Edge Computing Supported Monitoring System In Multi-Hop Low Power Lossy Networks

Abstract

Keywords

• Nesnelerin İnterneti (IoT)
• 6LoWPAN
• Cooja
• Contiki-NG.

Düşük Güçlü, Kayıplı Ağlarda Rpl Yönlendirme ve Kenar İşleme Destekli, Merkezi Yönetime Sahip İzleme Sistemi

Abstract

Son yıllarda, nesnelerin internetindeki cihaz sayısının devasa artışı sebebiyle, cihazların IPv6 destekli olması önem kazanmaktadır. Düşük güçlü cihazlarda IPv6’ya uyumlu olması amacıyla kullanılan 6LowPAN teknolojisi ve bu teknolojiyi kullanan ağlara özgü izleme mekanizmalarının önemi her geçen gün artmaktadır. Çalışmamızda 6lowPAN ağlarında sensör verilerini yönetmek, izlemek, gerektiğinde kritik verileri buluta göndermek için bir mimari önerilmiş ve benzetimi ile uygulaması yapılmıştır. Uygulamada kullanılan teknolojiler kenar işleme, CoAP (kısıtlı uygulama protokolü), 6LowPAN, düşük güçlü ve kayıplı ağlar için yeni nesil işletim sistemi Contiki-NG, Cooja benzetim programı, RPL yönlendirme protokolü, MQTT mesajlaşma protokolü ve Python uygulamalarıdır. Cooja benzetim programında yerleştirdiğimiz düğümler çok atlamalı bir şekilde yönlendiriciye veri gönderebilmekte, yönlendirici üzerinden düğümlerden veri istenebilmektedir. Yönlendiriciye bağlı bir kenar işleme uygulaması verileri istenen zaman aralıklarıyla alabilmekte, kritik durumlarda bunu buluta gönderebilmektedir. Uygulamamızda çok atlamalı iletişim için RPL yönlendirme protokolü, düğümler ile uygulamamız arasındaki veri iletişimi için CoAP protokolü, veri toplama ve kenar işleme işlemleri için Python programlama dili, veri tabanı olarak SQLite kullanılmaktadır. Kenar ile bulutun iletişimi için abone ol/yayımla mekanizmasına sahip olan MQTT iletişim protokolü kullanılmaktadır. Literatürde kenar işleme amaçlı grafik ara yüzüne sahip bir uygulamaya rastlanılamamış olup, geliştirdiğimiz uygulamanın merkezi bir şekilde yönetim işlevi olmasının da literatüre katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Uygulamamızın benzetim üzerinde sorunsuz bir şekilde çalıştığı görülmüş olup, grafik ara yüzlü kolay kullanımı sayesinde askeri, sağlık, tarım, hayvancılık, endüstri gibi birçok alanda kullanılabileceğini düşünmekteyiz.

Keywords

• Nesnelerin İnterneti (IoT)
• 6LoWPAN
• Cooja
• Contiki-NG.

References

1. [1] Y. Kim and J. Paek, “NG-RPL for efficient P2P routing in low-power multihop wireless networks,” IEEE Access, vol. 8, pp. 182591–182599, 2020.
2. [2] I. Tomasic, K. Khosraviani, P. Rosengren, M. Jornten-Karlsson, and M. Linden, “Enabling IoT based monitoring of patients’ environmental parameters: Experiences from using OpenMote with OpenWSN and Contiki-NG,” 2018 41st Int. Conv. Inf. Commun. Technol. Electron. Microelectron. MIPRO 2018 - Proc., pp. 330–334, 2018.
3. [3] H. Kharrufa, H. A. A. Al-Kashoash, and A. H. Kemp, “RPL-Based Routing Protocols in IoT Applications: A Review,” IEEE Sens. J., vol. 19, no. 15, pp. 5952–5967, 2019.
4. [4] B. R. Al-Kaseem, Y. Al-Dunainawi, and H. S. Al-Raweshidy, “End-to-end delay enhancement in 6LoWPAN testbed using programmable network concepts,” IEEE Internet Things J., vol. 6, no. 2, pp. 3070–3086, 2019.
5. [5] M. Silva, D. Cerdeira, S. Pinto, and T. Gomes, “Operating Systems for Internet of Things Low-End Devices: Analysis and Benchmarking,” IEEE Internet Things J., vol. 6, no. 6, pp. 10375–10383, 2019.
6. [6] M. N. Napiah, M. Y. I. Bin Idris, R. Ramli, and I. Ahmedy, “Compression Header Analyzer Intrusion Detection System (CHA - IDS) for 6LoWPAN Communication Protocol,” IEEE Access, vol. 6, pp. 16623–16638, 2018.
7. [7] A. H. Farea and K. Küçük, “Detections of IoT Attacks via Machine Learning-Based Approaches with Cooja,” EAI Endorsed Trans. Internet Things, vol. 7, no. 28, pp. 1–12, 2022.
8. [8] X. Vilajosana, T. Watteyne, T. Chang, M. Vucinic, S. Duquennoy, and P. Thubert, “IETF 6TiSCH: A Tutorial,” IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol. 22, no. 1, pp. 595–615, 2020.

9. [9] R. K. Das, N. Ahmed, F. H. Pohrmen, A. K. Maji, and G. Saha, “6LE-SDN: An Edge-Based Software-Defined Network for Internet of Things,” IEEE Internet Things J., vol. 7, no. 8, pp. 7725–7733, 2020.
10. [10] H. S. Kim, J. Ko, D. E. Culler, and J. Paek, “Challenging the IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks (RPL): A Survey,” IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol. 19, no. 4, pp. 2502–2525, 2017.
11. [11] H. Fujita, Y. Tanaka, K. Mori, and F. Teraoka, “Efficient RPL Tree Construction Using Passive Link Quality Estimation,” Proc. - 2021 9th Int. Symp. Comput. Netw. Work. CANDARW 2021, pp. 8–14, 2021.
12. [12] R. Herrero, “Dynamic CoAP Mode Control in Real Time Wireless IoT Networks,” IEEE Internet Things J., vol. 6, no. 1, pp. 801–807, 2019.
13. [13] B. Mishra and A. Kertesz, “The use of MQTT in M2M and IoT systems: A survey,” IEEE Access, vol. 8, pp. 201071–201086, 2020.
14. [14] S. Sinche et al., “A Survey of IoT Management Protocols and Frameworks,” IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol. 22, no. 2, pp. 1168–1190, 2020.
15. [15] J. Esquiagola, M. Manini, A. Aikawa, L. Yoshioka, and M. Zuffo, “Monitoring Indoor Air Quality by using IoT Technology,” Proc. 2018 IEEE 25th Int. Conf. Electron. Electr. Eng. Comput. INTERCON 2018, pp. 18–21, 2018.
16. [16] H. Khlaifi, A. Zrelli, and T. Ezzedine, “Routing Protocols for A Border Monitoring Application,” 2019 Int. Conf. Internet Things, Embed. Syst. Commun. IINTEC 2019 - Proc., pp. 1–6, 2019.
17. [17] A. P. Plageras, K. E. Psannis, C. Stergiou, H. Wang, and B. B. Gupta, “Efficient IoT-based sensor BIG Data collection–processing and analysis in smart buildings,” Futur. Gener. Comput. Syst., vol. 82, pp. 349–357, 2018.
18. [18] “Digital Ocean Website.” https://www.digitalocean.com/. (18.01.2023)