MQTT2EdgePeer: a robust and scalable peer-to-peer edge communication infrastructure for topic-based publish/subscribe

Rahmani, Saeed (2023). MQTT2EdgePeer: a robust and scalable peer-to-peer edge communication infrastructure for topic-based publish/subscribe. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

In recent years, there has been an unprecedented growth in the number of Internet of Things (IoT) devices, resulting in a widespread adoption of interconnected devices across various sectors such as residential, medical, transportation, agriculture, and industrial domains. This surge in IoT devices has brought forth both opportunities and challenges, necessitating careful consideration of communication aspects in the design of IoT protocols and systems. One critical factor to consider in the design of IoT communication is the need for efficient bandwidth utilization. IoT devices typically have limited bandwidth resources, which must be carefully managed to accommodate the increasing volume of data generated and transmitted by these devices. Another crucial consideration in IoT communication design is the importance of low latency. Many IoT applications require real-time or near real-time data exchange for timely decision-making and responsiveness. Therefore, minimizing latency, or the time delay in data transmission, becomes essential to meet the stringent requirements of latency-sensitive IoT applications. In this study, we introduce MQTT2EdgePeer, a novel topic-based publish/subscribe system constructed upon a structured peer-to-peer overlay network for efficient dissemination of messages. The dissemination of messages is facilitated through both single-hop and multi-hop coordinator-based approaches. MQTT2EdgePeer seamlessly integrates with the standard MQTT protocol, allowing effortless connection for any IoT applications. The implementation and deployment of MQTT2EdgePeer at the edge are presented, accompanied by experimental evaluations that include a comparative analysis with a traditional single rooted tree approach. The results obtained validate the efficacy of MQTT2EdgePeer in various aspects, including load distribution, latency, bandwidth usage, scalability, and fault-tolerance.

Titre traduit

MQTT2EdgePeer : une communication Edge Peer-to-Peer robuste et évolutive Infrastructure pour la publication/abonnement thématique

Résumé traduit

Ces dernières années, il y a eu une croissance sans précédent du nombre d’appareils Internet des objets (IoT), ce qui a entraîné une adoption généralisée d’appareils interconnectés dans divers secteurs tels que les domaines résidentiel, médical, des transports, agricole et industriel. Cette montée en flèche des dispositifs IoT a créé à la fois des opportunités et des défis, nécessitant une attention particulière aux aspects de communication dans la conception des protocoles et des systèmes IoT. Un facteur critique à prendre en compte dans la conception de la communication IoT est la nécessité d’une utilisation efficace de la bande passante. Les appareils IoT ont généralement des ressources de bande passante limitées, qui doivent être gérées avec soin pour s’adapter au volume croissant de données générées et transmises par ces appareils. Une autre considération cruciale dans la conception de la communication IoT est l’importance d’une faible latence. De nombreuses applications IoT nécessitent un échange de données en temps réel ou quasi réel pour une prise de décision et une réactivité rapides. Par conséquent, minimiser la latence, ou le délai de transmission des données, devient essentiel pour répondre aux exigences strictes des applications IoT sensibles à la latence. Dans cette étude, nous introduisons MQTT2EdgePeer, un nouveau système de publication/abonnement basé sur un sujet construit sur un réseau superposé peer-to-peer structuré pour une diffusion efficace des messages. La diffusion des messages est facilitée par des approches basées sur des coordonnateurs à saut unique et à sauts multiples. MQTT2EdgePeer s’intègre de manière transparente au protocole MQTT standard, permettant une connexion sans effort pour toutes les applications IoT. L’implémentation et le déploiement de MQTT2EdgePeer à la périphérie sont présentés, accompagnés d’évaluations expérimentales qui incluent une analyse comparative avec une approche traditionnelle d’arbre à racine unique. Les résultats obtenus valident l’efficacité de MQTT2EdgePeer sous divers aspects, notamment la répartition de la charge, la latence, l’utilisation de la bande passante, l’évolutivité et la tolérance aux pannes.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of a master’s degree with thesis". Comprend des références bibliograhiques (pages 95-105).
Mots-clés libres:	Internet des objets, publier/s’abonner, pub/S<sub thématique, MQTT, peer-to-peer, edge computing
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Gascon-Samson, Julien
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie des technologies de l'information
Date de dépôt:	18 oct. 2023 14:24
Dernière modification:	18 oct. 2023 14:24
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3294

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