Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การออกแบบและการทำให้เกิดผลของโครงข่ายเมชไร้สายกลางแจ้งพิสัยปานกลางด้วยโอเพนโฟลวในราสเบอร์รีพาย
Year (A.D.)
2018
Document Type
Thesis
First Advisor
Chaodit Aswakul
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Electrical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า)
Degree Name
Master of Engineering
Degree Level
Master's Degree
Degree Discipline
Electrical Engineering
DOI
10.58837/CHULA.THE.2018.185
Abstract
This thesis has designed and implemented the prototype of software-defined wireless mesh network (SDWMN) testbed with in-band control approach for road traffic monitoring system on Phaya Thai road between Rama 1 and Rama 4 roads. Wireless mesh nodes for this outdoor SDWMN testbed are composed of 6 waterproof boxes, 6 Raspberry Pi's, 6 cameras, and 6 power banks and 2 Intel NUC computers. Ad-hoc based IEEE 802.11 WiFi standard is used to send the captured image from Raspberry. Two gateways are installed at the traffic police boxes and two wireless mesh nodes are installed at each crossover bridge on Phaya Thai road. The total distance between two gateways is 1100 meters. On Phaya Thai road, the average distance between adjacent crossover bridges is 250-350 meters. In summary, the main contributions of this thesis are as follows. Firstly, we have designed and developed all components in preparation for the actual installation SDWMN testbed. The software parts include the installation of OpenVswitch, RYU, driver for external WiFi adapter in all wireless nodes and routing for outdoor SDWMN. Linux kernel version 4.4 has been used with the driver for applied antenna in this thesis. A waterproof box is designed for installation on the crossover bridges on Phaya Thai road. The primary route and the alternative route are built by predefined forwarding rules based on minimum hop path. The primary route is installed by predefined forwarding rules at bootstrapping stage in all wireless nodes and the alternative route is established by predefined backup forwarding rules from RYU controller when one of the wireless mesh nodes is failed with the usage of standard OpenFlow configuration request message. Based on our measurement of network performance, OpenFlow control traffic requires around 12 kbit/sec when all wireless mesh node are connected to RYU controller and requires at least 20 kbit/sec when one of the wireless mesh nodes is disconnected from RYU controller. The failure of wireless mesh node is investigated by manually rebooting the wireless mesh node. From our results, the required largest time to reroute for is 46 seconds and for data plane is 30 seconds. The actual restoration time for individual failure cases depends on the actual physical location where outdoor SDWMN is installed and the nodes that fail Finally, we have integrated the intended traffic monitoring application and SDWMN network. We have provided to traffic police for usages of traffic monitoring system for 16 hours on 26th November 2018 and the status of control plane during this practical operation of a traffic monitoring system is investigated. During network operation with traffic monitoring application in winter season of Thailand, the temperature of wireless mesh node is lower than the maximum operable temperature which is 85-degree Celsius. Testing in the warmer seasons is left as a future work together with the testing of resultant temperaturedependent node inoperability and SDWMN reliability. The current network testbed will be a baseline for those future implementation verification of large-scale SDWMN of road traffic monitoring network.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
วิทยานิพนธ์ฉบับนี้ได้นำเสนอการออกแบบ และพัฒนาระบบทดสอบโครงข่ายไร้สายแบบเมชที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ (SDWMN) ด้วยวิธีการควบคุมอินแบน (in-band) มาใช้กับระบบเฝ้าติดตามการจราจรบนถนนพญาไทในช่วงจากถนนพระราม 1 และถนนพระราม 4 โนดเมชไร้สายสำหรับระบบทดสอบ SDWMN แบบกลางแจ้งนี้ประกอบด้วยกล่องแบบกันน้ำ 6 กล่อง, บอร์ดราสเบอร์รีพาย 6 ตัว, กล้อง 6 ตัว, แบตเตอรีสำรอง 6 ก้อน และคอมพิวเตอร์ Intel NUC 2 เครื่อง โดยใช้มาตรฐานอินเทอร์เน็ตไร้สายแอดฮอก IEEE 802.11 เพื่อส่งภาพที่ถ่ายจากราสเบอร์รีพายเกตเวย์ 2 ตัวถูกติดตั้งที่ป้อมตำรวจจราจรและโนดโครงข่ายไร้สายแบบเมช 2 ตัวถูกติดตั้งไว้ที่สะพานลอยข้ามถนนพญาไทแต่ละแห่งโดยมีระยะทางระหว่างเกตเวย์ทั้งสองตัวเท่ากับ 1100 เมตรและมีระยะทางเฉลี่ยระหว่างระหว่างสะพานลอยที่อยู่ติดกันเท่ากับ 250 ถึง 350 เมตร สาระสำคัญของวิทยานิพนธ์ฉบับนี้สรุปไว้ดังต่อไปนี้ ส่วนแรกคือ การออกแบบและพัฒนาส่วนประกอบทั้งหมดเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการติดตั้ง SDWMN จริง โดยส่วนของซอฟต์แวร์นั้นรวมถึงการติดตั้งสวิทช์เสมือน OpenVswitch, ตัวควบคุม RYU, ไดรเวอร์ สำหรับอินเทอร์เน็ตไร้สายภายนอกในโนดโครงข่ายไร้แบบเมช และการจัดเส้นทางสำหรับ SDWMN ภายนอก การติดตั้งใช้เคอร์เนลลินุกซ์เวอร์ชัน 4.4 ร่วมกับไดรเวอร์สำหรับสายอากาศที่ใช้ในวิทยานิพนธ์นี้ ในส่วนของฮาร์ดแวร์กล่องกันน้ำถูกออกแบบมาสำหรับติดตั้งบนสะพานลอยบนถนนพญาไท เส้นทางหลักและเส้นทางรองถูกสร้างขึ้นโดยกฎการส่งต่อ ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าบนเส้นทางที่จำนวนฮอพต่ำที่สุด เส้นทางหลักจะถูกติดตั้งตามกฎต่าง ๆ ในขั้นตอนการเริ่มเปิดใช้งานโนดไร้สายทั้งหมด และเมื่อโนดเมชไร้สายบ่างโนดหยุดทำงาน เส้นทางรองจะถูกสร้างขึ้นตามกฎการสงต่อสำรองที่กำหนดไว้ล่วงหน้าด้วยการใช้ข้อความาตรฐานในการร้องขอให้ กำหนดค่าของโอเพนโฟลว จากการวัดสถรรถนะโครงข่ายพบว่ามีทราฟฟิกควบคุมโอเพนโฟลวประมาณ 12 กิโลบิตต่อวินาทีเมื่อโนดเมชไร้สายทุกตัวเชื่อมต่ออยู่กับตัวควบคุม RYU และประมาณ 20 กิโลบิตต่อวินาทีเมื่อโนดเมชไร้สายตัวหนึ่งถูกตัดการเชื่อมต่อจากตัวควบคุม RYU กรณีศึกษาที่มีโนดเมชไร้สายหยุดทำงานได้ถูกจำลองขึ้นโดยการรีบูตโนดเมชไร้สายด้วยผู้ทดลองเอง จากผลลัพธ์ที่ได้นั้นเวลาที่มากที่สุดที่ต้องใช้เพื่อกำหนดเส้นทางใหม่เป็น 46 วินาที สำหรับระนาบควบคุม และ 30 วินาที สำหรับระนาบข้อมูล ค่าระยะเวลาในการฟื้นฟูเส้นทางสำหรับความล้มเหลวในแต่ละกรณี จะขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางกายภาพจริงที่ใช้ติดตั้ง SDWMN ภายนอก และขึ้นกับว่าโนดใดหยุดทำงาน สุดท้ายวิทยานิพนธ์นี้ได้ทดสอบการรวมแอพพลิเคชัน และการเฝ้าติดตามการจราจรบนถนนกับโครงข่าย SDWMN นี้ โดยได้ให้บริการแก่ตำรวจจราจรเป็นจำนวน 16 ชั่วโมงในวันที่ 26 พฤศจิกายน พ.ศ. 2561 และได้มีการตรวจสอบสถานะของระนาบควบคุมในระหว่างการใช้งานจริงของระบบ ในการทดสอบในช่วงฤดูหนาวของประเทศไทยและพบว่าที่อุณหภูมิของโนดเมชไร้สายต่ำกว่าอุณหภูมิสูงสุดที่สามารถใช้งานได้คือ 85 องศาเซลเซียส เป็นผลให้งานในอนาคตคือการทดสอบใน ฤดูร้อนซึ่งอาจจะนำไปสู่การทดสอบความไม่เสถียรของโนดที่ขึ้นกับอุณหภูมิที่สูงขึ้นและส่งผลต่อการศึกษาความน่าเชื่อถือของระบบ SDWMN โดยระบบทดสอบโครงข่ายที่ได้พัฒนาขึ้นนี้จะเป็นพื้นฐานสำหรับการตรวจสอบการใช้งานต่าง ๆ ในอนาคตของ SDWMN ขนาดใหญ่ในโครงข่ายการเฝ้าระวังการจราจรบนถนนต่อไป
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Htet, Soe Ye, "Design and implementation of medium-range outdoor wireless mesh network with openflow in raspberry Pie" (2018). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 2316.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/2316