Date of Award

4-2018

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Electrical Engineering (MSEE)

Department

Electrical Engineering

First Advisor

Dr. Atef Amin Abdrabou

Second Advisor

Dr. Qurban Ali Memon

Third Advisor

Dr. Liang Cheng

Abstract

Internet of things (IoT) is an evolving paradigm that is currently getting more attention and rapidly gaining importance. The basic idea of IoT is to connect everyone and everything to the Internet for information exchange. It is essential to develop a clear understanding of characteristics of IoT traffic sources as well as to find a traffic model that efficiently characterizes the statistical behavior of IoT traffic. Since many IoT devices generate relatively small sized data, we are particularly interested in an IoT network architecture where data from a number of different IoT devices are aggregated at an IoT gateway. We focus on characterizing the IoT aggregated traffic pattern for three common IoT applications with real-time and non-real-time quality of service (QoS) requirements. These applications include healthcare, smart cities, and video surveillance. Our study is based on generating a real IoT traffic trace in a lab by using various sensors and devices in the aforementioned applications. The generated traffic trace is transmitted wirelessly over the air using Wi-Fi technology to an IoT gateway. The input network traffic to this gateway is characterized. In the experiments, the amount of input traffic to the gateway is varied and different traffic patterns for each of the selected applications are examined. Statistical tests and parameters are used to determine the best matching packet inter-arrival time distribution for different traffic penetrations. Moreover, we also examine packet size distributions. Based on our empirical data, the experimental results indicate that IoT packet inter-arrival time follows a Pareto distribution. However, it can be better modeled as a Weibull distribution in some traffic patterns. Our experimental results also reveal that the packet size distribution of different penetrations of the studied IoT applications is not in a good match with the commonly used Geometric distribution. Furthermore, we investigate the impact of traffic characterization on the performance of the considered IoT network architecture for a certain availability of network resources using computer simulations.

Comments

يعتبر إنترنت الأشياء نموذج متطور، يحظى في الوقت الحاضر على الكثير من الاهتمام ويحصد أهمية متزايدة. الفكرة الأساسية الإنترنت الأشياء هي توصيل كل شخص وكل شيء على شبكة الإنترنت بهدف تبادل المعلومات. من الضروري فهم خصائص مصادر حركة المرور لهذه الشبكة بشكل واضح بالإضافة إلى إيجاد نموذج يصف بكفاءة وفعالية السلوك الإحصائي لحركة المرور. نظرا لأن العديد من الأجهزة التي تستخدم في إنترنت الأشياء تنتج بيانات ذات حجم صغير نسبية، فإننا مهتمون في هذه الأطروحة ببنية شبكة إنترنت الأشياء حيث يتم تجميع البيانات من عدد من الأجهزة المختلفة في بوابة إنترنت الأشياء. ونركز على وصف نمط حركة المرور المجمعة لثلاثة تطبيقات شائعة الإنترنت الأشياء مع متطلبات جودة الخدمة في الزمن الحقيقي وغير الحقيقي. وتشمل هذه التطبيقات الرعاية الصحية والمدن الذكية والمراقبة بالفيديو. تستند دراستنا على إنشاء تتبع حقيقي لحركة مرور إنترنت الأشياء في المختبر باستخدام أجهزة استشعار وأجهزة مختلفة مستخدمة بالفعل في التطبيقات المذكورة أعلاه. يتم نقل حركة المرور لاسلكية عبر الأثير باستخدام تقنية الواي فاي إلى بوابة إنترنت الأشياء. ثم يتم توصيف مدخلات حركة المرور إلى هذه البوابة. في التجارب المجراة، يتم تغير مقدار حركة المرور المدخلة إلى البوابة بالإضافة إلى دراسة أنماط مختلفة من حركة المرور الكل تطبيق من التطبيقات المستخدمة. اختبارات ومعايير إحصائية استخدمت لتحديد أفضل توزيع لوقت الوصول بين الحزم الأنماط حركة المرور المختلفة. علاوة على ذلك، نقوم أيضا بدراسة توزيع حجم الحزمة . استنادا إلى بياناتنا التجريبية، تشير النتائج إلى أن وقت الوصول بين حزم إنترنت الأشياء يتبع توزیع باريتو. مع ذلك، بعض أنماط الحركة يتم توصيفها بشكل أفضل كتوزيع وايبل . وتكشف نتائجنا التجريبية أيضا أن توزيع حجم الحزمة لمختلف أنماط تطبيقات إنترنت الأشياء المدروسة لا يتطابق بشكل جيد مع التوزيع الهندسي. علاوة على ذلك، نقوم بالتحري عن تأثير توصيف حركة المرور على أداء بنية شبكة إنترنت الأشياء المدروسة مع توافر موارد معينة للشبكة باستخدام المحاكاة الحاسوبية.

Download

Included in

Engineering Commons

Share

COinS