Adaptive quality of service for MQTT-SN

In the recent years the interest in the Internet of Things has increased greatly, causing the creation of new standards capable of managing the connections inside a Wireless Sensor Network. Since one of the peculiarity of this kind of networks is the low amount of communication bandwidth, it was necessary to modify the existing protocols in order to optimize the communication between the various nodes. The goal of this thesis is to improve the performance of a Wireless Sensor Network by creating a dynamic Quality of Service (QoS) controller for the MQTT-SN protocol, capable of evaluating the status of the underlying network and react consequently by assigning to a node the correct QoS value. For the implementation of the controller it was decided to create a MQTT-SN system capable of recording the most interesting statistics using the ns-3 environment. After the implementation, in order to prove its effectiveness, the outcomes of several tests are provided, to compare the behavior of the network in case the controller is active or shut down. The reported results show that, by controlling the Quality of Service, it is possible to manage effectively the number of packets successfully received by each device and their average latency, to improve the quality of the communication of each end node.

Negli ultimi anni l’interesse nella branca Internet of Things è cresciuto notevolmente, causando la creazione di nuovi standard in grado di gestire le connessioni in una Wireless Sensor Network. Poiché una peculiarità di questo tipo di reti è la bassa larghezza di banda, è stato necessario modificare i protocolli esistenti per ottimizzare la comunicazione tra i vari nodi coinvolti. L’obiettivo di questa tesi è di migliorare le performance di una Wireless Sensor Network creando un controllore adattativo dinamico per la Qualità del Servizio (QoS) del protocollo MQTT-SN, in grado di valutare lo stato della rete sottostante e di reagire di conseguenza assegnando a ogni nodo il corretto valore di QoS. Per l’implementazione del controllore è stato deciso di creare un sistema MQTT-SN in grado di registrare le statistiche più importanti usando l’ambiente di sviluppo ns-3. Dopo l’implementazione, per provarne l’efficacia, sono forniti i risultati di vari test, per comparare il comportamento della rete nel caso il controllore sia acceso o spento. I risultati mostrano che, controllando la Qualità del Servizio, è possibile gestire in maniera efficace il numero di pacchetti ricevuti da ogni dispositivo e la loro latenza media.