A novel protocol architecture for IoT : efficiency through data and functionality sharing across layers

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MetadadosDescriçãoIdioma
Autor(es): dc.contributorMoraes, Renato Mariz de-
Autor(es): dc.contributorBauchspiess, Adolfo-
Autor(es): dc.creatorGuimarães, Vinícius Galvão-
Data de aceite: dc.date.accessioned2024-10-23T16:21:35Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2024-10-23T16:21:35Z-
Data de envio: dc.date.issued2024-01-26-
Data de envio: dc.date.issued2024-01-26-
Data de envio: dc.date.issued2024-01-26-
Data de envio: dc.date.issued2019-06-28-
Fonte completa do material: dc.identifierhttp://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/47540-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/capes/906419-
Descrição: dc.descriptionTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2019.-
Descrição: dc.descriptionA pilha TCP/IP é um padrão para redes e, portanto, está presente em muitos sistemas de comunicação. No entanto, em aplicações com Internet of Things (IoT), muitos trabalhos propõem um design que infringem a restrição de acesso entre camadas não adjacentes ou, até mesmo, novas arquiteturas de protocolos para melhorar a eficiência energética. Motivado pela necessidade de acomodar dispositivos IoT com recursos limitados de energia, processamento, armazenamento e comunicação, este trabalho apresenta o IoT Unified Services, ou IoTUS, uma nova arquitetura de protocolos de rede voltada para eficiência de energia e compacto uso de memória. O IoTUS usa uma camada de serviços extensível que facilita o compartilhamento entre camadas. Promove também o compartilhamento das informações de controle de rede (por exemplo, número de transmissões, recepções, colisões na camada de enlace de dados) e funcionalidades (por exemplo, descoberta de vizinhos, agregação de pacotes) para diferentes camadas da pilha de protocolos. Além disso, o IoTUS pode ser usado por arquiteturas de protocolos já existentes, sem ter que modificar a proposta de seus protocolos já desenvolvidos. O IoTUS foi implementado no simulador/emulador de rede Cooja-Contiki. Os resultados teóricos e de simulação foram semelhantes e coerentes. As simulações estendidas mostraram que o IoTUS consumiu 76; 83% menos energia comparado à pilha de comunicação adaptada do ContikiOS em uma aplicação de monitoramento, com uma topologia linear de 10 nós. Para uma topologia de 44 nós, a IoTUS obteve uma média de 42; 33% menos consumo de energia. Consequentemente, o IoTUS atingiu uma vida útil de 43 dias, enquanto a pilha ContikiOS adaptada chegou a 24 dias. O IoTUS usou aproximadamente 4 kbytes a mais de memória flash do que a pilha ContikiOS adaptada, mas reduziu em até 31; 31% o uso de RAM. Além disso, o excesso de cabeçalhos na rede IoTUS foi de aproximadamente 81; 3% com uma topologia em árvore de 44 nós, enquanto o ContikiOS adaptado resultou em 87; 3%. Portanto, os resultados teóricos e de simulação mostraram melhor desempenho do IoTUS, melhor eficiência energética, maior vida útil da rede e um compacto uso de memória, quando comparado às atuais arquiteturas de protocolos de IoT.-
Descrição: dc.descriptionCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).-
Descrição: dc.descriptionTCP/IP is a standard stack for communication networks and present in many communication systems. However, in the Internet of Things (IoT) applications, many works propose cross-layer designs or even very different architectures to improve energy efficiency. Motivated by the need to accommodate IoT devices with limited power, processing, storage, and communication capabilities, this work introduces the IoT Unified Services, or IoTUS, a novel network protocol architecture that targets energy efficiency and compact memory footprint. IoTUS uses an extensible service layer that facilitates cross-layer sharing. It promotes sharing of both network control information (e.g., number of transmissions, receptions, collisions at the data-link layer) and functionality (e.g., neighbor discovery, aggregation) by different layers of the protocol stack. Additionally, IoTUS can be used by existing network stacks without having to modify the basic operation of their protocols. We implemented IoTUS on the Cooja-Contiki network simulator/emulator. Our theoretical and simulation results were similar and coherent. Extended simulations showed that IoTUS framework attained up to 76:83% less energy consumption than adapted ContikiOS stack in a monitoring application, with a linear topology of 10 nodes. For a 44 nodes tree topology, IoTUS got a network average of 42:33% less energy consumption. Consequently, IoTUS reached a network lifetime of 43 days, while adapted ContikiOS got up to 24 days. IoTUS used approximately 4 kbytes more of flash memory than adapted ContikiOS stack, but reduce up to 31:31% of the RAM usage. Also, network overhead in IoTUS resulted in approximately 81:3% in a 44 nodes tree topology, while adapted ContikiOS attained 87:3%. Our theoretical and simulation results showed improved performance, better energy efficiency, a more extended network lifetime, and more compact memory footprint when compared to current IoT protocol architectures.-
Descrição: dc.descriptionFaculdade de Tecnologia (FT)-
Descrição: dc.descriptionDepartamento de Engenharia Elétrica (FT ENE)-
Descrição: dc.descriptionPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Idioma: dc.languageen-
Direitos: dc.rightsAcesso Aberto-
Palavras-chave: dc.subjectComunicação sem fio-
Palavras-chave: dc.subjectInternet das Coisas (IoT)-
Palavras-chave: dc.subjectEficiência energética-
Palavras-chave: dc.subjectArquitetura de computador-
Título: dc.titleA novel protocol architecture for IoT : efficiency through data and functionality sharing across layers-
Título: dc.titleUma nova arquitetura de protocolos para IoT : eficiência através do compartilhamento de dados e de funcionalidades entre camadas-
Tipo de arquivo: dc.typelivro digital-
Aparece nas coleções:Repositório Institucional – UNB

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