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Carlosaps

Redes WiMesh - Artigo Detalhado

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Conteúdo interessante para quem quer entender o funcionamento das redes WiMesh.

Resumo


Este artigo apresenta as definições e formas de implantação de redes em malha sem fio (WiMesh), abordando seus protocolos de roteamento e encaminhamento bem como sua topologia e possíveis aplicações. A partir desse estudo, será feita uma análise da viabilidade da utilização desta tecnologia, ao invés de tecnologias de cabos ou tecnologias sem fio comuns.

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 em modo Ad-hoc, onde os nós de acesso se comunicam sem a necessidade de um AP central controlando toda a comunicação, criando asim uma malha de dados sem fio com custo de

implantação reduzido devido à não necessidade de prévia implantação de uma infraestrutura.

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 Adhoc, 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 préalocados.

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).
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uma 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.
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Fig. 2 - Rede WiMesh

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. Em redes WiMesh esta desvantagem não é tão grande por não haver uma mudança constante da topologia da rede, o que diminui o envio de pacotes de controle entre os dispositivos de roteamento.

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 pudesse 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 OLSRML (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 têm 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 artigo 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.

Créditos: http://www.oficinadanet.com.br/artigo/561/redes_wimesh

Comentários

  1. Avatar de edvaldo
    alguém pode me dizer como baixar o programa netinstall, porque não consigo fazer o download?

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