Supporting real-time communications using SDN-based MQTT

Abstract

The dissemination of devices typically used in the context of the Internet of Things in the industrial environment led to the adoption of protocols typical of these applications. Such protocols, however, were not designed for the industrial context and consequently do not support the Quality-of-Service level typically required in this type of environment, namely in terms of reliability and timeliness of the communications. One of the protocols typically used is MQTT, which, despite providing some Quality of Services mechanisms, does not fulfill for the requirements demanded by industrial environments. However, the use of Software-Defined Networking protocols can help to mitigate the limitations of the typical protocols of such equipment, complementing them with suitable Quality-of-Service mechanisms. MQTT v5.0 opened the possibility to extend the protocol through user defined properties. In this sense, this work proposes to use these properties and integrate the MQTT protocol with the OpenFlow protocol, allowing the Internet of Things devices to take advantage of the quality of services existing in Open- Flow to enable its use in industrial applications.

A disseminação de dispositivos tipicamente utilizados no âmbito da Internet das Coisas no meio industrial levou à adoção neste ambiente dos protocolos típicos dessas aplicações. No entanto, esses protocolos não foram projetados para o contexto industrial e como tal não suportam os níveis de qualidade de serviço exigidos neste tipo de ambiente, nomeadamente no que toca à fiabilidade e pontualidade das comunicações. Um dos protocolos tipicamente utilizados é o MQTT que, apesar de apresentar alguns mecanismos de qualidade de serviço, não oferece as garantias necessárias em ambientes industriais. No entanto, a utilização de protocolos de rede definida por software pode ajudar a mitigar as limitações destes protocolos, complementando-os com os serviços de qualidade disponíveis nos protocolos como OpenFlow. O MQTT v5.0 abriu a possibilidade de estender o protocolo através propriedades definidas pelo utilizador, as chamadas user properties. Nesse sentido, este trabalho propõe tirar partido dessas propriedades e integrar o protocolo MQTT com o protocolo OpenFlow, permitindo aos equipamentos de Internet das Coisas tirar proveito dos mecanismos de qualidade de serviço existentes no OpenFlow.