[논문 리뷰] SDN Based QoS Provision in WSN Technologies

Babedi Betty Letswamotse, Kgotlaetsile Mathews Modieginyane외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 27.

Energy Efficient Wireless Sensor Networks참고 문헌 6인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 기반 아키텍처를 제안하여 무선 센서 네트워크(WSNs)에서 품질의 서비스(QoS)를 향상시킨다. 제어를 중앙집중화하고 동적이고 정책 기반의 자원 관리를 가능하게 함으로써, 최적화된 라우팅, 로드 밸런싱, 장애 내성 기능을 통해 복잡한 응용 중심의 WSN 환경에서 네트워크 효율성과 신뢰성을 향상시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 증가하는 응용 프로그램과 사용자 요구로 인해 증가하는 복잡성과 QoS 과제를 해결하기 위해 무선 센서 네트워크(WSNs)의 복잡성과 QoS 과제를 다루기 위해.
• 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 원칙을 도입하여 제어를 중앙집중화하고 네트워크 관리를 향상시켜 WSN의 QoS를 향상시키기 위해.
• 실시간으로 다양한 응용 요구 사항을 충족시키기 위해 동적이고 정책 기반의 자원 할당 및 트래픽 관리를 가능하게 하기 위해.
• 중앙집중식 지능과 프로그래머블 제어 평면을 통해 WSN의 확장성, 장애 내성, 네트워크 효율성을 향상시키기 위해.
• WSN을 인터넷의 사물(IoT)에 원활하게 통합하기 위해 적응성과 서비스 품질을 향상시키기 위해.

제안 방법

• OpenFlow 유사 프로토콜을 사용하여 중앙집중식 SDN 컨트롤러가 여러 WSN을 관리하는 하이브리드 SDN-WSN 아키텍처를 제안하기 위해.
• 네트워크 상태 수집, QoS 정책 시행, 센서 노드의 전달 규칙 동적 구성 기능을 수행하는 제어 평면을 구현하기 위해.
• WSN 노드와의 통신을 위해 사하라 인터페이스를 사용하여 데이터 흐름 및 자원 할당의 실시간 모니터링과 구성 기능을 가능하게 하기 위해.
• 응용 프로그램 기반 메트릭(지연, 제트, 신뢰성 등)을 기반으로 중요한 데이터를 우선순위 처리하기 위해 컨트롤러에 QoS 인식 라우팅 알고리즘을 도입하기 위해.
• 중앙집중식 의사결정을 통해 로드 밸런싱 및 장애 복구 메커니즘을 적용하여 네트워크 안정성과 성능을 유지하기 위해.
• 고위계층 응용 프로그램에 QoS 정책을 노출하기 위해 노스바운드 인터페이스를 활용하여 실시간 요구 사항 변화에 동적 적응 가능성을 제공하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDN 원칙은 어떻게 효과적으로 WSN에서 QoS 제공을 향상시키는 데 적용될 수 있는가?
• RQ2 기존 WSN 프로토콜과 네트워크 구조에 SDN을 통합하기 위해 어떤 아키텍처적 변화가 필요한가?
• RQ3 중앙집중식 제어는 WSN에서 지연, 제트, 패킷 손실 등의 QoS 메트릭을 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 제안된 SDN-WSN 아키텍처는 대규모 센서 배포 환경에서 확장성과 장애 내성을 어떻게 향상시키는가?
• RQ5 컨트롤러 기반 모델은 실시간으로 이질적인 IoT 응용 프로그램의 다양한 QoS 요구 사항을 어떻게 지원할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 SDN 기반 아키텍처는 WSN에서 동적이고 정책 기반의 네트워크 제어를 가능하게 하여 QoS 제공에 상당한 향상을 이룬다.
• 중앙집중식 제어는 네트워크 오버헤드를 감소시키고 QoS가 중요한 데이터 전송에 대한 반응 시간을 향상시킨다.
• 빠른 장애 노드 탐지 및 재구성 기능을 통해 아키텍처는 향상된 장애 내성을 보여준다.
• 컨트롤러 내의 로드 밸런싱 메커니즘은 균형 잡힌 에너지 소비를 이끌어내고 네트워크 수명을 연장시킨다.
• QoS 인식 라우팅 알고리즘의 통합은 시간 민감한 응용 프로그램에서 종단 간 지연과 제트를 감소시킨다.
• 이 접근 방식은 확장 가능한 배포와 IoT 기반 WSN 환경에서 다양한 응용 요구 사항에 대한 원활한 적응을 지원한다.