Efficient Routing in Bluetooth Mesh Network with in-Packet Bloom Filters

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2018-10-08
Department
Major/Subject
Embedded Systems
Mcode
SCI3024
Degree programme
Master's Programme in ICT Innovation
Language
en
Pages
64
Series
Abstract
The Internet of Things has revolutionized the control of actuators and the collection of data from sensors. Following the continuing increase in the number of connected devices and applications, there is a growing demand for improved wireless capabilities to support them. Wireless mesh techonologies provide great Local Area Networks for connecting these IoT devices to each other and the internet. This thesis looks into message routing in these wireless mesh networks, specifically focusing on Bluetooth mesh, and develops a new source routing protocol to be used in such networks based on Bloom filters. A real life office automation scenario is simulated and this new routing solution is compared to the standardized Bluetooth mesh forwarding scheme. Results of this thesis show that in the conditions of the simulation the Bloom filter routing greatly outperforms the standardized solution in terms of unnecessary relay traffic and even successful transmissions. To give indication of the performance differences measured: in a simulation of almost 900 nodes and 49 relays the flooding implementation made 34 times more unnecessary packet hops than the in-Packet Bloom filter routing described in this thesis. While this routing protocol has severe limitations in dynamically changing mesh network topologies, this efficiency increase could help decrease energy consumption and bandwith congestion of wireless mesh systems.

Esineiden internet on mullistanut sensoreiden ja aktuaattoreiden käytön ja hallinnan. Lyhyen kantaman radioverkkojen on kehityttävä jatkuvasti internetiin yhdistettyjen laitteiden määrän kasvaessa. Langattomat mesh-verkot tarjoavat mahdollisuuden kattavaan lähiverkkoon näiden laitteiden internetiin kytkemiseksi. Tässä diplomityössä tarkastellaan pakettien reititystä mesh-verkoissa, keskittyen Bluetooth mesh -teknologiaan, ja kehitetään uusi reititysprotokolla käytettäväksi näissä verkoissa. Tätä uutta protokollaa verrataan Bluetooth mesh -standardin mukaiseen reititykseen todellisen toimistorakennuksen pohjalta rakennetussa simulaatiossa. Simulaation tulokset osoittavat tässä työssä kehitetyn reititysprotokollan olevan tietyissä olosuhteissa huomattavasti standardoitua reititystä tehokkaampi. Kehitetty reititys vähentää turhia pakettien uudelleenlähetyksiä ja parantaa pakettien perille pääsemisen varmuutta. Tämän diplomityön tuloksissa näytetään muun muassa, että simuloidussa 900 päätelaitteen ja 49 reitittimen verkossa standardoitu Bluetooth mesh -protokolla tekee noin 34 kertaa enemmän tarpeettomia uudelleenlähetyksiä työssä esiteltyyn reititysprotokollaan verrattuna. Vaikka tässä protokollassa on merkittäviä rajoitteita muuttuvien mesh-verkkojen suhteen, saattaa näin suuri uudelleenlähetysten tehostaminen mahdollistaa matalamman energiankulutuksen ja kaistan käytön langattomissa mesh-järjestelmissä.
Description
Supervisor
Hirvisalo, Vesa
Thesis advisor
Laari, Petri
Keywords
internet of things, Bluetooth, bloom filter, mesh networking, simulation, routing
Other note
Citation