D3M: a broker-less MQTT implementation

In an extremely thriving field such as the Internet of Things, protocol optimization has always been a problem of primary importance since the devices involved at the edge have always had heavy limitations, both in terms of computational power and in terms of networking resources. In order to further this optimization campaign, allowing the devices to communicate directly would consent to continue this trend and at the same time gain some performance bonuses. Finally, it would permit IoT application developers to reduce the expense of maintaining this infrastructure. The objective of this thesis is, therefore, to design a protocol based on the Publish/Subscribe paradigm which follows the interface of one of the most used protocols in the IoT field, MQTT, but that at the same time does not involve the use of a broker as mediator for the transmission of information. Furthermore, this protocol should not exclude all those devices that for the moment constitute the current development target in the IoT field, which are devices with limitations in computational capabilities and network connectivity. The proof-of-concept implementation was done with a high-level language and tested, limited to the local communication based on IP Multicast, using a simulated environment built on Docker containers. In this sense, the results are promising and leave room for many future case studies.

In un’industria estremamente florida come il settore dell’Internet of Things, l’ottimizzazione dei protocolli è da sempre un problema di primaria importanza, in quanto i dispositivi coinvolti sul campo hanno sempre avuto delle pesanti limitazioni, sia in termini di prestazioni computazionali, che in termini di risorse di rete. Al fine di ottimizzarne ulteriormente l’uso, permettere agli apparati di comunicare direttamente consentirebbe di portare avanti questa ricerca all’ottimizzazione e allo stesso tempo conquistare eventuali bonus prestazionali. Infine, concederebbe agli sviluppatori di applicazioni IoT di ridurre la spesa necessaria al mantenimento di tale infrastruttura. L’obiettivo di questa tesi è, dunque, quello di progettare un protocollo basato sul paradigma Publish/Subscribe che ricalchi l’interfaccia di uno dei protocolli più usati in ambito IoT, MQTT, ma che allo stesso tempo non preveda l’utilizzo di un broker per la trasmissione delle informazioni. Inoltre, tale protocollo non dovrebbe escludere tutti quei dispositivi che per il momento costituiscono l’attuale target di sviluppo in ambito IoT, ovvero apparati aventi limitazioni di potenza computazionale e di connettività di rete. L’implementazione della “dimostrazione di fattibilità” è stata fatta con un linguaggio ad alto livello e testata, in maniera limitata alla comunicazione locale basata su IP Multicast, mediante un ambiente simulato eretto su container Docker. I risultati in tal senso sono promettenti e lasciano spazio a numerosi spunti per un lavoro futuro.