Descarregamento de Tráfego de Redes IoT/Edge por Transmissões de Múltiplos Fluxos

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Silva, Celso Ferreira Da [UNIFESP]
• Orientador(a): Kimura, Bruno Yuji Lino [UNIFESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
• Palavras-chave em Português: Infraestrutura De Iot/Edge; Machine-To-Machine; MPTCP
• Palavras-chave em Inglês: Iot/Edge Infrastructure; Machine-To-Machine; MPTCP
• Link de acesso: https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=10889467; https://repositorio.unifesp.br/xmlui/handle/11600/64928

O paradigma de Internet das Coisas, ou Internet of Things (IoT), prevê o desenvolvimento de soluções tecnológicas para diversos domínios de aplicações disruptivas, como cidades inteligentes, energia inteligente, casas inteligentes, realidade aumentada, saúde inteligente, entre outros. Com a implantação de infraestruturas de IoT em suporte a essas aplicações, tem se observado o crescente volume de dados gerados nas redes de acesso. Nesse contexto, a Computação de Borda, ou Edge Computing (Edge) surge como uma extensão do paradigma de Computação em Nuvem (Cloud Computing) para tratar os impactos do aumento da produção de dados nas redes de acesso, trazendo a operação sobre esses dados (armazenamento, processamento, análise e consumo) ou parte dele para perto de onde esses dados são produzidos, i.e., nas redes de acesso. Nesta dissertação de mestrado, considera-se as infraestruturas mistas, denominadas IoT/Edge. O objeto de investigação é o descarregamento de fluxos Machine to Machine (M2M), contendo dados capturados por sensores presentes na infraestrutura de IoT/Edge que devem ser transportados para o servidor destinatário, remotamente localizado em uma infraestrutura de Computação em Nuvem. Diferente das abordagens existentes, o descarregamento de dados proposto neste trabalho habilita na infraestrutura de IoT/Edge a capacidade de transmissão concorrente por múltiplos caminhos Concurrent Multipath Transfer (CMT). Embora as transmissões CMT sejam aplicadas em diversos cenários na Internet, e.g., aplicações de usuários, redes de centro de dados, rede de acesso híbrido; pouco se conhece sobre o seus benefícios em infraestruturas de IoT/Edge. Neste contexto, esta dissertação apresenta uma investigação dos impactos CMT sobre o desempenho de tráfego de fluxos de dados M2M em infraestruturas de IoT/Edge. Para tanto, um novo nó é introduzido nessa infraestrutura, denominado MultiPath Proxy (MPP), prototipado para habilitar capacidade CMT sobre os fluxos M2M na Internet. Tal capacidade é provida pelo suporte do Protocolo de Controle de Transmissão de Múltiplos Caminhos, ou MultiPath Transmission Control Protocol (MPTCP), que é a principal solução de propósito geral CMT existente atualmente. Nesse cenário específico, uma nova arquitetura de acesso múltiplo IoT foi implementada, considerando um gateway MPP com o MPTCP conectado a diferentes redes de operadoras móveis para descarregar o tráfego de dados M2M. Resultados experimentais a partir de tráfego Constrained Application Protocol (CoAP) emulado na arquitetura implementada indicam que o sistema proposto, com o suporte do MPTCP, melhoram o desempenho das aplicações IoT. O descarregamento de tráfego de dados M2M baseado em múltiplos caminhos aumenta consideravelmente a vazão, enquanto reduz significativamente a latência das solicitações CoAP conforme o número de sensores de rede aumenta. Especificamente, quando o nó MPP melhora sua capacidade multipath de 1 para 3 redes de acessos, resultados experimentais mostraram um aumento de vazão de 2000 para 6000 requisições CoAP por segundo e uma redução de 275 para 100 ms.