Load Balancing in SDN-Enabled WSNs Toward 6G IoE: Partial Cluster Migration Approach

The vision for the sixth-generation (6G) network involves the integration of communication and sensing capabilities in internet of everything (IoE), towards enabling broader interconnection in the devices of distributed wireless sensor networks (WSN). Moreover, the merging of SDN policies in 6G IoE-based WSNs i.e. SDN-enable WSN improves the network’s reliability and scalability via integration of sensing and communication (ISAC). It consists of multiple controllers to deploy the control services closer to the data plane for a speedy response through control messages. However, controller placement and load balancing are the major challenges in SDN-enabled WSNs due to the dynamic nature of data plane devices. To address the controller placement problem, an optimal number of controllers is identified using the articulation point method. Furthermore, a nature-inspired cheetah optimization algorithm is proposed for the efficient placement of controllers by considering the latency and synchronization overhead. Moreover, a load-sharing based control node migration (LS-CNM) method is proposed to address the challenges of controller load balancing dynamically. The LS-CNM identifies the overloaded controller and corresponding assistant controller with low utilization. Then, a suitable control node is chosen for partial migration in accordance with the load of the assistant controller. Subsequently, LS-CNM ensures dynamic load balancing by considering threshold loads, intelligent assistant controller selection, and real-time monitoring for effective partial load migration. The proposed LS-CNM scheme is executed on the open network operating system (ONOS) controller and the whole network is simulated in ns-3 simulator. The simulation results of the proposed LS-CNM outperform the state of the art in terms of frequency of controller overload, load variation of each controller, round trip time, and average delay

TPAAD: two‐phase authentication system for denial of service attack detection and mitigation using machine learning in software‐defined network.

Software-defined networking (SDN) has received considerable attention and adoption owing to its inherent advantages, such as enhanced scalability, increased adaptability, and the ability to exercise centralized control. However, the control plane of the system is vulnerable to denial-of-service (DoS) attacks, which are a primary focus for attackers. These attacks have the potential to result in substantial delays and packet loss. In this study, we present a novel system called Two-Phase Authentication for Attack Detection that aims to enhance the security of SDN by mitigating DoS attacks. The methodology utilized in our study involves the implementation of packet filtration and machine learning classification techniques, which are subsequently followed by the targeted restriction of malevolent network traffic. Instead of completely deactivating the host, the emphasis lies on preventing harmful communication. Support vector machine and K-nearest neighbours algorithms were utilized for efficient detection on the CICDoS 2017 dataset. The deployed model was utilized within an environment designed for the identification of threats in SDN. Based on the observations of the banned queue, our system allows a host to reconnect when it is no longer contributing to malicious traffic. The experiments were run on a VMware Ubuntu, and an SDN environment was created using Mininet and the RYU controller. The results of the tests demonstrated enhanced performance in various aspects, including the reduction of false positives, the minimization of central processing unit utilization and control channel bandwidth consumption, the improvement of packet delivery ratio, and the decrease in the number of flow requests submitted to the controller. These results confirm that our Two-Phase Authentication for Attack Detection architecture identifies and mitigates SDN DoS attacks with low overhead

Software Defined Networking (SDN): Etat de L'art

International audienceInternet a connu un énorme succès, Il est devenu un outil universel indispensable pour les entreprises et la plupart d’individus. Cependant, malgré leur adoption, les réseaux classiques sont complexes et difficiles à gérer. Une des raisons de cette difficulté réside dans l’architecture des réseaux actuels où le plan de contrôle et le plan de données sont intégrés verticalement dans chaque équipement réseau. SDN est un nouveau paradigme réseau, qui permet de simplifier la gestion et l’innovation dans le réseau, en séparant la logique de contrôle du réseau des équipements d’interconnexions ,en promouvant la centralisation du contrôle et la capacité de programmer le réseau. Dans cet article, nous présentons une vue générale sur SDN. Nous commençons par présenter SDN, son architecture, et ses interfaces de communications. Nous décrivons par la suite le protocole Openflow, son fonctionnement, et les principaux contrôleurs SDN. Nous examinons également les problèmes confrontées par SDN, en nous concentrant sur les principaux défis de plan de contrôle tels que la performance, la scalabilité, la sécurité, et la fiabilité, nous discutons ainsi, les solutions existantes afin de surmonter ces défis

Flexible architecture for the future internet scalability of SDN control plane

Software-Defined Networking (SDN) separates the control plane from the data plane. The initial SDN approach involves a single centralized controller, which may not scale properly as a network grows in size. Distributed controllers have emerged to address the disadvantages of a single centralized controller. The control architecture needs to be distributed with traffic control between switches and controllers and among the controllers in order to allow SDNs for several thousand switches. One of the most significant research challenges for distributed controller architectures is to effectively manage controllers, which includes allocating enough controllers to appropriate network locations. To address these daunting issues, we make the following major contributions: This thesis expands the method of solving the Control Placement Problem (CPP) based on the K-means and K-center algorithms to include a Hierarchical Controller Placement Problem (HCPP), located at a high level of Super Controller (SC), a middle level of Master Controllers (MCs), and the lowest level of domain controllers (DCs). The optimization metric addresses latency between the controller and the switches assigned to it.. The proposed architecture and methodology are implemented using the topology of Western European NRENs from the Internet Topology Zoo. The entire network topology is divided into clusters, and the optimal number of controllers (DCs) and their placement are determined for each cluster. MC placement optimization determines the optimal number of MCs and their optimal placement. As a second contribution, an accumulated latency is defined to solve CPP, which takes into account both the latency between the controller and its associated switches and the latency between controllers. Under the constraint of latency, an optimization problem is formulated as per mixed-integer linear programming (MILP). The goal of the research is to reduce accumulated latency while also reducing the number of network controllers and optimizing their placement to achieve an optimal balance. The performance of the developed method is evaluated on Internet2 OS3E real network topology. To achieve the third objective, a metric was developed that includes reliability. The communication latency between controllers should also be considered because a low controller-switch delay does not always imply a short controller-controller delay for a particular controller placement. As the third contribution, we propose a novel metric for CPP to improve the reliability of controllers that takes into account both communication latency and communication reliability between switches and controllers, as well as between controllers. When a single link fails, reliability is taken into account. This aspect concluded by identifying the optimal controller placement to achieve low latencies in control plane traffic. The goal of this project is to reduce the average latency. As the fourth contribution, this study evaluates the Joint Latency and Reliability-aware Controller Placement (LRCP) optimization model. As the evaluation metric, control plane latency (CPL) is defined as the sum of the average switch-to-controller latency and average inter-controller latency. The latency of the control plane, utilizing the actual latencies of the real network topology, is calculated for every optimum placement in the network. In the case of a failure of the single link, the actual CPL for LRCP placements is calculated and evaluated to determine how good LRCP placements are. CPL metrics are used to compare latency and reliability metrics with other models. This study provides proof that the developed methodologies for large-scale networks are highly powerful in terms of searching for all feasible controller placements while assessing the outcomes. In addition, compared to previous work including latency among controllers and reliability for an event of single-link failure.La xarxa definida per programari (SDN) separa el pla de control del pla de dades. L’enfocament SDN inicial implica un únic controlador centralitzat, que pot no escalar correctament a mesura que la xarxa creixi de mida. Els controladors distribuïts han sorgit per abordar els inconvenients d’un únic controlador centralitzat. . Un dels reptes de recerca més importants per a les arquitectures de controladors distribuïts és gestionar de manera eficaç els controladors, que inclou l’assignació de controladors suficients a les ubicacions de xarxa adequades. Per abordar aquests problemes, fem les següents contribucions. Aquesta tesi amplia el mètode de resolució del Problema de Col·locació de Control (CPP) basat en els algorismes de K-means i K-center per incloure un Problema de Col·locació de Controladors Jeràrquics (HCPP), situat a un nivell alt de Super Controller (SC), un nivell de controladors mestres (MC) i el nivell més baix de controladors de domini (DC). La mètrica d’optimització és la latència entre el controlador i els commutadors assignats a aquest. L’arquitectura i la metodologia proposades s’implementen utilitzant la topologia de NREN d’Europa occidental de l’Internet Topology Zoo. La topologia de la xarxa es divideix en clústers i es determina el nombre òptim de controladors de domini (DC) i la seva ubicació per a cada clúster. L’optimització de la ubicació de MC determina el nombre òptim de MC i la seva col·locació òptima. Com a segona contribució, es defineix una latència acumulada per resoldre el CPP, que té en compte tant la latència entre el controlador i els seus commutadors associats com la latència entre controladors. Sota la restricció de la latència, es formula un problema d’optimització segons la programació lineal de nombres enters mixts (MILP). L’objectiu de la investigació és reduir la latència acumulada alhora que es redueix el nombre de controladors de xarxa i optimitza la seva col·locació per aconseguir un equilibri òptim. El rendiment del mètode desenvolupat s’avalua en la topologia de xarxa real d’Internet2 OS3E. Per aconseguir el tercer objectiu, es va desenvolupar una mètrica que inclou la fiabilitat. També s’ha de tenir en compte la latència de comunicació entre controladors perquè un retard baix entre el commutador i el controlador no sempre implica un retard curt del controladorcontrolador per a una ubicació concreta dels controladors. Com a tercera contribució, proposem una nova mètrica per al CPP per millorar la fiabilitat dels controladors que tingui en compte tant la latència de la comunicació com la fiabilitat de la comunicació entre commutadors i controladors, així com entre controladors. La fiabilitat es té en compte quan falla un únic enllaç identificant la col·locació òptima dels controladors per aconseguir baixes latències en el trànsit del pla de control. L’objectiu d’aquest projecte és reduir la latència mitjana. Com a quarta contribució, aquest estudi avalua el model d’optimització Joint Latency and Reliability-aware Controller Placement (LRCP). Com a mètrica d’avaluació, la latència del pla de control (CPL) es defineix com la suma de la latència mitjana de commutador a controlador i la latència mitjana entre controladors. La latència del pla de control, utilitzant les latències reals de la topologia de xarxa real, es calcula per a cada col·locació òptima a la xarxa. En el cas d’una fallida en un únicenllaç, es calcula i s’avalua el CPL real de les ubicacions LRCP per determinar com de bones són les ubicacions LRCP. Les mètriques CPL s’utilitzen per comparar les mètriques de latència i fiabilitat amb altres models. Aquest estudi proporciona la prova que les metodologies desenvolupades per a xarxes a gran escala són molt potents pel que fa a la recerca de totes les ubicacions de controladors factibles mentre s’avaluen els resultats. A més, en comparació amb el treball anterior, inclou la latència entre els controladors i la fiabilitat per a un esdeveniment de fallada d’un enllaç únic.Las redes definidas por software (SDN) separan el plano de control del plano de datos. El enfoque inicial de SDN implica un único controlador centralizado, que puede no escalar adecuadamente a medida que una red crece en tamaño. Los controladores distribuidos han surgido para abordar las desventajas de un único controlador centralizado. Uno de los retos de investigación más importantes para las arquitecturas de controladores distribuidos es la gestión eficaz de los controladores, que incluye la asignación de suficientes controladores en las ubicaciones adecuadas. Para hacer frente a estos problemas, realizamos las siguientes contribuciones principales: Esta tesis amplía el método de resolución del Problema de Colocación de Controles (CPP) basado en los algoritmos K-means y K-center para incluir un Problema de Colocación de Controladores Jerárquicos (HCPP), situado en un nivel alto de Super-controladores (SC), un nivel medio de Controladores Maestros (MC), y el nivel más bajo de controladores de dominio (DC). La métrica de optimización es la latencia entre el controlador y los conmutadores asignados al mismo. . La arquitectura y la metodología propuestas se implementan utilizando la topología de las NREN de Europa Occidental del TopologyZoo. La topología completa de la red se divide en clústeres, y se determina el número óptimo de controladores de dominio (CD) y su colocación para cada clúster. La optimización de la colocación de los MC determina el número óptimo de MC y su colocación óptima. Como segunda contribución, se define una latencia acumulada para resolver el CPP, que tiene en cuenta tanto la latencia entre el controlador y sus conmutadores asociados como la latencia entre los controladores. Bajo la restricción de la latencia, se formula un problema de optimización según la programación lineal de enteros mixtos (MILP). El objetivo es reducir la latencia acumulada al tiempo que se reduce el número de controladores de la red y se optimiza su ubicación para lograr un equilibrio óptimo. El rendimiento del método desarrollado se evalúa en la topología de Internet2 OS3E. Para lograr el tercer objetivo, se desarrolló una métrica que incluye la fiabilidad. La latencia de la comunicación entre controladores también debe tenerse en cuenta, ya que un bajo retardo entre controladores y conmutadores no siempre implica un corto retardo entre controladores para una determinada ubicación de los mismos. Como tercera contribución proponemos una nueva métrica para el CPP para mejorar la fiabilidad de los controladores que tiene en cuenta tanto la latencia de la comunicación como la fiabilidad de la comunicación entre los conmutadores y los controladores, así como entre los controladores. Se tiene en cuenta la fiabilidad cuando falla un solo enlace. Este aspecto concluye con la identificación de la ubicación óptima de los controladores para lograr bajas latencias en el tráfico del plano de control. El objetivo es reducir la latencia media. Como cuarta contribución, este estudio evalúa el modelo de optimización Joint Latency and Reliability-aware Controller Placement (LRCP). Como métrica de evaluación, la latencia del plano de control (CPL) se define como la suma de la latencia media entre conmutadores y controladores y la latencia media entre controladores. La latencia del plano de control, utilizando las latencias reales de la topología de la red, se calcula para cada ubicación óptima en la red. En el caso de un fallo de un enlace, se calcula y evalúa la CPL real para las colocaciones de LRCP con el fin de determinar lo buenas que son las colocaciones de LRCP. Las métricas CPL se utilizan para comparar las métricas de latencia y fiabilidad con otros modelos. Este estudio demuestra que las metodologías desarrolladas para redes a gran escala son muy potentes en cuanto a la búsqueda de todas las ubicaciones factibles de los controladores mientras se evalúan los resultados. Además, en comparación con los trabajos anteriores, que incluyen la latencia entre controladores y la fiabilidad para un caso de fallo de un solo enlacePostprint (published version

Minimum energy transmission forest-based Geocast in software-defined wireless sensor networks

© 2021 The Authors. Published by Wiley. This is an open access article available under a Creative Commons licence. The published version can be accessed at the following link on the publisher’s website: https://doi.org/10.1002/ett.4253Wireless Sensor Networks (WSNs)-based geographic addressing and routing have many potential applications. Geocast protocols should be made energy efficient to increase the lifetime of nodes and packet delivery ratio. This technique will increase the number of live nodes, reduce message costs, and enhance network throughput. All geocast protocols in the literature of WSN apply mostly restricted flooding and perimeter flooding, which is why still the redundancy they produce significantly high message transmission costs and unnecessarily eats up immense energy in nodes. Moreover, perimeter flooding cannot succeed in the presence of holes. The present article models wireless sensor networks with software-defined constructs where the network area is divided into some zones. Energy-efficient transmission tree(s) are constructed in the geocast area to organize the flow of data packets and their links. Therefore, redundancy in the transmission is eliminated while maintaining network throughput as good as regular flooding. This proposed technique significantly reduces energy cost and improves nodes' lifetime to function for higher time duration and produce a higher data packet delivery ratio. To the best of the author's knowledge, this is the first work on geocast in SD-WSNs

On reliability improvement of Software-Defined Networks

In Software-Defined Networks (SDNs) the role of the centralized controller is crucial, and thus it becomes a single point of failure. In this work, a distributed controller architecture is explored as a possible solution to improve fault tolerance. A network partitioning strategy, with small subnetworks, each with its own Master controller, is combined with the use of Slave controllers for recovery aims. A novel formula is proposed to calculate the reliability rate of each subnetwork, based on the load and considering the number and degree of the nodes as well as the loss rate of the links. The reliability rates are shared among the controllers through a newly-designed East/West bound interface, to select the coordinator for the whole network. This proposed method is called \u201cReliable Distributed SDN (RDSDN).\u201d In RDSDN, the failure of controllers is detected by the coordinator that may undertake a fast recovery scheme to replace them. The numerical results prove performance improvement achievable with the adoption of the RDSDN and show that this approach performs better regarding failure recovery compared to methods used in related research