Um dispositivo white-label com tecnologia SD-WAN, para cidades inteligentes

Abstract

Recentemente, o conceito de cidades inteligentes tem recebido uma grande atenção de pesquisadores, empresas e autoridades. Nesse contexto, surge a dúvida: como conectar a grande diversidade de sensores e agregar os dados de serviços coletados por diferentes tecnologias associadas à Internet das coisas (do inglês Internet of Things - IoT)? Sabe-se que a arquitetura para redes IoT é composta por quatro camadas: percepção, rede, suporte e aplicação, sendo que na camada de rede é onde os dados são agregados e transmitidos, usualmente, através de conexões WAN (Wide Area Network) de Internet ou privadas MPLS (Multi-Protocol Label Switching). No entanto, por apresentarem recursos distintos em termos de dados, tamanho, área de cobertura, requisitos de latência e capacidade, as soluções baseadas em redes WAN mostraram-se ineficientes e até proibitivas no que diz respeito a custos e operacionalização para aplicações em cidades inteligentes. Uma alternativa é o emprego da SD-WAN (Software-Defined Wide Area Network) que, por meio de uma arquitetura estruturada por hardware e software, consegue virtualizar as conexões WAN. As principais características da SD-WAN são: a capacidade de seleção dinâmica dos caminhos facilitando o fluxo de dados e aumentando a resiliência do sistema; o suporte a múltiplos tipos de conexão (links ADSL, VDSL, FTTH ou 3G/4G) aumentando a área de cobertura em comparação à WAN; o emprego de uma interface mais fácil de configurar e gerenciar; a redução de despesas de capital e operação; o aumento da agilidade e flexibilidade de serviço; a implementação de uma plataforma de controle e monitoramento centralizado com custos reduzidos. Nesse sentido, foi desenvolvida uma solução SD-WAN embarcada white-label, de baixo custo e de baixo consumo de energia para uso comercial e acadêmico buscando atender às seguintes demandas: redução de custos frente aos links MPLS, usando como base os softwares Linux Ubuntu, Floodligth SDN Controller, OpenvSwitch e o hardware Raspberry Pi3. O protótipo foi validado usando técnicas de emulação de redes.

Recently, the concept of smart cities has received a lot of attention from researchers, companies and authorities. In this context, a question arises: how to connect a wide variety of sensors and aggregate the service data collected by different technologies related to the Internet of Things (IoT)? It is known that the IoT architecture consists of four layers, namely perception, network, support and application, in such a way that the network layer is where the data is gathered and transmitted, usually, through WAN (Wide Area Network) or private MPLS (Multi-Protocol Label Switching) connections. However, since WAN based solutions present different resources in terms of data, size, coverage area, latency and capacity requirements, they become inefficient or even prohibitive regarding operating costs on smart city applications. An alternative is the use of SD-WAN (Software-Defined Wide Area Network), which combines hardware and software appliances or is software based only, consisting on the virtualization of WAN connections. The main characteristics of SD-WAN are: the ability to do dynamic path selection, facilitating data flow and increasing system resilience; the support to multiple connection types (ADSL, VDSL, FTTH or 3G/4G), enlarging the coverage area when compared with traditional WAN; the employment of a simple interface (easy to configure and manage); the capital and operation expenditure reduction; the increase of service agility and flexibility; the implementation of a centralized control and monitoring with lower costs. In this sense, it was developed an SD-WAN embedded white-label solution, of low cost and low energy consumption for commercial and academic use employing softwares Ubuntu Linux, Floodligth SDN Controller, OpenvSwitch and the Raspberry Pi3 hardware. The validation of the prototype was performed by network emulation.