Implementation and testing of LOADng: a routing protocol for WSN

Abstract

[ANGLÈS] The Wireless Sensor Networks is an emerging technology with strong potential in a wide range of fields. Data acquisition, connectivity, and monitoring are real demand services in constant growth in which sensor networks can take an important role. Routing protocols for wireless sensor networks must be developed to satisfy the needs of the applications and to adapt to the limited sensor nodes resources. The current standardized routing protocol for Wireless Sensor Networks, RPL, has been proved to be inefficient in some scenarios and for certain traffic patterns. There is a need to develop routing protocols adapted to the traffic patterns in which RPL is not optimized. The work collected in this manuscript contributes in the developing process of a routing protocol for wireless sensor networks, LOADng [32], which was submitted as an IETF internet-draft during the elaboration of this thesis. The description of LOADng draft is presented in chapter 3. A LOADng implementation has been written and integrated into Contiki OS, an operating system for sensor nodes and other embedded systems. This implementation is documented in chapter 5. During the development of this work, some interoperability tests were made in cooperation with HIPERCOM, Hitachi YRL, and EDF. The results were satisfactory and are published in [10]. The results of the simulations testing LOADng implementation and performance for Contiki OS are presented in chapter 6 of this manuscript. This manuscript concludes stating that LOADng is able to discover routes in mesh networks, and is able to find optimal paths towards the destination when using the hop-counting metrics.

[CASTELLÀ] Las redes de sensores (Wireless Sensor Networks, WSN) son una tecnología emergente con un gran potencial de uso en distintas aplicaciones. La adquisición de datos, conectividad y monotorización son servicios cada vez más necesarios y demandados, en los que las redes de sensores pueden tomar un papel importante. Los protocolos de enrutamiento para redes de sensores deben ser diseñados para satisfacer los requerimentos de las aplicaciones y adaptarse a los recursos limitados de los nodos sensores. Se ha probado que el protocolo estándar de enrutamiento en WSN, RPL, es ineficiente en cierto tipo de escenarios y cierto tipo de tráfico de datos. Es necesario por tanto diseñar nuevos protocolos de enrutamiento que se adapten a los patrones de tráfico en que RPL no es eficiente. El trabajo contenido en este manuscrito contribuye en el proceso de desarrollo de un protocolo de enrutamiento para redes de sensores, LOADng [11], que fue presentado como internet-draft en el IETF durante la elaboracion de esta tesis. El capítulo 3 contiene la descripción de LOADng. LOADng se ha implementado e integrado en Contiki OS, un sistema operativo para nodos sensores y otros sistemas embebidos. Dicha implementación está documentada en el capítulo 5. Durante el desarrollo de esta tesis se realizaron unos tests de interoperabilidad para LOADng en cooperación con HIPERCOM, Hitachi YRL y EDF. Los resultados fueron satisfactorios y están publicados en [10]. En el capítulo 6 se presenta los resultados de las simulaciones realizadas para testear la implementación y eficiencia de LOADng para Contiki OS. Este manuscrito concluye afirmando que LOADng es capaz de descubrir rutas multisalto en redes mesh, y usando la métrica del número de saltos es capaz de obtener rutas óptimas.

[CATALÀ] Les xarxes de sensors (Wireless Sensor Networks, WSN) són una tecnologia emergent amb un gran potencial d'ús en diverses aplicacions. L'adquisició de dades, connectivitat, i monitorització són serveis cada cop més necesaris i demandats en què les xarxes de sensors poden jugar un paper important. Els protocols d'enrutament per a xarxes de sensors han de ser dissenyats per satisfer els requeriments de les aplicacions i adaptar-se als recursos limitats dels nodes sensors. S'ha provat que el protocol estàndard d'enrutament en WSN, RPL, és ineficient en cert tipus d'escenaris i cert tipus de tràfic de dades. És necessari, per tant, dissenyar nous protocols d'enrutament que s'adaptin als patrons de tràfic en què RPL no és eficient. El treball contingut en aquest manuscrit contribueix al procés de desenvolumapent d'un protocol d'enrutament per a xarxes de sensors, LOADng [11], que va ser presentat com internet-draft a l'IETF durant l'elaboració d'aquesta tesi. El capítol 3 conté una descripció de LOADng. LOADng s'ha implementat i integrat en Contiki OS, un sistema operatiu per a nodes sensors i altres sistemes incrustats. Aquesta implementació esta documentada al capítol 5. Durant el desenvolupament d'aquesta tesi es van realitzar uns tests d'interoperabilitat per a LOADng en cooperació amb HIPERCOM, Hitachi YRL i EDF. Els resultats van ser satisfactoris i estan publicats a [10]. El capítol 6 presenta els resultats de les simulacions realitzades per testejar la implementació i eficiència de LOADng per a Contiki OS. Aquest manuscrit conclou afirmant que LOADng és capaç de descobrir rutes multisalt en xarxes mesh i, emprant la mètrica del nombre de salts és capaç d'obtindre rutes òptimes.