Redes Wimesh
1
Introdução
Primeiramente
neste trabalho descreveremos as redes WiFi tradicionais, que são a tecnologia
de acesso à rede sem fio que temos disponíveis mais facilmente na atualidade e que
proporcionam uma cobertura extremamente limitada. Depois discutiremos a
tecnologia Mesh, abordando como estender da área de acesso através de uma malha
de Access Points (AP’s). Abordaremos também a tecnologia que sustenta as redes
Mesh demonstrando como é feito o roteamento e o encaminhamento de pacotes
através dessa malha sem fio. Citaremos também as possíveis aplicações desta
tecnologia em diversos ambientes.
2 Redes WiFi
As
redes WiFi seguem o padrão 802.11 desenvolvido pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronics
Engineers) e homologado no ano de 1997, que é bastante aceito pela comunidade
internacional. Na época da elaboração do padrão as redes WiFi operavam
utilizando a freqüência de 2,4GHz, que é livre de licenciamento, e
possibilitavam uma largura máxima de banda entre 1 e 2Mbps. Mais recentemente,
em 1999, foram aprovados os padrões 802.11b e 802.11a, que usam freqüências de
2,4GHz e 5GHz e podem atingir de 11Mbps a 54Mbps, respectivamente. Atualmente o
padrão mais utilizado é o 802.11g que tem as mesmas especificações do padrão
802.11b, mas oferece uma velocidade de até 54Mbps. Existem várias vertentes de
padronização promissoras como a 802.11n que está em fase final de homologação e
terá sua largura de banda alcançando até 104Mbps operando nas faixas de 2,4GHz
(livre) e 5GHz (licenciada). Algumas empresas, entre elas a Cisco, editaram uma
proposta de criação do padrão IEEE 802.11s específico para redes Mesh que
pretende padronizar os protocolos de roteamento e a gerência de uma rede em
malha.
3 Redes WiMesh
Conforme
definição do professor Célio Vinícius
Neves Albuquerque (UFF) redes Mesh são “redes em malha sem fio
auto-configuráveis que interconectam um conjunto de nós fixos capazes de rotear
pacotes entre si”. Geralmente os nós e roteadores de redes WiMesh utilizam a
tecnologia 802.11
As redes sem
fio que utilizamos atualmente são divididas em células que determinam o Basic
Service Set (BSS), ou seja, a área de cobertura daquela célula. Quando se tem a
infra-estrutura com um ponto de acesso (AP) central temos uma rede local sem
fio com infra-estrutura. Poderíamos ter também uma rede local sem fio sem
infra-estrutura, onde os computadores acessariam as outras máquinas da rede sem
ser mediado por um AP, esse modo de comunicação é chamado de modo Ad-hoc. O
modo Ad-hoc é interessante pelo fato de não necessitar da implantação prévia de
uma infra-estrutura, característica muito interessante em casos de desastres
naturais e operações de guerra, sendo este última o motivo principal da criação
destas redes. As redes WiMesh são um exemplo de utilização de redes Ad-hoc,
onde os AP’s comunicam entre si neste modo formando uma malha através da união
de seus BSS formando um extenso ESS (Extended Service Set), que é uma rede de
AP’s conectados entre si.
2.1 Controle de Acesso
O sistema de controle de acesso distribuído ao meio
utilizado nas redes WiMesh é o CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), o mesmo utilizado por
redes WiFi tradicionais, onde os dispositivos
esperam um canal de transmissão limpo para evitar colisões. Depois de cada
transmissão a rede entra em um modo onde as estações só podem começar a
transmitir em canais a ela pré-alocados. Ao terminar a transmissão, a primeira estação
com espaço alocado tem o direito de transmitir com mínimas probabilidades de
colisão. Se não transmitir, o direito passa a estação para a segunda estação
com espaço alocado.
3.2 Topologia
Em uma rede WiFi tradicional (Fig. 1) temos um ponto de acesso ligado à internet que oferece conectividade aos dispositivos que estão na área coberta pelo sinal (BSS).
Numa solução utilizando redes WiMesh (Fig. 2) temos um roteador WiMesh (ou mais) ligado à internet e vários outros roteadores espalhados por toda área de cobertura, que comunicam entre si até encontrarem a melhor rota de saída para a internet ou para alcançar outros host da rede.
4 Protocolos de
Roteamento
4.1 Tipos
Existem
basicamente 3 classes de protocolos de roteamento: os Pró-ativos, os Reativos e
os híbridos.
Os protocolos
de roteamento Pró-ativos, ou table driven, são baseados em tabelas de
roteamento que são continuamente atualizadas com toda a topologia da rede,
utilizam algoritmos específicos para calcular o caminho de menos custo.
Exemplos desta classe são os protocolos OLSR, DSDV, WRP, etc. A vantagem de
utilizar um protocolo pró-ativo é ter uma tabela de roteamento constantemente
atualizada tendo assim a rota disponível a qualquer momento. A grande
desvantagem dessa classe de protocolos é o custo para manter as tabelas
atualizadas devido à troca de mensagens de controle que ocupam parte da
capacidade de transmissão das redes.
Para redes Ad-hoc
tradicionais genéricas utiliza-se uma classe de protocolos de roteamento on
demand ou reativos, ou seja, eles não ficam continuamente enviando informações
da topologia da rede e não ficam atualizando suas tabelas, a não ser que eles
tenham um pacote de dados para enviar a um determinado destino. Assim a rota só
é descoberta sob demanda, ou seja, quando um dispositivo tiver um dado a enviar
para outro. Isto é feito inundando a rede com pacotes de controle até receber
uma resposta do host destinatário, assim que a rota é descoberta o pacote é
enviado. Esta característica é muito importante em redes de baixa largura de
banda, pois diminui o tráfego de pacotes de controle, aumentando assim a
capacidade de transmissão de dados. Esta classe tem a vantagem de demandar um
pequeno overhead de controle porque não há a necessidade de manter as tabelas
dos roteadores constantemente atualizadas com a topologia da rede. Porém, ao
enviar um dado para um determinado nó que o roteador “não sabe” a rota, tem-se
um retardo maior no envio da informação enquanto o roteador tenta descobrir o
destino.
Existem ainda
os protocolos Híbridos, que combinam as características dos protocolos
pró-ativos e reativos. Um exemplo de protocolo hibrido é o ZRP (Zone Routing
Protocol) que estabelece uma zona onde ele vai atuar como pró-ativo, a partir
do limite dessa zona ele passa a atuar como on demand, fazendo um flood de pacotes de atualização para
descobrir qual rota utilizar para enviar a informação. Esses protocolos são
adequados para redes Ad-hoc com muitos nós porque pode-se estabelecer uma zona
onde se tem um conhecimento parcial da topologia da rede e, caso necessite
enviar alguma informação para um nó mais distante este protocolo atuaria como
um protocolo on demand.
4.2 Protocolo OLSR
O protocolo
mais utilizado atualmente na construção de redes WiMesh é o protocolo OLSR
(Optimized Link State Routing) que é padronizado pelo IETF (Internet
Engineering Task Force) através do RFC 3626, é um protocolo pró-ativo, ou seja,
possui uma tabela de roteamento ativa e constantemente atualizada que, como foi
explicado anteriormente não representa um grande problema para redes WiMesh
devido à mínima movimentação na topologia da rede, exceto no caso de
interferências ou problemas em algum dos roteadores.
No protocolo
OLSR são selecionados dinamicamente, conforme o crescimento da rede, alguns nós
vizinhos que são denominados MPR’s (Multi Point Relays) onde, através deles os
roteadores enviam informações que têm como destino nós mais distantes, diminuindo
assim o tráfego na rede e a colisão de informações na camada de transporte.
O OLSR padrão
decide pela melhor rota apenas pelo menor número de saltos, o que não é a
melhor alternativa pois, apesar de termos um menor numero de saltos entre dois
dispositivos este menor caminho pode estar mais congestionado que outro com
saltos adicionais. Uma proposta apresentada no Grupo de Trabalhos da Rede
Nacional de Pesquisa sobre Redes Mesh é a utilização da extensão OLSR-ML
(Optimized Link State Routing – Minimum Loss) onde a taxa de perda dos links é
monitorada e, quando a topologia é montada, o roteador decide pela rota com a
menor taxa de perda acumulada.
5 Possíveis
Implantações
Uma possível
aplicação da tecnologia WiMesh seria instalação de um roteador WiMesh dentro de
uma residência para prover uma comunicação em banda larga entre todos
componentes eletrônicos que dispõem de chips sem fio como Tv’s digitais, fornos
de microondas, geladeiras, freezeres, câmeras, PDA’s, computadores, entre
outros. Em geral um único AP não consegue cobrir toda área de uma residência
devido ao grande número de obstáculos como paredes e móveis, com o uso da
tecnologia WiMesh os roteadores comunicam entre si aumentando assim a cobertura
e a qualidade do sinal sem a necessidade de implantação de uma infra-estrutura
de cabos.
Um outro caso onde caberia a utilização da tecnologia
WiMesh seria uma condomínios e/ou empresas com múltiplos prédios onde, criando
uma rede em malha sem fio, seria dispensada a implantação de uma infra-estrutura
de cabos, o que tornaria a rede mais cara e dificultaria a manutenção.
6 Considerações
Finais
As redes sem fio, cada vez mais, têm tido uma
participação cada vez maior em nossas vidas e muitas tecnologias tem sido
criadas para explorar esta “novidade”.
Espera-se ter atingido o objetivo de tornar mais fácil a compreensão do
funcionamento das redes WiMesh, embora não seja a pretensão desse material ser
um guia, mas amenizar, para acadêmicos e outras pessoas ligadas à implantação e
manutenção de redes, a busca pela tecnologia que melhor se encaixa às suas
necessidades.
7 Referências Bibliográficas
EXTENDED Service Set. Wikipedia, [S.l], Fevereiro 2007 Disponível em:<en.wikipedia.org /wiki/Extended_Service_Set> Acesso em: maio. 2007
BASIC Service Set. Wikipedia, [S.l.], Maio 2006, Disponível em:<www.mpirical.com/ companion/IP/BSA_-_Basic_Service_Area.htm> Acesso em: maio. 2007.
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ZONE Routing Protocol, Computer Science and Communications Research Unit, [S.l], 2006. Disponível em:<http://wiki.uni.lu/secan-lab/Zone+Routing+Protocol.html> Acesso em: maio. 2007.
O MESH faz a rede. Datahouse, [S.l.], Dezembro 2005. Disponível em:<http://www.datahouse.com.br/novidades/novidadesid.asp?id=163>. Acesso em: maio. 2007.
ALBUQUERQUE, Célio Vinicius de, Proposta de grupo de trabalho – ReMesh – Rede Mesh de Acesso Universitário Faixa Larga Sem Fio. RNP, Rio de Janeiro, Setembro 2005. Disponível em:<http://www.rnp.br/_arquivo/gt/2005/GT_Rede_Mesh.pdf>. Acesso em: maio. 2007.
BREUEL, Cristiano Malanga, Redes em malha sem fio. Universidade de São Paulo, São Paulo, Dezembro 2004. Disponível em:<http://grenoble.ime.usp.br/mo vel/Wireless_Mesh_Networks.pdf>. Acesso em: maio. 2007.
PINHEIRO, José Maurício Santos, Redes móveis Ad Hoc. Projeto de Redes, [S.l], Abril 2005. Disponível em:<http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_redes_moveis_ ad_hoc.php>. Acesso em: maio. 2007.
NUNES, Bruno Astuto Arouche, Fatores Impactantes na Performance de Redes Ad Hoc Sem Fio. UFRJ, Rio de Janeiro. Disponível em:<http://www.ravel.ufrj.br/ arquivosPublicacoes/mono_bruno_2003.pdf>. Acesso em: maio. 2007.
Autor: André Tomazetti
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