[論文レビュー] COOJA Network Simulator: Exploring the Infinite Possible Ways to Compute the Performance Metrics of IOT Based Smart Devices to Understand the Working of IOT Based Compression & Routing Protocols.

Tayyab Mehmood|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2017

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 5被引用数 24

ひとこと要約

本論文は、COOJAネットワークシミュレータを用いたシミュレーションベースの分析を通じて、IoT用圧縮およびルーティングプロトコルの検証を提案しており、6LoWPANおよびRPLプロトコルが低消費電力で損失の大きい無線ネットワークにおける効率的なIPv6通信を可能にすることを示している。実時間でのIoTモーティングトポロジのエミュレーションを通じて、エネルギー効率、パケット配信、ルーティング動作といったパフォーマンス指標が評価されている。

ABSTRACT

This paper demonstrates the scheme regarding Internet of Things (IOT) which is well thought-out the next generation of Internet. IOT explicitly elaborates the assimilation of human beings and physical systems, as they can cooperate with each other so leading towards a sort of encroachment in networking by interconnecting things together while making use of wireless embedded systems, said to be the building blocks of IOT, that are capable to be given an IP address and thus making them part of the global internet. Several essential approaches that entail in IOT and supports this innovation are being argued in this paper. 6LoWPAN (IPV6 Low Power Personal Area Networks) is a protocol used to appropriately and efficiently use IPV6 addresses. Control messages of RPL routing protocol for low power devices are discussed to understand the working of RPL protocol. In the end Contiki OS based COOJA Network simulator is used to demonstrate the working of how these routing and compression protocol works in real time simulation.

研究の動機と目的

• 制限された無線環境におけるIoTベースの圧縮およびルーティングプロトコルのパフォーマンスを分析すること。
• 6LoWPANおよびRPLが低消費電力で損失の大きいネットワーク（LLNs）におけるIPv6通信を効果的に可能にする有効性を評価すること。
• COOJAシミュレータを用いて、エネルギー消費やネットワークトラフィックといった主要なパフォーマンス指標の可視化および測定を行うことの実用性を示すこと。
• 損失の大きいラジオリンクがIoTセンサーネットワークにおけるルーティング効率とエネルギーの無駄遣いに与える影響を理解すること。

提案手法

• IoTモーティングネットワークのエミュレーションに、Contiki OSと統合されたCOOJAネットワークシミュレータを活用する。
• 低消費電力デバイスにおけるIPv6アドレッシングを可能にするために6LoWPANを導入し、アプリケーションゲートウェイの必要性を低減する。
• LLNsにおける効率的なマルチポイントツーマルチポイント（MP2P）およびワンツーマンリーフ（P2MP）ルーティングを確立するため、RPLルーティングプロトコルを実装する。
• 色分けされたタイムラインウィンドウを用いて、送信（青）、受信（緑）、干渉（赤）、およびトランceーバーの電力状態（白、グレー、赤）を可視化する。
• 電力消費、パケット配信率、制御メッセージのオーバーヘッドといったシミュレーションメトリクスを通じてパフォーマンスを測定する。
• 実時間シミュレーションデータを用いて、損失の大きいラジオリンクがスループット、信頼性、エネルギー効率に与える影響を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 6LoWPANおよびRPLプロトコルは、低消費電力で損失の大きい無線ネットワークにおいて、どのように効率的なIPv6通信を実現するか？
• RQ2 損失の大きいラジオリンクは、IoTセンサーネットワークにおけるエネルギー消費とデータスループットにどのような影響を与えるか？
• RQ3 COOJAシミュレータは、IoTモーティングシミュレーションにおける電力状態、ラジオ活動、ネットワークトラフィックを可視化および定量的に評価するためにどのように活用できるか？
• RQ4 制御メッセージのオーバーヘッドと再送信は、損失の大きいラジオ環境において、エネルギーの無駄遣いにどの程度寄与しているか？
• RQ5 RPLにおける動的ルーティング戦略は、IoTネットワークにおけるエネルギー効率をどのように向上させるか？

主な発見

• 損失の大きいラジオリンクは、損失のないネットワークと比較してデータレートを約半分に低下させ、スループットに顕著な影響を与える。
• 屋外および屋内における損失の大きい環境では、環境的要因およびパケット再送信のため、エネルギーの50％から80％が無駄に消費される。
• RPLは、制御パケットの送信レートを動的に制御し、必要に応じてルーティングトポロジを再構成することで、エネルギー消費を低減する。
• COOJAは、色分けされたタイムラインを通じて、電力状態、ラジオ送信・受信、干渉をリアルタイムで可視化できる。
• 6LoWPANとIPv6の統合により、リソース制限のあるデバイスがアプリケーションゲートウェイを介さずに直接グローバルインターネットに参加できる。
• シミュレーション結果は、COOJAがIoTプロトコル評価のためのエネルギー効率やルーティングパフォーマンスを含むネットワーク動作を効果的にモデル化できることを確認している。