Especificación e implementación de un sistema de red definida por software con funciones virtuales adaptadas a despliegues de Internet de las cosas

Abstract

[ES] La complejidad en la gestión de las redes de comunicación tradicionales, así como su poca escalabilidad y flexibilidad, supone un obstáculo para el desarrollo y consolidación de nuevas tecnologías emergentes como es el caso del Internet de las Cosas (Internet of Things), dónde la facilidad para el intercambio y manejo de grandes volúmenes de datos heterogéneos procedentes de sensores es un requisito clave para el correcto funcionamiento del sistema. El Internet de las Cosas se define cómo la interconexión digital de objetos cotidianos dotados de inteligencia (Smart devices) a través de redes de comunicación de datos ya sean públicas (Internet) o privadas. Sin embargo, el Internet de las Cosas no sólo está compuesto por estos dispositivos, toda la infraestructura, plataformas, aplicaciones y servicios que ayudan a los datos a viajar desde los dispositivos origen y hacia sus diferentes destinos, y la gestión de estos también forman parte del denominado Internet de las Cosas. El almacenamiento, análisis, procesado y gestión masiva de dichos datos es lo que se denomina Big Data, y está compuesto de grandes cantidades de datos (massive data) estructurados en diferentes formatos, modelos de datos y protocolos, lo que dificulta su tratamiento y su intercambio a través de las redes de datos convencionales.

Ante esta problemática la implementación de redes virtuales definidas por software se presenta como una posible solución para dotar de flexibilidad, escalabilidad y sencillez de gestión a las redes que interconectan estos dispositivos, plataformas y otros elementos IoT, permitiendo una visión global, una gestión centralizada y un desarrollo de servicios a nivel de red específicos para los entornos de Internet de las Cosas. Este proyecto se presenta como una aproximación de estas dos tecnologías y tendrá como objetivo el diseño de una solución donde probar las herramientas de control de redes definidas por software o programables (SDN) y las funciones virtuales de redes (NFV) aplicadas a despliegues de Internet de las Cosas (IoT) de forma que se puedan demostrar sus ventajas e implicaciones y se puedan descubrir nuevas líneas de desarrollo sobre esta base.

[CA] La complexitat en la gestió de les xarxes de comunicació tradicionals, així com la seua poca escalabilitat i flexibilitat, suposa un obstacle per al desenvolupament i consolidació de noves tecnologies emergents com és el cas de la Internet de les Coses (Internet of Things), on la facilitat per a l'intercanvi i maneig de grans volums de dades heterogènies procedents de sensors és un requisit clau per al correcte funcionament del sistema. La Internet de les Coses es defineix com la interconnexió digital d'objectes quotidians dotats d'intel·ligència (Smart devices) a través de xarxes de comunicació de dades ja siguen públiques (Internet) o privades. No obstant això, la Internet de les Coses no sols està compost per aquests dispositius, tota la infraestructura, plataformes, aplicacions i serveis que ajuden les dades a viatjar des dels dispositius d'origen i cap a les seues diferents destinacions, i la gestió d'aquests també formen part de la denominada Internet de les Coses. L'emmagatzematge, anàlisi, processament i gestió massiva d'aquestes dades és el que es denomina Big Data, i està compost de grans quantitats de dades (massive data) estructurats en diferents formats, models de dades i protocols, la qual cosa dificulta el seu tractament i el seu intercanvi a través de les xarxes de dades convencionals.

Davant aquesta problemàtica la implementació de xarxes virtuals definides per software es presenta com una possible solució per a dotar de flexibilitat, escalabilitat i senzillesa de gestió a les xarxes que interconnecten aquests dispositius, plataformes i altres elements IoT, permetent una visió global, una gestió centralitzada i un desenvolupament de serveis a nivell de xarxa específics per als entorns d'Internet de les Coses. Aquest projecte es presenta com una aproximació d'aquestes dues tecnologies i tindrà com a objectiu el disseny d'una solució on provar les eines de control de xarxes definides per software o programables (SDN) i les funcions virtuals de xarxes (NFV) aplicades a desplegaments d'Internet de les Coses (IoT) de manera que es puguen demostrar els seus avantatges i implicacions, i es puguen descobrir noves línies de desenvolupament sobre aquesta base.

[EN] Nowadays, the complexity of traditional network administration, together with the lack of scalability and flexibility, has been a challenge for the proper development and integration of new emerging technologies which make use of this network. As an example, we have the so-called Internet of Things (IoT). The principal IoT network requirement that enables the growth of this paradigm is the need to facilitate high data volume exchange and administration, from very heterogeneous sources. The IoT concept is defined as the digital interconnection of daily objects endowed with more "intelligence" (Smart devices) through a data communication network either public (Internet) or private. However, this technological trend does not only depend on the "smart devices", but on the whole infrastructure, platforms, frameworks, services, and applications that helps data to travel from the source devices to their different destinations. Also, the handling of the massive volumes of data extracted from those smart devices, their storage, processing, and analysis, known as Big Data, is a key part of this paradigm. This data is gathered from very different sources, and hence, it has diverse data structures and formats. Moreover, it is exchanged using various network protocols (LoRa, CoAp, etc.) which hinder its management and communication through conventional networks, that were not created for such data traffic.

Given this problem, several technological approaches have emerged to solve it. Virtual software-defined networking is presented as a possible solution to provide flexibility, scalability, and simplicity of management to the networks that interconnect these devices, platforms, services, and other IoT elements. The virtualization of the network infrastructure, includes an extra layer of abstraction, thus providing a holistic vision of the network and centralizing the administration of its elements and the development of specific network services for IoT deployments. This project is presented as an approximation of these two technological paradigms and will have as the main objective the design of an architectural blueprint and testbed were testing the control tools of software-defined networks (SDN) and the virtualized network functions (NFV) applied to IoT deployments. Thereby, its advantages and implications can be evaluated, and new lines of development can be discovered on this base.