Published November 5, 2021
| Version v1
Publication
Open
Pro-Edge: A Programmable Edge Network Architecture for Industrial Internet of Things
Creators
- 1. Indian Institute of Information Technology Guwahati
- 2. Indian Institute of Technology Kharagpur
- 3. Nanjing University of Information Science and Technology
Description
Internet of Things (IoT) with edge computation enhances efficiency, safety, and availability of an industrial automation system. However, there is a continued effort to increase the reliability of the system with minimal downtime. This can be achieved through a modular, re-configurable, and integrable system design approach. In this paper, we propose Pro-Edge, a programmable edge network to reconfigure different services associated with industrial applications and networks. Pro-Edge employs programmable layers at the edge for re-configuring the sensor/actuator network and applications. The lowermost layer allows to reconfigure the communication related parameters and the middle layer consists of a Software-Defined Network (SDN) controller that can dynamically program different modules, handling actuation decisions from the edge. An interfacing protocol between the layers is proposed to provide reliability by considering the optimal configuration parameters among the layers. As a top-layer, a priority forwarding mechanism is designed for SDN core communication in case the sensor and actuator are in different edges. Pro-Edge significantly improves the actuation-latency and is highly energy efficient compared to the existing state-of-the-art.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعزز إنترنت الأشياء (IoT) مع حساب الحافة الكفاءة والسلامة وتوافر نظام الأتمتة الصناعية. ومع ذلك، هناك جهد مستمر لزيادة موثوقية النظام مع الحد الأدنى من وقت التوقف عن العمل. يمكن تحقيق ذلك من خلال نهج تصميم نظام معياري وقابل لإعادة التكوين وقابل للتكامل. في هذه الورقة، نقترح Pro - Edge، وهي شبكة حافة قابلة للبرمجة لإعادة تكوين الخدمات المختلفة المرتبطة بالتطبيقات والشبكات الصناعية. يستخدم Pro - Edge طبقات قابلة للبرمجة على الحافة لإعادة تكوين شبكة وتطبيقات المستشعر/المشغل. تسمح الطبقة السفلى بإعادة تكوين المعلمات المتعلقة بالاتصال وتتكون الطبقة الوسطى من وحدة تحكم الشبكة المعرفة بالبرمجيات (SDN) التي يمكنها برمجة وحدات مختلفة ديناميكيًا، والتعامل مع قرارات التشغيل من الحافة. يُقترح بروتوكول ربط بين الطبقات لتوفير الموثوقية من خلال النظر في معلمات التكوين المثلى بين الطبقات. كطبقة عليا، تم تصميم آلية إعادة توجيه ذات أولوية للاتصال الأساسي لـ SDN في حالة وجود المستشعر والمشغل في حواف مختلفة. تعمل Pro - Edge على تحسين زمن التشغيل بشكل كبير وكفاءة عالية في استخدام الطاقة مقارنة بالحالة الحديثة الحالية.Translated Description (French)
L'Internet des objets (IoT) avec calcul de pointe améliore l'efficacité, la sécurité et la disponibilité d'un système d'automatisation industrielle. Cependant, il y a un effort continu pour augmenter la fiabilité du système avec un minimum de temps d'arrêt. Cela peut être réalisé grâce à une approche de conception de système modulaire, reconfigurable et intégrable. Dans cet article, nous proposons Pro-Edge, un réseau Edge programmable pour reconfigurer différents services associés aux applications et réseaux industriels. Pro-Edge utilise des couches programmables sur le bord pour reconfigurer le réseau de capteurs/actionneurs et les applications. La couche la plus basse permet de reconfigurer les paramètres liés à la communication et la couche intermédiaire se compose d'un contrôleur de réseau défini par logiciel (SDN) qui peut programmer dynamiquement différents modules, en gérant les décisions d'actionnement à partir du bord. Un protocole d'interfaçage entre les couches est proposé pour assurer la fiabilité en considérant les paramètres de configuration optimale parmi les couches. En tant que couche supérieure, un mécanisme de transmission prioritaire est conçu pour la communication de base SDN dans le cas où le capteur et l'actionneur sont dans des bords différents. Pro-Edge améliore considérablement la latence d'actionnement et est très économe en énergie par rapport à l'état de l'art.Translated Description (Spanish)
El Internet de las cosas (IoT) con computación perimetral mejora la eficiencia, la seguridad y la disponibilidad de un sistema de automatización industrial. Sin embargo, hay un esfuerzo continuo para aumentar la fiabilidad del sistema con un tiempo de inactividad mínimo. Esto se puede lograr a través de un enfoque de diseño de sistema modular, reconfigurable e integrable. En este trabajo proponemos Pro-Edge, una red Edge programable para reconfigurar diferentes servicios asociados a aplicaciones y redes industriales. Pro-Edge emplea capas programables en el borde para reconfigurar la red y las aplicaciones del sensor/actuador. La capa inferior permite reconfigurar los parámetros relacionados con la comunicación y la capa intermedia consiste en un controlador de red definida por software (SDN) que puede programar dinámicamente diferentes módulos, manejando las decisiones de actuación desde el borde. Se propone un protocolo de interfaz entre las capas para proporcionar confiabilidad al considerar los parámetros de configuración óptimos entre las capas. Como capa superior, se ha diseñado un mecanismo de reenvío prioritario para la comunicación del núcleo SDN en caso de que el sensor y el actuador estén en bordes diferentes. Pro-Edge mejora significativamente la latencia de accionamiento y es altamente eficiente energéticamente en comparación con el estado de la técnica existente.Files
31218871.pdf.pdf
Files
(125.7 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9170eac886b8b7c26621c28ebd7a3acb
|
125.7 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- Pro - Edge: بنية شبكة حافة قابلة للبرمجة لإنترنت الأشياء الصناعية
- Translated title (French)
- Pro-Edge : une architecture de réseau Edge programmable pour l'Internet industriel des objets
- Translated title (Spanish)
- Pro-Edge: una arquitectura de red Edge programable para el Internet de las cosas industrial
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4256372367
- DOI
- 10.36227/techrxiv.16885003