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==Prototyping an Information-Centric Network for IoT==
https://ceur-ws.org/Vol-1727/ssn16-final17.pdf
Prototyping an Information-Centric Network for IoT
Miguel Gutiérrez-Gaitán Carlos Gómez-Pantoja David Ruete
miguel.gutierrez@unab.cl carlos.gomez.pantoja@unab.cl druete@unab.cl
Departamento de Ciencias de la Ingenierı́a
Facultad de Ingenierı́a, Universidad Andres Bello, Antonio Varas 880
heterogéneos, compuesto por dispositivos de recursos
limitados [Bor14]; mientras que el Information-Centric
Abstract Networking se soporta en nodos responsables de tar-
eas más bien costosas, con funciones de procesamiento
This paper presents the design of an avanzado, almacenamiento de datos en cache y reenvı́o
information-centric network prototype that de paquetes [XVS+ 14].
forms the basis for working with Internet En este contexto, el Internet Research Task Force
of Things devices. The proposal seeks está estudiando la convergencia de nodos de recursos
to conveniently separate the functionalities limitados como los de IoT, con otros menos restringi-
of information-centric networking from those dos como los de ICN. Especı́ficamente, la discusión que
that are typical of IoT. The prototype design es interesante para este trabajo plantea separar conve-
focus is on the development of a generic ICN- nientemente ciertas funcionalidades de IoT de otras de
IoT node capable of implementing the most ICN en una misma red [LAA+ 15]. Esencialmente, la
expensive features of the information-centric idea es que los nodos de recursos restringidos puedan
networking, such as forwarding, caching and implementar funcionalidades de ICN solamente si es
other advanced processing functions. The re- estrictamente necesario, dejando la responsabilidad de
sult of the implementation allows interaction las tareas costosas del networking a nodos ICN más
between different protocols through the same poderosos [HAMF15].
convergence layer, enabling the exchange of El presente trabajo propone el diseño de un nodo
messages between lower and upper layers of de convergencia ICN-IoT que integre las redes cen-
the OSI reference model. tradas en la información con el Internet de las Cosas,
desde el punto de vista de la implementación de nodos
1 Introducción genéricos que interactúen con protocolos IoT. Las fun-
El Information-Centric Networking (ICN) es uno de cionalidades esperadas para una implementación fu-
los paradigmas de comunicación más relevantes para tura apuntan a un nodo de convergencia hı́brido capaz
el Internet del Futuro, área de investigación a la cual de soportar tanto la comunicación por diseminación
se asocian una serie de conceptos y tecnologı́as que de las redes ICN, como el modelo conversacional tradi-
buscan mejorar algunas de las caracterı́sticas del In- cional que es común en los protocolos IoT. Los alcances
ternet actual [MR09]. En particular, gracias a sus del prototipo implementado hasta ahora habilitan el
propiedades en relación a la recuperación de con- intercambio de mensajes entre nodos de convergencia
tenidos, ICN ha sido considerado recientemente como ICN-IoT y nodos IoT que basan su comunicación en
una solución aplicable en el contexto del Internet de los protocolos Ethernet y UDP. El desarrollo de la ar-
las Cosas [LAA+ 15]. quitectura interna del nodo genérico fue realizada a
Sin embargo, la investigación en el contexto ICN- partir de Netgraph, un subsistema de red que ofrece
IoT es todavı́a incipiente, considerando que existen un conjunto de módulos de complejidad arbitraria, ca-
muchos desafı́os que abordar en términos de la traz- paces de ejecutar diversas funciones de red a nivel del
abalidad de los requerimientos entre ambos paradig- kernel de FreeBSD[EC00].
mas [ZRG+ 16]. Por ejemplo, el Internet de las Cosas
se caracteriza por ambientes dinámicos y altamente 2 Diseño
Copyright c by the paper’s authors. Copying permitted for El diseño de la propuesta de convergencia se basa en
private and academic purposes. nodos genéricos ICN-IoT que implementan al nivel del
kernel de FreeBSD las funcionalidades esenciales del
networking de ICN. La dinámica entre el nodo de con-
vergencia y los nodos IoT ocurre a través del intercam-
bio de mensajes según el protocolo IoT utilizado. En
concreto, el escenario de experimentación hasta ahora
implementado (figura 1) se basa en un prototipo que
permite la interacción con mensajes especiales que via-
jen de acuerdo al paradigma de diseminación sobre los
protocolos Ethernet o UDP. Es decir, el nodo genérico
ICN-IoT es el que implementa una capa de red de
convergencia capaz de recibir mensajes directamente
desde un puerto UDP o una interfaz de red Ethernet,
sin interferir con el normal funcionamiento de la pila de
protocolos TCP/IP. En particular, la implementación
de la capa de convergencia toma como referencia la
arquitectura de red sugerida por la Network of Infor-
mation (o NetInf)[DKO+ 13], concebida como parte del
proyecto europeo FP7 4WARD.
Figure 2: Estructura interna del nodo ICN-IoT
En la estructura interna del nodo ICN-IoT que se
muestra en la figura 2, la capa de red está represen-
tada por el módulo ng CL como una capa de conver-
gencia tecnológica que ofrece interfaces para comuni-
carse con diferentes protocolos. De hecho, el módulo
ng CL procesa los mensajes recibidos por las interfaces
Ethernet y UDP habilitadas, y los reenvá hacia otros
nodos por medio de inundación. En esencia, la es-
tructura se basa en la apropiada combinación de los
módulos: ng ether, ng etf, ng ksocket y ng socket, ya
existentes en Netgraph; y en el módulo ng CL, creado
especialmente para la habilitación de la capa de con-
vergencia ICN-IoT. Sin embargo, el almacenamiento
en cache y otras funciones relacionadas están consid-
eradas para desarrollos futuros en esta misma capa,
aunque debido a la flexibilidad que ofrece Netgraph
Figure 1: Escenario de experimentación ICN-IoT para la combinación de módulos, dichas funciones se
podrı́an incluso desarrollar inicialmente a nivel de la
capa de aplicación. De hecho, actualmente el inter-
Luego, si bien la propuesta original de NetInf cambio de mensajes con la capa de aplicación está ha-
contempla para la capa de red funcionalidades de bilitado para una de las interfaces del mod́ulo, aunque
procesamiento avanzado, almacenamiento en cache y su funcionamiento no haya sido parte del escenario
reenvı́o de paquetes, en realidad el prototipo actual de experimentación. Sin embargo, estos experimen-
solo implementa la estrategia de forwading de inun- tos tuvieron como objetivo la validación de la imple-
dación o flooding, la cual es lograda a través de la mentación del nodo de convergencia y su estrategia
adaptación del módulo ng hub de Netgraph (figura de forwarding. Los mensajes especiales de solicitud
2). En ese sentido, la fortaleza principal de la imple- (GET) de los nodos IoT fueron enviados por medio
mentación actual es la propuesta de una capa de red de generadores de paquetes en máquinas reales, mien-
ICN-IoT que actúa como respuesta al problema de la tras que los nodos ICN-IoT y sus conexiones fueron
convergencia declarado en algunos estudios recientes simulados a través de máquinas virtuales en VMware.
[LAA+ 15]. Por lo tanto, la funcionalidad que habilita Los mensajes de respuesta (GET-RESP) se generaron
el intercambio de mensajes ICN-IoT a través de una dentro del módulo ng CL una vez recibido un mensaje
estrategia de forwarding ICN, representa uno de los GET por cualquiera de las interfaces. Dado lo anterior,
resultados preliminares de la propuesta completa de el experimento solamente tuvo el carácter de prueba
diseño. conceptual. Futuros trabajos debieran ofrecer resul-
tados experimentales con protocolos de comunicación issues. Computer Communications, 54:1–
inalámbrica y desde dispositivos IoT reales. 31, 2014.
[DKO+ 13] Christian Dannewitz, Dirk Kutscher,
3 Conclusión BöRje Ohlman, Stephen Farrell, Bengt
El Information-Centric Networking nace como una re- Ahlgren, and Holger Karl. Network of in-
spuesta a la demanda creciente de distribución de con- formation (netinf)–an information-centric
tenidos altamente escalable y eficiente. Básicamente, a networking architecture. Computer Com-
diferencia de la actual arquitectura de Internet basada munications, 36(7):721–735, 2013.
en la conectividad de host-a-host, ICN pone a la infor-
mación como el elemento central de la arquitectura de [EC00] Julian Elischer and Archie Cobbs. The
red. netgraph networking system. Technical
Muchos proyectos comparten los conceptos fun- report, Technical report (Jan.), Whis-
damentales de ICN utilizando distintas notaciones tle Communications. http://www. elischer.
para indicar diferentes elecciones y caracterı́sticas com/netgraph/, as of July, 2000.
[ADI+ 12]. Sin embargo, para este trabajo es intere- [HAMF15] Mohamed Ahmed M Hail, Marica
sante la propuesta de la Network of Information o Amadeo, Antonella Molinaro, and Stefan
NetInf, cuyo enfoque apunta precisamente a conectar Fischer. On the performance of caching
diferentes tecnologı́as y dominios dentro de una red and forwarding in information-centric
que funcione bajo el paradigma de redes centradas en networking for the iot. In International
la información. Conference on Wired/Wireless Internet
En este contexto, la investigación en torno a la con- Communication, pages 313–326. Springer,
vergencia entre los paradigmas ICN e IoT se encuentra 2015.
aún en fase de desarrollo. Por lo mismo, la existencia
de una propuesta de implementación de red ICN-IoT [LAA+ 15] A Lindgren, F Ben Abdesslem, B Ahlgren,
representa una alternativa y una oportunidad concreta O Schelen, and A Malik. Applicability and
de enriquecer y mejorar las tecnologı́as actuales orien- tradeoffs of information-centric network-
tadas a IoT. Más aún, es conocido que las propiedades ing for efficient iot. IRTF ICNRG draft-
del paradigma de redes centradas en la información, al lindgren-icnrgefficientiot-02. txt, 2015.
ser concebido especı́ficamente para la diseminación de
datos en red, podrı́a ser ventajoso en términos de la [MR09] Paul Müller and Bernd Reuther. Future
resiliencia y robustez de las redes IoT. internet architecture–a service oriented ap-
En conclusión, el presente trabajo contribuye con proachfuture internet architecture–ein ser-
un diseño prototipal de una red centrada en la infor- viceorientierter ansatz. it-Information
mación que sirve como base para el funcionamiento Technology Methoden und innovative An-
con dispositivos heterogéneos para el Internet de las wendungen der Informatik und Informa-
Cosas. Especı́ficamente, el trabajo realizado imple- tionstechnik, 50(6):383–389, 2009.
menta un nodo ICN-IoT genérico y un módulo de [XVS+ 14] George Xylomenos, Christopher N
forwarding para redes ICN basadas en NetInf, habili- Ververidis, Vasilios A Siris, Nikos Fotiou,
tando la experimentacin conceptual entre tecnologı́as Christos Tsilopoulos, Xenofon Vasilakos,
de diferentes capas. Otras tecnologı́as y funcionali- Konstantinos V Katsaros, and George C
dades podrı́an ser incorporadas a partir de este pro- Polyzos. A survey of information-
totipo, siguiendo la propuesta que plantea la inter- centric networking research. IEEE
acción en una misma red entre nodos IoT con capaci- Communications Surveys & Tutorials,
dades limitadas y nodos ICN más poderosos. 16(2):1024–1049, 2014.
References [ZRG+ 16] Y Zhang, D Raychadhuri, L Grieco, E Bac-
celli, J Burke, R Ravindran, G Wang,
[ADI+ 12] Bengt Ahlgren, Christian Dannewitz, A Lindren, B Ahlgren, and O Schelen. Re-
Claudio Imbrenda, Dirk Kutscher, and quirements and challenges for iot over icn,
Borje Ohlman. A survey of information- 2016.
centric networking. IEEE Communications
Magazine, 50(7):26–36, 2012.
[Bor14] Eleonora Borgia. The internet of things vi-
sion: Key features, applications and open