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RSI: propuesta de proyectos
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Propuesta de proyectos

A continuación se listan los temas o ideas de proyectos para el curso 2015 propuesto por los docentes. Para cada tema se describe brevemente la idea o problema a resolver, los tutores propuestos y referencias para continuar profundizando en el mismo.

Cada docente figura en varias propuestas, sin embargo cada uno podrá dirigir hasta un máximo de dos proyectos. En principio los equipos estarán conformados por tres estudiantes, sin embargo se aceptarán  equipos de dos estudiantes y excepcionalmente de un solo estudiante.

2017

2016

Lista inicial

2015

Nueva plataforma: uC con FRAM + radio subGHz

Border router

TSCH

LLSEC

6doku: Towards Secure Over-the-Air Preloading of 6LoWPAN Nodes using PHY Key Generation  Konrad-Felix Krentz · Gerhard Wunder European Conference on Smart Objects, Systems and Technologies; 06/2015

6LoWPAN Security: Avoiding Hidden Wormholes using Channel Reciprocity Konrad-Felix Krentz · Gerhard Wunder 4th International Workshop on Trustworthy Embedded Devices; 11/2014

6LoWPAN security: Adding compromise resilience to the 802.15.4 security sublayer  Konrad-Felix Krentz · Hosnieh Rafiee · Christoph Meinel Proceedings of the International Workshop on Adaptive Security; 09/2013

Multicast

IPv6 Multicast Forwarding in RPL-Based Wireless Sensor Networks

Energy-aware routing (EAR)

Antena direccionales

2017

AD

  1. Caracterización completa de patrón de radiación de antena
  2. Simulación más real de propagación
  1. Aplicación con 12 direcciones c/6 elementos
  2. Evaluación de impacto de uso de AD en grilla rectangular
  1. TSCH

Otros

  1. http://www.ti.com/tool/simplelink-cc13x0-sdk
  2. IPv6 over Bluetooth Low Energy using Contiki

2016

Lista de propuestas

  1. Sparrow (https://github.com/sics-iot/sparrow)
    Sparrow es un protocolo de capa de aplicación que incluye la posiblidad de realizar programación over-the-air (Nota: verificar que están soportadas algunas de las plataformas que tenemos).
  2. Antenas direccionales
    En un proyecto de investigación en curso (participamos Javier, Benigno y yo entre otros) se evaluará el uso de antenas direccionales en aplicaciones al agro. Javier realiza su tesis de doctorado en el área abordando principalmente el problema de descubrimiento de vecinos. El proyecto de curso puede evaluar una red donde los nodos utilizan estas antenas. Se supondrá el problema anterior resuelto, y los nodos conocen a sus vecinos y la dirección en que se encuentran. Se puede incluir un análisis de desempeño, considerado por ejemplo: consumo, confiabilidad, latencia, etc. y la comparación con una red con antenas omnidireccionales.
  3. Temas de ruteo: redes con centenas de nodos
    Evaluar otros modos de operación de RPL para redes de con muchos (algunas 10 a ~100 nodos). Recuerden que en el modo por defecto de Contiki los nodos deben guardar en su tabla de ruteo entradas para todos los nodos de su subdodag y esto puede ser una limitación por memoria RAM).
  4. Temas de ruteo: enlaces asimétricos.
    Evaluar el desempeño de redes donde existen enlaces asimétricos dado por la existencia de tipos de nodos con diferentes niveles de potencia de transmisión y sensibilidad en la recepción. Esto sucede si se mezclan nodos con radio con diferente link-budget, por ejemplo si algunos tienen PA/LNA (power amplifier para Tx, y low noise amplifier para Rx) y otros que no, o nodos sky con CC2538. En el draft     https://tools.ietf.org/html/draft-thubert-roll-asymlink-02 se plantea el problema. También escribió una persona desde Argentina consultando por este tema, ya que su empresa estará instalando una red con dichas características.
  5. Temas de ruteo: red con múltiples roots (border router).
    Se podría analizar el caso en que un root caiga los nodos se puedan unir a otro DODAG.
  6. Redes densas
    Evaluar redes densas donde cada nodo tienen muchos vecinos y analizando cómo afecta el ruteo y los recursos utilizados. Estas redes pueden darse con la adopción creciente de radios en banda subGHz de alcance de varios km. Podría buscase disponer de estos nodos nodos, simular en Cooja o emular esta situación posicionando los nodos disponibles muy cerca.
  7. TSCH
    La enmienda IEEE 802.15.4e a la norma permite la comunicación usando time slots y channel hopping, tal como vimos en la breve introducción en clase y explica el WG     6tisch de la IETF (https://datatracker.ietf.org/wg/6tisch/charter/). El año pasado un proyecto de grado del curso probó parcialmente el código disponible en Contiki https://github.com/contiki-os/contiki/tree/master/core/net/mac/tsch. Ahora se dispondría de “disector” para wireshark facilitando el análisis. Se pueden abordar desde el punto de los protocolos o enfocado a alguna aplicación de control que requiera tiempos determinísticos de comunicación.
  8. MQTT
    En el curso veremos en profundidad el uso de CoAP(Constrained Application Protocol). El proyecto consistiría en hacer una aplicación, podría ser alguna ya hecha, utilizando el protocolo MQTT, también muy adoptado, y compararlo con CoAP.
  9. OMA LWM2M
    Para asegurar interoperabilidad por encima de la capa de aplicación (sobre CoAP por ejemplo) han surgido una serie de propuestas de modelo de estructuras de datos, por ejemplo de     IPSO y OMA LWM2M, existiendo código en contiki. En el marco del proyecto se puede hacer una implementación basado en alguna de estas normas.
    http://www.ipso-alliance.org/wp-content/uploads/2016/01/ipso-paper.pdf
    https://github.com/contiki-os/contiki/tree/master/examples/ipso-objects 

Lista inicial

2015

Nueva plataforma: uC con FRAM + radio subGHz

Los microcontroladores de la familia MSP430 ultra-low-power (ULP) FRAM combinan una arquitectura de ultra bajo consumo con una memoria FRAM (RAM ferroeléctrica) embebida que permite aumentar la performance del sistema reduciendo el consumo. Las memorias FRAM combinan la velocidad, flexibilidad y resistencia de una memoria SRAM con la estabilidad y fiabilidad de la memoria FLASH, con un consumo muy inferior.
        La combinación de éste microcontrolador con una radio Sub-GHz compatible con el estándar 802.15.4 permite crear una plataforma con conectividad inalámbrica de ultra bajo consumo.
        El objetivo de este proyecto es explorar la nueva plataforma, portando los módulos de Contiki que sean necesarios (ya hay bastante trabajo hecho) y evaluando el rendimiento de la plataforma (consumo, alcance de la radio, throughput, etc.).

  1. http://www.ti.com/product/msp430fr5969
  2. http://www.ti.com/ww/en/RF-BoosterPack/
  3. https://github.com/contiki-os/contiki/pull/1002

Border router

El proyecto consiste en ampliar el alcance de una red local mediante la conexión de dos islas 6LoWPAN (A y B) a través de dos border routers.

La configuración de los BR puede ser modo Router o modo Bridge. Existen muchas opciones de configuración dependiendo del hardware de que se disponga.

Una idea a desarrollar es conectar el border router BR1 (de la isla A) a un router IPv6 o a una PC que pueda actuar como Router o Bridge IPv6 para otro border router BR2 (de la isla B).

Otra forma sería conectar dos PC mediante un switch (Ej: TL-SF1005D). Cada PC se conecta a un rpl-border-router mediante tunslip6. En los PCs se deberán crear las rutas y las condiciones para que un nodo de la isla A pueda mandar un mensaje UDP a un nodo en la isla B y viceversa.

   

  1. Grinch - simple 6lowpan RPL border router 
  2. Linux RPL router
  3. Linux RPL Router - improvements
  4. CETIC - 6LBR
  5. Redundant Border Routers for Mission-Critical 6LoWPAN Networks 

TSCH

El protocolo de acceso al medio (MAC) de la norma IEEE802.15.4 recientemente fue enmendado para contemplar el modo de operación llamado TSCH (Timeslotted Channel Hopping). El protocolo fue diseñado para soportar un amplio rango de aplicaciones industriales buscando tener una operación de ultra bajo consumo y ser confiable [1]. Tal cual lo adelanta su nombre, usa "time synchronization" para lograr el primer objetivo y "channel hopping" para el segundo. Dado que no se modificó la capa física, TSCH funciona utilizando hardware anterior y se adapta a la pila de comunicación ampliamente utilizada en IoT [2] y estudiada en clase. Este protocolo se perfila, junto con CSL (Coordinated Sample Listening) también especificado en la enmienda, como posibles sucesores de ContikiMAC.

El proyecto consiste en evaluar la implementación de TSCH de Contiki recientemente liberada [3,4] (fines de setiembre) y descrita en detalle en un paper a ser presentado próximamente [5].

  1. M. Palattella, L. Grieco, and T. Watteyne, "Using IEEE 802.15. 4e Time-Slotted channel hopping (TSCH) in the internet of things (IoT): Problem statement," 2015. https://tools.ietf.org/html/rfc7554
  2. OpenMote Blog, http://www.openmote.com/standards/ieee-802154e.html 
  3. TSCH + Basic 6TiSCH https://github.com/contiki-os/contiki/pull/1285
  4. IEEE 802.15.4e TSCH (TimeSlotted Channel Hopping) https://github.com/simonduq/contiki/blob/pr/tsch/core/net/mac/tsch/README.md 
  5. S. Duquennoy, B. Al Nahas, O. Landsiedel, T. Watteyne, H. Shafagh, A. Hithnawi, A. Dröscher, S. Duquennoy, W. Hu, K. Hewage, and Others, "Orchestra: Robust mesh networks through autonomously scheduled TSCH," in Proceedings of the International Conference on Embedded Networked Sensor Systems (ACM SenSys 2015), vol. 93. Indian Institute of Science, 2015. http://www.simonduquennoy.net/papers/duquennoy15orchestra.pdf 
  6. https://standards.ieee.org/getieee802/download/802.15.4e-2012.pdf 

LLSEC

La encriptación y seguridad en las RSI es un tema de suma importancia y poco abordado en los sistemas operativos más populares. Hay una implementación reciente en Contiki de una capa de seguridad en capa de enlace llamada LLSEC (Link Layer Security) que provee autenticación y seguridad en las comunicaciones utilizando AES.
        El proyecto consiste en explorar esta nueva capa de seguridad, crear ejemplos sacándole jugo a todas sus funcionalidades e integrarlo a una aplicación sencilla. Se evaluará también el sobrecosto que genera utilizar ésta capa de seguridad en términos de tiempos de procesamiento, latencia y consumo energético.

  1. https://github.com/kkrentz/contiki/wiki
  2. https://github.com/contiki-os/contiki/pull/557
  3. 6doku: Towards Secure Over-the-Air Preloading of 6LoWPAN Nodes using PHY Key Generation  Konrad-Felix Krentz · Gerhard Wunder European Conference on Smart Objects, Systems and Technologies; 06/2015
  4.  6LoWPAN Security: Avoiding Hidden Wormholes using Channel Reciprocity Konrad-Felix Krentz · Gerhard Wunder 4th International Workshop on Trustworthy Embedded Devices; 11/2014
  5. 6LoWPAN security: Adding compromise resilience to the 802.15.4 security sublayer  Konrad-Felix Krentz · Hosnieh Rafiee · Christoph Meinel Proceedings of the International Workshop on Adaptive Security; 09/2013

Multicast

El multicast a nivel de capa de red en LLN es un tema muy importante que puede ser usado para mejorar el desempeño de la red. Se han propuesto algunos protocolos como se puede ver en las referencias, pero ninguno es totalmente satisfactorio, por lo cual sigue siendo un tema abierto a la investigación. En Contiki se ha agregado soporte multicast a la máquina uIPv6, como se puede ver en la referencia 1.  

La idea del proyecto se elabora en base al ejemplo que se encuentra en contiki/examples/ipv6/multicast y consiste en analizar el ejemplo, simularlo en Cooja y usarlo en la propagación multicast de un valor (versión, hora, etc) en una red RPL asegurando que el valor le llegue a todos los nodos del DODAG RPL. Por ejemplo, que la hora unix que le mandamos a un servidor CoAP en el Laboratorio 4 se pueda propagar a todos los nodos de la red.

Las referencias 2 y 3 son sobre la implementación en Contiki, la referencia 4 da una visión más general del problema y 5 propone una mejora a la solución implementada en 1.

  1. Ver contiki/core/net/ipv6/multicast/README.md https://github.com/contiki-os/contiki/blob/master/core/net/ipv6/multicast/README.md allí se citan los trabajos 2 y 3 

  2. IPv6 Multicast Forwarding in RPL-Based Wireless Sensor Networks

  3. Stateless Multicast Forwarding with RPL in 6LowPAN Sensor Networks
  4. Development of a Multicast Routing Protocol for Low power and Lossy Networks
  5. ESMRF: Enhanced Stateless Multicast RPL Forwarding For IPv6-based Low-Power and Lossy Networks

Energy-aware routing (EAR)

RPL es un protocolo de ruteo para LLN que teniendo separada las funciones de reenvío de paquetes de la construcción y mantenimiento la tabla de ruteo, permite modificar de la métrica de ruteo definiendo la función objetivo [1]. En el curso se estudió el protocolo usando una métrica basada en el ETX (expected number of transmissions) que presenta la característica en que los nodos eligen como padre aquellos nodos que minimiza la cantidad de paquetes transmitidos para alcanzar el root de la red (DODAG) [2]. Recordar que el rank es la suma de los ETX de los enlaces camino al root.

Existen aplicaciones en donde es fundamental que todos los nodos de la red se mantengan operativos al máximo. Si se utiliza la métrica anteriormente descrita es posible que algunos nodos queden sin energía (baterías) de manera prematura por ser responsable de encaminar demasiado tráfico. Una opción es utilizar la energía remanente de los nodos para construir una nueva métrica. El proyecto de RSI del 2015 "LLN Energy-Aware RPL Routing" [3] aborda este problema modificando exitosamente la función objetivo para considerar como métrica la energía remanente estimada por los nodos e iniciaron la evaluación de dicha modificación.

El objetivo del presente proyecto es continuar con dicho estudio y considerando otras métricas que combinen, por ejemplo, el ETX con la energía remanente.

  1. Vasseur, JP., Ed., Kim, M., Ed., Pister, K., Dejean, N., and D. Barthel, "Routing Metrics Used for Path Calculation in Low-Power and Lossy Networks", RFC 6551, March 2012. https://tools.ietf.org/html/rfc6551 
  2. Gnawali, O. and P. Levis, "The Minimum Rank with Hysteresis Objective Function", RFC 6719, September 2012, https://tools.ietf.org/html/rfc6719 
  3. N. Alves, M. Fernández, M. Rabinovich, “LLN Energy-Aware RPL Routing” Documentación del Proyecto de RSI, 2014.  https://drive.google.com/open?id=0B91iIn6aVgjYQVdXOTgxYncxdE0 

Antena direccionales

Trabajo relacionado con el doctorado de Javier.