Mudanças entre as edições de "Aumento da capacidade de uma rede mesh IEEE 802.11 com uso de múltiplos canais"

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= Resumo Estendido =
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''' Autor:''' Anderson Rosa
  
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== Introdução ==
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'''Resumo:'''
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A rede sem-fio IEEE 802.11 pode trabalhar no modo mesh, em que estações se organizam
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em uma topologia com múltiplos saltos, formando um domínio de broadcast. Nessa rede, uma
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espécie de roteamento em nível de enlace possibilita que quadros de uma estação de origem
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cheguem até uma estação de destino, com encaminhamentos feitos por estações intermediárias.
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Porém as estações mesh de um mesmo domínio broadcast utilizam o mesmo canal de trans-missão. A utilização do mesmo canal por diversas estações acaba gerando uma limitação no
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aproveitamento do meio sem-fio, fazendo com que a vazão média obtida pelas estações seja
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menor. Este trabalho proprõe uma arquitetura para o uso integrado de múltiplos canais por
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estações mesh. Essa integração se faz com o uso de uma interface de rede sem-fio para cada
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canal, e um controlador Openflow para o encaminhamento transparente de quadros entre as in-terfaces. Um protótipo baseado no sistema operacional Linux foi desenvolvido para demonstrar
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a viabilidade da arquitetura.
  
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Com a rápida adoção das redes infraestruturadas WiFi (padrão 802.11), veio a necessidade de oferecer acesso sem fio em locais onde a ligação de vários APs a um switch não era possível. Muitas vezes a instalação de cabos Ethernet no centro de grandes ambientes como indústrias, é considerado fisicamente e financeiramente inviável. Uma rede infraestruturada sem fio é composta de APs (Access point=Ponto de acesso) e clientes, os quais necessariamente devem utilizar esses APs para trafegarem em uma rede.
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'''Abstract:'''
  
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Além das redes sem fio infraestruturadas existem as redes sem fio não infraestruturadas baseadas em soluções que estendem os padrões existentes como as redes Mesh (padrão 802.11s em fase de desenvolvimento). A rede Mesh ou rede de malha, é uma alternativa ao padrão 802.11 para diretrizes de tráfego de dados além das redes a cabos ou a infra-estruturada wireless. Uma rede Mesh é composta de vários nós/roteadores Mesh, que passam a se comportar como uma única e grande rede como o exemplo da figura 1, possibilitando que o cliente se conecte em qualquer um destes nós. Os nós têm a função de repetidores e cada nó está conectado a um ou mais dos outros nós. Desta maneira é possível transmitir mensagens de um nó a outro por diferentes caminhos.
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The wireless network IEEE 802.11 can work in mesh mode, where stations are organized
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in a multihop topology, forming a broadcast domain. In this network, a kind of link level
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routing tables enables an originating station to come to a destination station, with referrals
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made by intermediate stations. However the mesh stations broadcast the same domain use the
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same transmission channel. The use of the same channel by several end stations generating a
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limitation in the use of wireless means, causing the average flow rate obtained by the stations
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OpenFlow controller for transparent routing of frames between interfaces. A prototype based
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on the Linux operating system was developed to demonstrate the feasibility of the architecture
  
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Porém com o aumento das redes Mesh, também aumentam a quantidade de nós/roteadores que provoca a perda de desempenho por número de saltos/retransmissões. Não existe na prática uma limitação para o número de saltos que um pacote pode dar numa rede Mesh, mas existe a degradação da performance que vai aumentando conforme aumenta o número de saltos. Em equipamentos com apenas uma antena de rádio 802.11g de um fabricante dos EUA, a performance que pode chegar a 7 Mbps no primeiro salto, não passa de 1 Mbps à partir do quinto salto. No uso de apenas uma interface com a rede Mesh operando em um único canal, é necessário que a estação bloqueie o recebimento de quadros dos vizinhos, para que possa transmitir para a estação destino, provocando outro problema, o atraso na comunicação .
 
  
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Uma solução para evitar a perda de performance em múltiplos saltos seria a utilização de duas ou mais interface de rádio em cada roteador Mesh. Essa solução necessitaria de um mecanismo de controle de encaminhamento para fazer balanceamento de fluxo entre as interfaces de rádio para obter um ganho na vazão de pacotes. Porém não existe ainda um padrão finalizado que regulamenta a utilização de múltiplos canais em roteadores Mesh.
 
  
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Uma abordagem interessante para tratar estes tipos de cenários é o SDN (Software-Defined Networking). Com SDN é possível criar um controlador para equipamentos de rede e programar todo o seu funcionamento, para isso, se abstrai a camada de hardware e faz o controle da rede de forma centralizada na camada lógica de controle do SDN. A camada de controle fala diretamente com as camadas de aplicação e de hardware. Por esse motivo, pode-se criar ambientes de rede de forma customizada, atendendo especificamente a necessidade do administrador de rede. Tendo essa possibilidade de se programar o funcionamento da rede na camada de controle, pode-se criar regras de encaminhamento para que o fluxo de dados assuma algum determinado caminho, afim de realizar balanceamento de tráfego e evitar a degradação da performance utilizando múltiplos canais de transmissão.
 
  
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O protocolo mais utilizado para implementar SDN é o Openflow. Ele foi o primeiro padrão de interface de comunicação entre as camadas de controle e de hardware. O Openflow usa padrões nos fluxos de pacotes para identificar o tráfego de rede de acordo com regras pré definidas estaticamente ou dinamicamente programadas pelo software de controle do SDN. Então ele permite que o administrador defina como os determinados fluxos de pacotes devem ser encaminhados pelos equipamentos de rede. Dessa maneira, pode-se realizar balanceamento de tráfego entre as múltiplas interfaces dos roteadores Mesh utilizando vários canais de transmissão. Para isso, precisa-se identificar os determinados fluxos de pacotes e assumir diferentes caminhos pelos roteadores Mesh, de forma a utilizar todas as interfaces disponíveis e aumentar a performance da rede Mesh.
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== Arquivos ==
  
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== Motivação ==
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'''Monografia:''' [[Media:TCC_AndersonRosa.pdf|Monografia.pdf]]
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As redes Mesh apresentaram uma solução às rede infraestruturada quando se tem a necessidade de oferecer acesso sem fio em locais onde a ligação de vários APs a um switch através de cabos não é possível. Porém essas redes apresentam limitações de vazão quando são organizadas de tal maneira que é necessário o encaminhamento de pacotes por estacões intermediárias, ocorrendo uma significativa diminuição na vazão e o aumento na perda de quadros transmitidos.
 
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Através do protocolo OpenFlow é possível aumentar a vazão nos encaminhamentos por múltiplos canais programando o funcionamento dos roteadores Mesh. Sendo que, sem essa possibilidade estamos limitados aos mecanismos disponibilizados pelos fabricantes dos equipamentos, não havendo muito poder de controle e customização. Sendo assim, Openflow/SDN possibilita desenvolver uma implementação de controle de rede utilizando múltiplos canais nos roteadores Mesh, de forma analisar a ocorrência de mudanças nos resultados na vazão e perda de dados.
 
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== Objetivo Geral ==
 
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O objetivo deste trabalho é desenvolver um controlador Openflow capaz de programar os roteadores Mesh de uma rede local de forma a balancear o tráfego entre suas interfaces usando diferentes canais.
 
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== Cronograma ==
 
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[[imagem:TCC-Crono-anderson.png]]
 
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== Bibliografia ==
 
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* [http://archive.openflow.org/documents/openflow-wp-latest.pdf Openflow White Paper]
 
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* [https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-resources/white-papers/wp-sdn-newnorm.pdf Software-Defined Networking: The New Norm for Networks. ONF White Paper, Abril de 2012]
 
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* [http://www2.ic.uff.br/~celio/papers/minicurso-sbrc08.pdf Multihop MAC: Desvendando o Padrão IEEE 802.11s. Débora Christina Muchaluat Saade et al. SBRC, 2008]
 
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* [http://wiki.sj.ifsc.edu.br/images/d/dc/TCC_MuriloBauer.pdf TCC CST Telesomunicações - Murilo Bauer]
 
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<!-- O trabalho propõe criar uma rede mesh em que alguns nós possuem mais de uma interface, e assim podem explorar a transmissão por mais de um canal. Com isso, pode-se aumentar a capacidade dos links em setores importantes da rede, formando um backbone com maior capacidade. O trabalho deve tratar o problema de escalonar as transmissões pelos diferentes canais, de forma a maximizar a vazão na rede. -->
 

Edição atual tal como às 14h08min de 24 de setembro de 2014

Autor: Anderson Rosa

Resumo: A rede sem-fio IEEE 802.11 pode trabalhar no modo mesh, em que estações se organizam em uma topologia com múltiplos saltos, formando um domínio de broadcast. Nessa rede, uma espécie de roteamento em nível de enlace possibilita que quadros de uma estação de origem cheguem até uma estação de destino, com encaminhamentos feitos por estações intermediárias. Porém as estações mesh de um mesmo domínio broadcast utilizam o mesmo canal de trans-missão. A utilização do mesmo canal por diversas estações acaba gerando uma limitação no aproveitamento do meio sem-fio, fazendo com que a vazão média obtida pelas estações seja menor. Este trabalho proprõe uma arquitetura para o uso integrado de múltiplos canais por estações mesh. Essa integração se faz com o uso de uma interface de rede sem-fio para cada canal, e um controlador Openflow para o encaminhamento transparente de quadros entre as in-terfaces. Um protótipo baseado no sistema operacional Linux foi desenvolvido para demonstrar a viabilidade da arquitetura.

Abstract:

The wireless network IEEE 802.11 can work in mesh mode, where stations are organized in a multihop topology, forming a broadcast domain. In this network, a kind of link level routing tables enables an originating station to come to a destination station, with referrals made by intermediate stations. However the mesh stations broadcast the same domain use the same transmission channel. The use of the same channel by several end stations generating a limitation in the use of wireless means, causing the average flow rate obtained by the stations is smaller. This work proprõe an architecture for the integrated use of multiple channels mesh stations. This integration makes use of an interface wireless network for each channel, and an OpenFlow controller for transparent routing of frames between interfaces. A prototype based on the Linux operating system was developed to demonstrate the feasibility of the architecture



Arquivos

Monografia: Monografia.pdf

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