MiddleFog : a middleware to mitigate the latency in IoT communication devices

Abstract

A Internet das Coisas (IoT) vai além do uso de dispositivos inteligentes. Ela simboliza a transformação do mundo analógico para o digital, permitindo uma tomada de decisões mais eficiente. Para atender à crescente demanda por redes de sensores inter conectados, processamento e análise de dados, é essencial implementar uma infraestrutura robusta. Esta infraestrutura deve ser capaz de fornecer respostas precisas aos usuários. O principal objetivo deste trabalho é investigar um dos desafios críticos da IoT: a latência de comunicação. O MiddleFog está situado entre os dispositivos IoT e a Nuvem, oferecendo uma camada dedicada para um melhor gerenciamento das mensagens de comunicação. Isso visa melhorar o desempenho e a confiabilidade da transmissão de dados entre difer entes protocolos. A arquitetura de middleware consiste em uma estrutura que permite a seleção dinâmica do protocolo de comunicação mais apropriado entre MQTT e CoAP, com base no estado da rede. Essa abordagem também minimiza as limitações de comunicação entre o MEC e a nuvem devido à latência, perda de pacotes e baixa eficiência da rede. Avaliações mostram uma taxa de perda de mensagens de 25% e uma melhoria de desempenho de 48% ao utilizar o MiddleFog na camada Fog.

The Internet of Things (IoT) transcends the use of smart devices. It represents the conver sion of the analogue world into a digital one, facilitating more effective decision-making. To support the growing demand for interconnected sensor networks, data processing and analysis, it is essential to implement a robust infrastructure. This infrastructure must be capable of providing accurate responses to users. In this context, cloud computing emerges as an efficient solution to satisfy the demands imposed by IoT. The main focus of this work is to study one of the most critical challenges of IoT: communication la tency. MiddleFog is located between the IoT devices and the Cloud, i.e. the application at the Fog layer, providing a dedicated layer for better management of communication messages. In order to improve the performance and reliability of data transmission be tween different protocols. The middleware architecture consists of an architecture that allows dynamic selection of the most suitable communication protocol between MQTT and CoAP based on the network status. This approach also reduces communication lim itations between the MEC and the cloud due to latency, packet loss, and low network throughput. Evaluation shows message loss rate of 25% and performance improvement of 48% when using MiddleFog in the Fog layer.