[論文レビュー] SDN Based QoS Provision in WSN Technologies

Babedi Betty Letswamotse, Kgotlaetsile Mathews Modieginyane+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 27, 2017

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 6被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、制御の集中化と動的でポリシー駆動のリソース管理を可能にするSDNベースのアーキテクチャを提案し、無線センサネットワーク（WSNs）におけるサービス品質（QoS）を向上させることを目的としている。ソフトウェア定義ネットワーキング（SDN）の原則を統合することにより、最適化されたルーティング、負荷分散、障害耐性を実現し、応用指向の複雑なWSN環境において、ネットワークの効率性と信頼性が向上することを示している。

ABSTRACT

Wireless Sensor Networks (WSNs) have rapidly progressed over the years, they are now applied in health care systems, home automation, security surveillance, disaster management and more. With this rapid growth in the number of users and applications leading to WSNs becoming increasingly complex, this growth makes high demands on WSNs to provide the requirements of every user and application that uses them. They have recently been envisioned to be integrated into Internet of Things (IoT), their role will be to provide sensing services to the ever increasing community of internet users. However even with so much potential, WSNs still experience issues in node deployment, fault tolerance, scalability and Quality of Service (QoS) provisioning amongst others. In this paper we propose to improve QoS provisioning by introducing Software Defined principles into WSN technologies.

研究の動機と目的

• 増加する応用とユーザー要件に伴い、無線センサネットワーク（WSNs）における複雑さとQoS課題を解決すること。
• ソフトウェア定義ネットワーキング（SDN）の原則を導入することで、制御の集中化とネットワーク管理の向上を図り、WSNsにおけるQoSを改善すること。
• リアルタイムで多様な応用要件に応じた動的でポリシー駆動のリソース割り当てとトラフィック管理を可能にすること。
• 集中知能とプログラマブルな制御プレーンを活用して、WSNsにおけるスケーラビリティ、障害耐性、ネットワーク効率を向上させること。
• WSNsをインターネットオブシングス（IoT）にシームレスに統合するために、適応性とサービス品質の向上を図ること。

提案手法

• OpenFlowに類似したプロトコルを用いて、集中型SDNコントローラが複数のWSNsを管理するハイブリッドSDN-WSNアーキテクチャを提案すること。
• ネットワーク状態の収集、QoSポリシーの実行、センサノードにおける転送ルールの動的設定を可能にする制御プレーンを実装すること。
• WSNノードとの通信にサウスバウンドインターフェースを活用し、データフローとリソース割り当てのリアルタイム監視および設定を可能にすること。
• 応用固有の指標（遅延、ジタ、信頼性など）に基づいて、重要なデータを優先するQoS対応ルーティングアルゴリズムをコントローラに導入すること。
• 集中型意思決定を通じて負荷分散および障害回復メカニズムを適用し、ネットワークの安定性とパフォーマンスを維持すること。
• 上位レイヤーのアプリケーションにQoSポリシーを公開するノースバウンドインターフェースを活用し、変化する要件に動的に適応可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDNの原則をどのように効果的にWSNsにおけるQoS提供に応用できるか？
• RQ2 既存のWSNプロトコルおよびトポロジにSDNを統合するために、どのようなアーキテクチャ的変更が必要か？
• RQ3 集中制御がWSNsにおける遅延、ジタ、パケット損失といったQoS指標をどの程度改善できるか？
• RQ4 提案されたSDN-WSNアーキテクチャは、大規模センサ展開におけるスケーラビリティと障害耐性をどのように向上させるか？
• RQ5 コントローラベースのモデルは、リアルタイムで多様なQoS要件を満たす、異種のIoTアプリケーションを効果的にサポートできるか？

主な発見

• 提案されたSDNベースのアーキテクチャは、WSNsにおける動的でポリシー駆動のネットワーク制御を可能にすることで、QoS提供の大幅な向上を実現した。
• 集中制御によりネットワークオーバーヘッドが低減し、QoSに重要なデータ伝送に対する応答時間が改善された。
• 迅速な障害ノード検出と再構成により、アーキテクチャは強化された障害耐性を示した。
• コントローラ内での負荷分散メカニズムにより、エネルギー消費が均等化され、ネットワーク寿命が延長された。
• QoS対応ルーティングアルゴリズムの統合により、時間的制約のあるアプリケーションにおけるエンドツーエンド遅延とジタが低減した。
• 本アプローチは、IoT対応WSN環境におけるスケーラブルな展開と、多様な応用要件へのシームレスな適応を可能にした。