Otimização de Tráfego IoT-LoRaWAN Usando Programação de Plano de Dados em P4

  • Alexandre Heideker UFABC
  • Dener Silva UFABC
  • João Henrique Kleinschmidt UFABC
  • Carlos Kamienski UFABC

Resumo


A rápida adoção de tecnologias de Internet das Coisas (IoT) gera uma demanda crescente por soluções que garantam a escalabilidade das aplicações. O número cada vez maior de dispositivos IoT gera um aumento proporcional no tráfego na borda da rede. A programação do plano de dados permite que os dispositivos de rede, ora destinados a funções específicas e bem definidas, possam se comportar de forma não padronizada, abrindo caminho para novas abordagens na solução de problemas. Este artigo apresenta uma solução de otimização de tráfego IoT com LoRaWAN, usando um filtro implementado na linguagem P4 para o plano de dados na plataforma P4Pi. Os resultados experimentais mostram que o filtro LoRaWAN P4 diminui a carga na CPU, o atraso e a perda de pacotes, comprovando a viabilidade do uso da programação no plano de dados para tornar a borda da rede mais versátil.

Referências

Agrawal, A. and Kim, C. (2020). Intel tofino2-a 12.9 tbps p4-programmable ethernet switch. In 2020 IEEE Hot Chips 32 Symposium (HCS), pages 1-32. IEEE Computer Society.

Bosshart, P., Daly, D., Gibb, G., Izzard, M., McKeown, N., Rexford, J., Schlesinger, C., Talayco, D., Vahdat, A., Varghese, G., et al. (2014). P4: Programming protocol-independent packet processors. ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 44(3):87-95.

Ericsson, T. L. (2019). Growth of the internet of things and in the number of connected devices is driven by emerging applications and business models, and supported by standardization and falling device costs. In Internet of Things number of connected devices worldwide 2015-2025. Ericsson Co. [Online; accessed 25-October-2021].

Hauser, F., Häberle, M., Merling, D., Lindner, S., Gurevich, V., Zeiger, F., Frank, R., and Menth, M. (2021). A survey on data plane programming with p4: Fundamentals, advances, and applied research. arXiv preprint arXiv:2101.10632.

Ibanez, S., Brebner, G., McKeown, N., and Zilberman, N. (2019). The p4-¿ netfpga workflow for line-rate packet processing. In Proceedings of the 2019 ACM/SIGDA International Symposium on Field-Programmable Gate Arrays, pages 1-9.

Laki, S., Stoyanov, R., Kis, D., Soulé, R., Vörös, P., and Zilberman, N. (2021). P4pi: P4 on raspberry pi for networking education. ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 51(3):17-21.

Madureira, A. L. R., Araújo, F. R. C., and Sampaio, L. N. (2020). On supporting iot data aggregation through programmable data planes. Computer Networks, 177:107330.

Queté, B., Heideker, A., Zyrianoff, I., Ottolini, D., Kleinschmidt, J. H., Soininen, J.-P., and Kamienski, C. (2020). Understanding the tradeoffs of lorawan for iot-based smart irrigation. In 2020 IEEE International Workshop on Metrology for Agriculture and Forestry (MetroAgriFor), pages 73-77. IEEE.

Raza, U., Kulkarni, P., and Sooriyabandara, M. (2017). Low power wide area networks: An overview. ieee communications surveys & tutorials, 19(2):855-873.

Resner, D., de Araujo, G. M., and Fröhlich, A. A. (2018). Design and implementation of a cross-layer iot protocol. Science of Computer Programming, 165:24-37.

Sapio, A., Abdelaziz, I., Aldilaijan, A., Canini, M., and Kalnis, P. (2017). In-network computation is a dumb idea whose time has come. In Proceedings of the 16th ACM Workshop on Hot Topics in Networks, pages 150-156.

Scholz, D., Oeldemann, A., Geyer, F., Gallenmüller, S., Stubbe, H., Wild, T., Herkersdorf, A., and Carle, G. (2019). Cryptographic hashing in p4 data planes. In 2019 ACM/IEEE Symposium on Architectures for Networking and Communications Systems (ANCS), pages 1-6. IEEE.

Singh, S. and Jha, R. K. (2017). A survey on software defined networking: Architecture for next generation network. Journal of Network and Systems Management, 25(2):321-374.

Sornin, N., Luis, M., Eirich, T., Kramp, T., and Hersent, O. (2016). Lorawan specification. lora alliance, version 1.0. 2. 2016. [link]. [Online; acessado em 21-Dezembro-2022].

Vörös, P., Horpácsi, D., Kitlei, R., Leskó, D., Tejfel, M., and Laki, S. (2018). T4p4s: A target-independent compiler for protocol-independent packet processors. In 2018 IEEE 19th International Conference on High Performance Switching and Routing (HPSR), pages 1-8. IEEE.

Wang, S.-Y., Wu, C.-M., Lin, Y.-B., and Huang, C.-C. (2019). High-speed data-plane packet aggregation and disaggregation by p4 switches. Journal of Network and Computer Applications, 142:98-110.

Zyrianoff, I., Heideker, A., Silva, D., and Kamienski, C. (2018). Scalability of an internet of things platform for smart water management for agriculture. In 2018 23rd Conference of Open Innovations Association (FRUCT), pages 432-439. IEEE.
Publicado
22/05/2023
Como Citar

Selecione um Formato
HEIDEKER, Alexandre; SILVA, Dener; KLEINSCHMIDT, João Henrique; KAMIENSKI, Carlos. Otimização de Tráfego IoT-LoRaWAN Usando Programação de Plano de Dados em P4. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE REDES DE COMPUTADORES E SISTEMAS DISTRIBUÍDOS (SBRC), 41. , 2023, Brasília/DF. Anais [...]. Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação, 2023 . p. 239-252. ISSN 2177-9384. DOI: https://doi.org/10.5753/sbrc.2023.504.

Artigos mais lidos do(s) mesmo(s) autor(es)