[논문 리뷰] 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)|2017. 12. 22.

Energy Efficient Wireless Sensor Networks참고 문헌 5인용 수 24

한 줄 요약

이 논문은 COOJA 네트워크 시뮬레이터를 사용하여 IoT 압축 및 라우팅 프로토콜의 시뮬레이션 기반 분석을 제안하며, 6LoWPAN과 RPL 프로토콜이 저전력, 손실이 많은 무선 네트워크에서 효율적인 IPv6 통신을 가능하게 하는 방식을 입증한다. 실시간으로 IoT 모트(topology)를 에뮬레이션함으로써 에너지 효율성, 패킷 전달률, 라우팅 행동과 같은 성능 메트릭을 평가한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 제약 조건이 있는 무선 환경에서 IoT 기반 압축 및 라우팅 프로토콜의 성능을 분석하기 위해.
• 저전력, 손실이 많은 네트워크(LLNs)에서 IPv6 통신을 가능하게 하는 6LoWPAN과 RPL의 효과성을 평가하기 위해.
• 에너지 소비 및 네트워크 트래픽과 같은 핵심 성능 메트릭을 시각화하고 측정하기 위해 COOJA 시뮬레이터의 사용을 입증하기 위해.
• 손실이 많은 라디오 링크가 IoT 센서 네트워크의 라우팅 효율성과 에너지 낭비에 미치는 영향을 이해하기 위해.

제안 방법

• IoT 모트 네트워크를 에뮬레이션하기 위해 Contiki OS와 통합된 COOJA 네트워크 시뮬레이터를 사용한다.
• 저전력 장치에서 IPv6 주소 체계를 가능하게 하기 위해 6LoWPAN을 구현하여 애플리케이션 게이트웨이의 필요성을 줄인다.
• LLNs에서 효율적인 다중점 대 다중점(MP2P) 및 단일점 대 다수점(P2MP) 라우팅을 수립하기 위해 RPL 라우팅 프로토콜을 구현한다.
• 라디오 전송(파란색), 수신(초록색), 간섭(빨간색), 트랜ce이버 전력 상태(흰색, 회색, 빨간색)를 보여주는 타임라인 창을 사용해 네트워크 동작을 시각화한다.
• 전력 소비, 패킷 전달 비율, 제어 메시지 오버헤드와 같은 시뮬레이션 메트릭을 통해 성능을 측정한다.
• 실시간 시뮬레이션 데이터를 사용해 손실이 많은 라디오 링크가 대역폭, 신뢰성, 에너지 효율성에 미치는 영향을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 6LoWPAN과 RPL 프로토콜은 저전력, 손실이 많은 무선 네트워크에서 효율적인 IPv6 통신을 어떻게 가능하게 하는가?
• RQ2 손실이 많은 라디오 링크는 IoT 센서 네트워크에서 에너지 소비와 데이터 전송 속도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 COOJA 시뮬레이터를 사용하여 IoT 모트 시뮬레이션에서 전력 상태, 라디오 활동, 네트워크 트래픽을 어떻게 시각화하고 정량화할 수 있는가?
• RQ4 제어 메시지 오버헤드와 재전송은 손실이 많은 라디오 환경에서 에너지 낭비에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 RPL의 동적 라우팅 전략은 IoT 네트워크에서 에너지 효율성을 어떻게 향상시키는가?

주요 결과

• 손실이 많은 라디오 링크는 손실이 없는 네트워크 대비 데이터 전송 속도를 약 절반으로 줄여 대역폭에 심각한 영향을 미친다.
• 실외 및 실내 손실 환경에서 환경적 요인과 패킷 재전송으로 인해 약 50%에서 80%의 에너지가 낭비된다.
• RPL은 제어 패킷의 전송 속도를 동적으로 제어하고 필요할 때만 라우팅 토폴로지 구조를 조정함으로써 에너지 소비를 줄인다.
• COOJA는 색상 기반 타임라인을 통해 전력 상태, 라디오 전송, 수신, 간섭을 실시간으로 시각화할 수 있다.
• 6LoWPAN과 IPv6의 통합을 통해 자원이 제한된 장치가 애플리케이션 게이트웨이 없이도 직접 글로벌 인터넷에 참여할 수 있다.
• 시뮬레이션 결과는 COOJA가 IoT 프로토콜 평가를 위한 에너지 효율성과 라우팅 성능을 포함한 네트워크 행동을 효과적으로 모델링할 수 있음을 확인한다.