Edge Computing and Software Defined Network as solutions for complex Internet of Things management: Use case of EHealth Networks

Tran-Tuan Chu

Résumé

The Internet of Things (IoT) has influenced the world since its creation. After two decades of development history, the number of Internet of Things devices is growing dramatically. According to CISCO, more than 15 billion things will be connected to the Internet by 2025. This indication proved the paradigm's impact and its development capability. Along with the general IoT paradigm's dramatic growth, a crucial branch has received significant research attention from the community, which is the Healthcare Internet of Things or H-IoT. This particular branch results from the IoT's emergence in the eHealth domain, which allows for innovating humanity's healthcare prospects. Various kinds of research have been conducted in the domain but the researchers usually focus on improving Healthcare-related tasks. The common neglect in controlling the Communication infrastructure in the literature is mainly because of the exclusive industrial management. However, the evolution of the Internet operational model influenced by Network Function Virtualization (NFV) & Network Slicing, and Wireless communication advancements in 5G has transformed the classic network point-of-view. Taking into account NFV and Network Slicing, two advanced features have allowed third-party interference on the deployed network infrastructure. Besides, Wireless communication advancements also enable flexible network infrastructure feasibility, in correlation with our domain, the prospect is crucial in crisis context or disaster scenarios. Eventually, both 5G's phenomenons have reshaped future Internet prospects and introduced many open opportunities and challenges to the studying domain. Thus, this thesis aims to tackle those challenges using the following method. First, we study the state-of-the-art and address the current limitations in the literature. Afterward, we navigate to explore unexploited solutions offered by cutting-edge technology in the domain. Besides, our experimental scenarios are envisioned to be studied in the eHealth networks context, notably Healthcare Transport. In the end, we present three distinctive contributions and their ultimate fusion. The proposed contributions improve the Healthcare IoT literature in the following aspects. Our first contribution focuses on presenting the community with a vision of innovation that inspired by 5G's advancements. The presented point-of-view not only assesses 5G's network perspective but enlarges it and navigates the community towards a greater prospect. Taking advantage of the proposed point of view, an update for an existing solution (connection migration) toward a seamless and transparent Healthcare transport network experience is investigated. Last but not least, we studied an independent solution (multipath scheduler selector) that leverages multiple physical interfaces in modern network equipment to provide the best eHealth network performance.

L'Internet des objets (IoT) a influencé le monde depuis sa création. Après deux décennies d'histoire de développement, le nombre de dispositifs de l'Internet des objets connaît une croissance spectaculaire. Selon CISCO, plus de 15 milliards d'objets seront connectés à Internet d'ici 2025. Cette indication prouve l'impact du paradigme et sa capacité de développement. Parallèlement à la croissance spectaculaire du paradigme IoT en général, une branche cruciale a reçu une attention de recherche significative de la part de la communauté, à savoir l'Internet des objets pour la santé (Healthcare Internet of Things ou H-IoT). Cette branche particulière découle de l'émergence de l'IoT dans le domaine de l'e-santé ou santé numérique (eHealth), ce qui permet d'innover les perspectives de soins de santé de l'humanité. De nombreuses recherches ont été menées dans ce domaine, mais les chercheurs se concentrent généralement sur l'amélioration des tâches liées à la santé. La négligence commune en ce qui concerne la gestion de l'infrastructure de communication dans la littérature est principalement due à la gestion industrielle exclusive. Cependant, l'évolution du modèle opérationnel d'Internet, influencée par la virtualisation des fonctions réseau (NFV) et le découpage de réseau (Network Slicing), ainsi que les avancées de la communication sans fil dans le domaine du 5G, a transformé le point de vue classique sur le réseau. En tenant compte de la NFV et du Network Slicing, deux fonctionnalités avancées ont permis l'ingérence de tiers sur l'infrastructure réseau déployée. De plus, les avancées de la communication sans fil permettent également la faisabilité d'une infrastructure réseau flexible, en corrélation avec notre domaine. Cette perspective est cruciale dans un contexte de crise ou de scénarios de catastrophe. En fin de compte, les deux phénomènes du 5G ont remodelé les perspectives futures d'Internet et ont introduit de nombreuses opportunités et défis ouverts pour le domaine de l'étude. Ainsi, cette thèse vise à relever ces défis à l'aide de la méthode suivante. Tout d'abord, nous étudions l'état de l'art et abordons les limitations actuelles dans la littérature. Ensuite, nous explorons des solutions inexploitées offertes par les technologies de pointe dans le domaine. De plus, nos scénarios expérimentaux sont conçus pour être étudiés dans le contexte des réseaux de santé électronique, notamment le transport de santé. En fin de compte, nous présentons trois contributions distinctes et leur fusion ultime. Les contributions proposées améliorent la littérature sur l'Internet des objets pour la santé sous les aspects suivants. Notre première contribution se concentre sur la présentation à la communauté d'une vision d'innovation inspirée par les avancées du 5G. Le point de vue présenté évalue non seulement la perspective du réseau 5G, mais l'élargit et guide la communauté vers une perspective plus grande. En tirant parti du point de vue proposé, une mise à jour d'une solution existante (migration de connexion) vers une expérience de réseau de transport de santé fluide et transparente est étudiée. Enfin, nous avons étudié une solution indépendante (sélecteur de planificateur multipath) qui exploite de multiples interfaces physiques dans les équipements réseau modernes pour offrir les meilleures performances pour l'e-santé ou la santé numérique.