SDN-WISE: Design, prototyping and experimentation of a stateful SDN solution for WIreless SEnsor networks

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1 SDN-WISE: Design, prototyping and experimentation of a stateful SDN solution for WIreless SEnsor networks Universidade Federal Fluminense - UFF Instituto de Computação - IC Disciplina: Engenharia de Redes Prof. Igor Monteiro Moraes, D.Sc. Aluno: André Ricardo C. Saraiva

2 Bibliografia "SDN-WISE: Design, prototyping and experimentation of a stateful SDN solution for WIreless SEnsor networks, Gallucio, L.; Milardo, S.; Morabito, G.; Palazzo, S., in IEEE Conference on Computer Communications (INFOCOM), 2015.

3 Introdução A wireless sensor network (WSN) foi impulsionada devido: Sensores pequenos; Baixo custo; Baixo consumo de energia; Comunicação sem fio; Não necessita de infraestrutura pré-instalada.

4 Introdução As WSN são caracterizados por diferentes cenários de aplicações e implantações existentes. A proposta de usar o OpenFlow para facilitar a manipulação dos pacotes de entrada se dá com a intensão de usar WSN programáveis.

5 Introdução Como a tabela de Fluxo do OpenFlow fornece: Regras de correspondência; Ação a ser executada; Informações estatística.

6 Introdução O OpenFlow proporciona uma rede: Fácil de configurar e gerenciar; Pode evoluir; Facilidade de substituição de nós, uma vez que fabricantes estão produzindo equipamentos compatíveis.

7 Introdução Porém os conceitos de SDN para redes de WSNs e para outras redes sem fio possuem algumas deficiência: Detalhes do protocolo utilizado; Sem avaliações de desempenho das soluções propostas.

8 SDN-WISE SDN-WISE Software Defined Networking for WIreless Sensor networks Este trabalho visa apresentar o Sensor OpenFlow que integra técnicas de implementação com várias linguagens de programação para WSN.

9 Panorama do SDN-WISE O SDN-WISE introduz uma camada que permite que várias redes virtuais atuem na mesma WSN. O WSN é caracterizado por baixa capacidade de memória, processamento e disponibilidade energética, por esta razão permite ciclo de funcionamento.

10 Panorama do SDN-WISE O SDN-WISE pode manipular os pacotes com base no em seu cabeçalho, não só por igualdade de campos como com operadores relacionais.

11 Abordagem do SDN-WISE O SDN-WISE está codificado em três estruturas de dados: WISE Matriz de Estados; Matriz de IDs aceitos; WISE tabela de fluxo.

12 Matriz de Estados - SDN-WISE O SDN-WISE é caracterizado pelo estado atual de um controlador e este estado é uma sequencia de bits Sstate. A Matriz de Estados armazena os valores dos estados atuais

13 Matriz de Ids aceitos - SDN-WISE Cada cabeçalho dos pacotes possui um campo ID especificado e a Matriz de IDs aceitos contém o conjuntos de IDs permitindo que cada nó processe apenas os pacotes com os IDs selecionados.

14 Tabela de Fluxo- SDN-WISE A Tabela de Fluxo contém as regras de correspondência que especifica as condições de entrada do pacote. Se nenhuma correspondência for encontrada, um pedido é enviado ao controlador.

15 Tabela de Fluxo- SDN-WISE A entrada para o controlador na Tabela de Fluxo é diferente e descoberto por todos os nós de forma distribuída. Para isso é executado o Topology Discovery (TD) que processa e troca pacotes com informações sobre nível da bateria e distância em saltos.

16 Tabela de Fluxo- SDN-WISE Essas trocas alimentam a lista com todos os nós vizinhos, sua WSN e seus nível de bateria. Periodicamente a Tabela de Fluxo é enviado ao Gestor de Topologia (TM) para construir uma representação gráfica da rede.

17 WISE-Visor WISE-Visor é quando um controlador atua como proxy entre a rede física e os outros controladores. É análogo ao FlowVisor em redes OpenFlow.

18 Arquitetura do Protocolo - SDN-WISE O Sensor Nodes inclui um transceptor IEEE e uma unidade de micro-controle (MCU) que é responsável pelo encaminhamento especificado pela tabela de fluxo.

19 Arquitetura do Protocolo - SDN-WISE

20 Arquitetura do Protocolo - SDN-WISE In-Network Packet Processing é responsável por concatenar pequenos pacotes que seguem o caminhos semelhantes

21 Arquitetura do Protocolo - SDN-WISE Topology Discovery acessa as camadas das pilhas de protocolos para reunir informações dos nós e controlar o comportamento das camadas. Fornece uma API para camada de aplicação.

22 Arquitetura do Protocolo - SDN-WISE WISE-Visor com o Gestor de Topologia que abstrai recursos da rede. Tem acesso a todas as APIs.

23 Topology Discovery SDN-WISE Todos os sensores periodicamente transmitem um pacote TD. Quando um sensor A recebe um TD do sensor B executas operações: Inserção de B na lista de vizinhos (se não estiver presente) com o RSSI e o nível de bateria; Controla se recebeu recentemente um TD com valor de distância menor; Defini seu nível de bateria; Transmite o pacote TD pelo canal sem fio;

24 Pacotes SDN-WISE

25 Pacotes SDN-WISE Identifica um grupo de controladores que tem interesse no conteúdo do pacote.

26 Pacotes SDN-WISE Utilizado para marcar os pacotes que devem ser entregues mais próximo.

27 Pacotes SDN-WISE Identifica os tipos de mensagens: dados, TD e etc.

28 Pacotes SDN-WISE As regras de correspondência podem especificar até três condições para executar a ação necessária:

29 Pacotes SDN-WISE Campo Operador indica o operador relacional

30 Pacotes SDN-WISE Campo S indica se é um pacote (S=0) ou um estado (S=1)

31 Pacotes SDN-WISE Campo M indica se a entrada é exclusiva (S=0) ou não(s=1)

32 Protótipo SDN-WISE 1. Sensor da Embit modelo BEM-Z2530PA para aplicações LR-WPAN com conectividade IEEE na banda ISM de 2,4Ghz, equipados com 8kB de RAM e 256kB de memória flash; 2. Controlador Desktop equipado com CPU Intel Core 2 Duo 2.4Ghz com 4GB de RAM executando o Microsoft Windows 7 x86 e implementados utilizando Java 7 e utilizando USB 2.0.

33 Protótipo SDN-WISE

34 Cenário SDN-WISE 1. Dispositivo de TI CC2500 ligado via USB a um Beagleboard equipado com uma interface UMTS executando Linux Ubuntu com um servidor remoto do WISE-Visor que recebe os pacotes através do TCP-IP; Demais controladores podem utilizar SOAP ou RMI para comunicar-se com o WISE-Visor.

35 Cenário SDN-WISE Controladores reais que determinam as políticas para a simulação no OMNet ++.

36 Avaliação e Desempenho Foi avaliado apenas o SDN-WISE em teste físico, com 5 sensores conectados ao PC por USB executando o plano de controle com algoritmo Dijkstra. Em cada medição foram enviados 5000 pacotes no intervalo de 15 segundos e com tamanhos de 10, 20 e 30 bytes.

37 Avaliação e Desempenho - RTT Função de Distribuição Acumulativa (CDF) do RTT para diferentes tamanhos de carga útil e diferentes distâncias entre a origem e o nó de destino.

38 Avaliação e Desempenho Eficiência Eficiência para diferentes valores máximos de entrada TTL na tabela de fluxo WISE

39 Avaliação e Desempenho - Resposta

40 Conclusão SDN-WISE é destinada a reduzir a quantidade de informações trocadas entre sensores e controladores. Questões como segurança em resistência a ataques e bugs no software ainda terão que ser exploradas, bem como o mecanismo que exclui uma entrada na tabela de fluxo WISE no caso de congestionamento. SDN-WISE é uma abordagem promissora para WSNs.

41 OBRIGADO!!!

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