A publish-subscribe model for CoAP : implementation and performance evaluation in constrained networks

The Internet of Things is one of the most promising fields of the computer science that is recently gaining more and more popularity. In the last years, particular attention has been given to Wireless Sensor Networks (WSN) and the way in which devices communicate among them, to increase the efficiency and reduce the costs. The publish-subscribe communication pattern has made MQTT-SN the most used application protocol for the deployment of WSNs since the request-response pattern often results heavy and less efficient. The goal of this thesis is to bring the Constrained Application Protocol (CoAP), which is naturally thought as request-response, to operate in a publish-subscribe communication model by following the standard guidelines presented by the IETF. In particular, a Python implementation based on the CoAPthon library is proposed for both the broker and the clients, acting as publishers and subscribers. To understand if CoAP can be a good alternative for publish-subscribe applications, this work compares the behaviour of CoAP pub-sub with respect to the widely used MQTT-SN. For this purpose, after a theoretical comparison of the two protocols, experimental results obtained from the simulation of the two protocols in a real network are reported. Results show that CoAP represents a valid communication protocol for publish-subscribe environments compared to MQTT-SN; in particular, CoAP results being the best choice for highly dynamic networks.

Internet of Things è uno dei campi più promettenti dell'informatica che sta ultimamente guadagnando grande popolarità. Negli ultimi anni, particolare attenzione è stata data alle Wireless Sensor Networks (WSN) e al modo in cui i dispositivi comunicano fra loro, per aumentare l'efficienza e ridurre i costi. Il modello di comunicazione Publish-Subscribe ha reso MQTT-SN il protocollo applicativo più usato per lo sviluppo di reti WSN, dato che il modello Request-Response spesso risulta pesante e poco efficiente. L'obiettivo di questa tesi è di portare il protocollo CoAP, che è originariamente pensato come protocollo request-response, a operare in un modello di comunicazione publish-subscribe seguendo le linee guida presentate dalla IETF. In particolare, viene proposta un'implementazione in Python basata sulla libreria CoAPthon sia per il broker che per i clients, che agiscono da publisher e da subscriber. Per capire se CoAP può essere una buona alternativa per le applicazioni publish-subscribe, questo lavoro mette a confronto il comportamento di CoAP pub-sub con il largamente usato MQTT-SN. Per questo scopo, dopo un confronto teorico dei due protocolli, sono riportati i risultati sperimentali ottenuti dalla simulazione dei due protocolli in una rete reale. I risultati mostrano che CoAP, confrontato con MQTT-SN, rappresenta un protocollo di comunicazione valido per ambienti publish-subscribe; in particolare, CoAP risulta essere la scelta migliore per reti molto dinamiche.