of devices connected to the Internet, the size and complexity of modern infrastructures deployments have evolved to a state that challenges their management. As the number of connected devices continues to expand, the network capacity is becoming limited and networks are facing a tipping point, as mobile data is also on the rise. The traditional networking approach requires the manual configuration of each network device, which contributes to the increase of costs for network operators as they have to upgrade their networks to meet the current demand. To comply with these objectives, it is necessary to adopt new strategies that are able to integrate this heterogeneity in the devices and also in the network in a stable communication platform and this where the concept of Software Defined Networking (SDN) will contribute. SDN represents a modern networking approach, where the data and control planes are separated which enables a more scalable and flexible network architecture. By leveraging network infrastructures in a scalable and practical way, SDN allows the simplification of the network design and as well as dynamic control, while it reduces the investment in hardware platforms. It provides tools that are implemented through software processes that can be applied centrally and provisioned automatically using orchestration tools. This master thesis aims to show that SDN is a viable tool to manage the increased IoT traffic in the network with high efficiency and to guarantee the QoS demanded by these types of data.

Nos últimos anos tem-se vindo a verificar um interesse cada vez maior no conceito de Internet of Things (IoT), o que resultou em novos desafios para as redes actuais e futuras. Cada dispositivo IoT é desenhado por forma a cumprir um objectivo específico, assim como o ambiente onde estes dispositivos são incorporados. Isto implica a criação de sub-redes onde existe uma variedade de comunicações heterogéneas. Para além disso, devido ao aumento de dispositivos ligados à Internet, o tamanho e complexidade das infraestruturas modernas evoluiu para um nível que desafia a sua gestão. À medida que o número de dispositivos ligados à rede continua a aumentar, a capacidade da mesma começa a ficar limitada, ao mesmo tempo que os operadores de rede enfrentam problemas em gerir o aumento dos dados móveis. A abordagem utilizada pelas redes actuais requer a configuração manual de cada dispositivo de rede, o que contribui para o aumento de custos para os operadores de rede que necessitam de melhorar as suas redes de maneira a ser possível darem resposta à procura. Para cumprir estes objectivos, é necessário adoptar novas estratégias capazes de integrar esta heterogeneidade nos dispositivos e também na rede, numa plataforma de comunicação estável e é neste ponto que o conceito de Software Defined Networking (SDN) pretende endereçar. Estas redes definidas por software representam mecanismos modernos de gestão de redes, onde os planos de controlo e dados são separados, o que permite uma infraestrutura de rede mais escalável e flexível, tornando-se programável através de processos de virtualização. Ao alavancar a infraestrutura da rede de uma forma escalável e prática, o SDN permite a simplificação do design da rede assim como o controlo dinâmico da mesma, ao mesmo tempo que reduz o investimento de hardware. Em adição, fornece ferramentas que são implementadas através de processos de software que podem ser aplicados centralmente e provisionados automaticamente usando ferramentas de orquestração. Esta dissertação tem como objectivo demonstrar a viabilidade dos mecanismos SDN na gestão de alta eficiência de tráfego IoT e na garantia da qualidade de serviço (QoS) exigida por este tipo de tráfego.