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1 Wireless Mesh Networks Este tutorial tem por objetivo introduzir o tema Wireless Mesh Networks, para aplicação em Redes de voz, vídeo e dados. Edson Rodrigues Duffles Teixeira Engenheiro, Sócio Diretor da ESATH Consultoria Ltda. Mais de 30 anos de experiência no mercado de telecomunicações e Segurança Eletrônica, tendo atuado como diretor de empresas como Telemig, Telemont, SET, BATIK, Lucent, Andrade Gutierrez e Veotex. Tem também grande experiência em desenvolvimento e padronização de processos em empresas de prestação de serviços. Atualmente é Diretor de Operações da Veotex. Categoria: Redes de Dados Wireless Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 05/04/2004 1

2 Wireless Mesh Networks: Introdução Diversas tecnologias que permitem o estabelecimento de uma rede utilizando-se de uma série de tipos de equipamento com a função de roteador/ repetidor, são cobertas pela denominação Wireless Mesh. Dentre os equipamentos que podem ter a função de roteador ou repetidor, podemos citar os microcomputadores, desktops ou notebooks, aparelhos celulares e PDA's. A tecnologia Mesh é também chamada de "multi-hop", isto é, a tecnologia dos múltiplos saltos. A tecnologia teve origem no Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), centro de desenvolvimento de tecnologia militar dos Estados Unidos com o objetivo de buscar uma rede que permitisse uma comunicação fim a fim, sem a necessidade de comunicação com um nó central, que tivesse pelo menos as seguintes características: Banda Larga Suporte IP fim a fim Suporte à transmissão de voz, dados e vídeo Suporte para posicionamento geográfico, sem a utilização de GPS Suporte para comunicação móvel, em velocidades de até 400Km/h A tecnologia Wireless Mesh foi empregada na recente guerra dos Estados Unidos com o Iraque. Fonte: MeshNetworks, Inc. As redes Mesh wireless buscam transportar para o mundo sem fios, o que fez a rede Internet se tornar um dos mais importantes e impressionantes fatos que mudaram o curso da humanidade no final do século passado. 2

3 Fonte: MeshNetworks, Inc. A figura acima apresenta a comparação entre duas redes. A figura do lado esquerdo representa a Internet, que é tipicamente uma rede mesh. Uma comunicação entre dois computadores na rede Internet poderá ocorrer, pacote a pacote, passando por diversos caminhos diferentes, absolutamente sem nenhuma hierarquia. Quando uma mensagem é enviada, ela não vai diretamente do emissor ao receptor. Ela é roteada de servidor a servidor, buscando o caminho mais eficiente, que é função, dentre outros, do tráfego da rede. Uma mensagem para ir por exemplo de São Paulo ao Rio, poderá efetuar diversos saltos (multi-hops) passando por caminhos não imagináveis, como por exemplo, ir de São Paulo a Brasília, para melhor chegar ao destino final, Rio. O percurso fica longo, mas certamente naquele momento é o mais eficiente. A figura do lado direito apresenta uma rede Wi-Fi, aonde qualquer comunicação entre dois equipamentos necessariamente tem que passar através do Access Point, isto é, apenas um salto. Apesar de ainda pouco difundida, a tecnologia Mesh wireless tem um grande potencial de se tornar uma das mais disruptivas nas telecomunicações deste início de século XXI. 3

4 Wireless Mesh Networks: Benefícios Uma rede wireless Mesh apresenta diversos benefícios se comparada com uma rede wireless broadband tradicional. Dentre estes benefícios podemos citar: Aumento da distância entre a origem e o destino, sem prejudicar a taxa de transmissão: É bastante conhecido o compromisso, em uma rede wireless, entre o alcance do sinal e a velocidade de transmissão. À medida que aumenta a distância entre dois pontos, a velocidade de transmissão diminui, de forma a garantir uma qualidade adequada aos dados transmitidos (mantendo-se as mesmas características de potência na saída das antenas). Com a rede wireless Mesh esta limitação deixa de existir, pois sempre se pode utilizar de saltos através de nós intermediários (que podem ser equipamentos móveis, inclusive de usuários), tornando assim a distância de cada salto compatível com a velocidade que se deseja transmitir. Otimização do espectro de freqüências: Considerando que a distância entre os nós diminui sensivelmente, conforme descrito anteriormente, a potência transmitida pode também ser reduzida, permitindo uma maior e mais eficiente reutilização das freqüências disponíveis. Não necessidade de linha de visada: Com a utilização dos múltiplos saltos entre dois pontos, qualquer exigência de linha de visada entre dois pontos, para uma transmissão de sinais, deixa de existir, pois sempre haverá um caminho que permitirá contornar os obstáculos existentes. Redução do custo da rede: Como uma rede wireless Mesh utiliza também dos equipamentos dos próprios usuários como roteadores/ repetidores, a necessidade de equipamentos da própria rede diminui sensivelmente. Redução da necessidade de conexões entre os Access Points e a Internet: Em uma rede Wi-Fi, um Access Point colocado em um Hot-Spot apenas para aumentar a capilaridade da rede não necessariamente terá que ter um link para a Internet, pois a sua conexão com a rede mundial poderá ser feita através qualquer nó adjacente. Robustez: Sendo a rede wireless Mesh uma rede em malha, ela se torna mais robusta que uma tradicional rede broadband wireless, de apenas um "hop". Na rede wireless Mesh não existe um nó do qual dependa toda a rede. No caso da queda de um nó qualquer, as comunicações passam a serem feitas através de outros nós. Não há a necessidade nem da interrupção de uma comunicação já ativa, pois os próximos pacotes serão roteados através de outros nós alternativos, sendo que o usuário nem sequer se apercebe do ocorrido. 4

5 Wireless Mesh Networks: Aplicações São inúmeras as aplicações atualmente identificadas para uma rede wireless Mesh, dentre as quais citamos: Criação de Hot-Zones de Wi-Fi Fonte: BelAir Networks Atualmente a utilização da tecnologia Wi-Fi para em redes públicas está restrita a Hot-Spots em pontos isolados. Cada Hot-Spot necessita de um link para a Internet, o que dificulta a implementação econômica em pontos de baixa utilização. Também a área de cobertura de um Hot Spot é limitada pela baixa potência dos Access Points. Utilizando-se da tecnologia Mesh, podem ser constituídas Hot-Zones (não simplesmente Hot-Spots), com a colocação de diversos Access points em áreas adjacentes. A conexão com a Internet pode ser limitada, em função do tráfego, a um ou apenas a alguns dos Access Points. Este conceito se expandido, permitirá se ter uma cobertura Broadband de áreas grandes, como o campus de uma universidade, ou mesmo pequenas e médias áreas urbanas Sistemas Inteligentes de Transporte 5

6 Fonte: MeshNetworks, Inc. Com uma rede wireless Mesh instalada no curso das principais rotas de tráfego, diversas aplicações podem se tornar disponíveis, tais como: Controle da sinalização semafórica; Controle de painéis luminosos de orientação de tráfego; Informações aos usuários do transporte público sobre os situação dos coletivos de cada rota; Gerência da frota de ônibus pelos concessionários; Transmissão on line das multas aplicadas pelos dispositivos automáticos de registro de infração. Segurança Pública Fonte: MeshNetworks, Inc. 6

7 Com uma rede wireless Mesh com cobertura em uma área metropolitana, além de um sistema de câmeras de vídeo, distribuído em pontos relevantes, todas as viaturas podem ser equipadas com dispositivos de acesso à base de dados do órgão de segurança pública permitindo uma atuação on line, na identificação de criminosos, de prontuário de motoristas e as diversas outras aplicações. Segurança Privada Transmissão de sinais de vídeo (câmeras) e alarmes. Aplicações de Telemetria e Telecomandos Internamente em uma instalação industrial de grande porte, a rede wireless Mesh pode ser utilizada para as aplicações de Telemetria, Telecomandos, Telecontrole, que exijam a transmissão de grande volume de dados. Edifícios e Residências inteligentes Cada uma rede wireless Mesh instalada mais rapidamente poderá se tornar uma realidade os Edifícios e Residências inteligentes.além de conectar todos os computadores existentes, também todos os outros equipamentos elétricos preparados para este fim, tais como iluminação, aquecimento, cozinha, dispositivos de segurança, etc. também poderão fazer parte de rede. 7

8 Wireless Mesh Networks: Padronização Atualmente a tecnologia wireless Mesh está sendo desenvolvida por diversas empresas, a maioria delas startups. Estes desenvolvimentos, apesar de serem, em muitos aspectos, aderentes à algumas especificações atualmente utilizadas, como a e , apresentam diversos aspectos particulares e patenteados pelas empresas desenvolvedoras. Existe atualmente um esforço, dentro do IEEE, para a incorporação de especificações de tecnologia Mesh nos diversos padrões. Para isto foi criado, em Janeiro de 2004, um Grupo de Estudos Mesh. Em Março de 2004 durante a reunião plenária do Grupo de Trabalho do IEEE, foi iniciada uma tarefa prevista para ser concluído ao longo dos próximos anos, com o objetivo do desenvolvimento de uma padronização Mesh, dentro do Da mesma forma, os grupos responsáveis pelos outros padrões, tais como o estão iniciando movimentos para promover a padronização da tecnologia Mesh. Muitos porém acreditam que a padronização da tecnologia é uma tarefa monumental, e que, a princípio, não interessa muito às empresas que a desenvolveram, pois as tecnologias desenvolvidas se encontram sob a proteção de patentes. 8

9 Wireless Mesh Networks: Experiências Diversos trials/implantações têm sido desenvolvidos pelas diversas empresas desenvolvedoras da tecnologia. Dentre estes podemos citar: Belair Networks Ottawa, Ontário Canadá - Implantação de uma rede de Hot-Zones pela prefeitura municipal. Status: o projeto foi implantado no início de West Des Moines, Iowa - USA - Rede municipal com o objetivo de prover conectividade entre os recursos de monitoração de tráfego com o Departamento de Transportes do Estado de Iowa- USA-. Status: em fase de implantação. Show Low, Arizona - A rede será utilizada pela polícia e pelo Departamento de Bombeiros para a comunicação entre as viaturas e as bases de dados correspondentes. Status: em implantação. Lincoln, Nebraska- USA- A rede será utilizada para interligar os diversos escritórios dispersos na cidade, e que não são atendidos pelas redes broadband existentes, além de servir como back-up para aqueles que já são atendidos. Status: em implantação. Meshnetworks Inc. Portmouth - Inglaterra - A rede está sendo utilizada pelo Departamento de Transportes para o gerenciamento do transporte público, com informações permanentes, para os passageiros e para a administração, sobre o posicionamento dos ônibus nas diversas rotas de tráfego. Status: em operação. Medford, Oregon - USA -A rede está sendo utilizada pelo Departamento de Segurança Pública para a Comunicação entre as viaturas e a base de dados centralizada, além de permitir a vigilância das vias públicas através de câmeras de vídeo. Status: em operação. Garland, Texas - USA - A rede será utilizada pelo Departamento de Segurança Pública para a comunicação entre as viaturas e os policiais e o Call center e a base de dados do Departamento. Status: em implantação. Central Florida County, Flórida - USA - A rede está sendo utilizada pelo Departamento de Bombeiros do Condado, para a comunicação entre as viaturas e a base de dados, utilizando, inclusive, os recursos de geolocalização disponíveis. Status: em testes. Orange County, Flórida - USA - A rede está sendo utilizada pelo Departamento de Bombeiros do Condado, para a comunicação entre as viaturas e a base de dados, utilizando, inclusive, os recursos de geolocalização disponíveis. Status: em testes. Tropos Networks Baton Rouge, Louisiana - USA - A rede será utilizada como uma Hot-zone metropolitana para acesso broadband pelos residentes, turistas e órgãos governamentais. Status: em implantação. 9

10 San Mateo, Califórnia - USA - A rede está sendo utilizada pelo Departamento de Segurança Pública para a comunicação entre as viaturas e policiais e a base de dados do Departamento. Status: em testes. North Miami Beach, Florida - USA - A rede está sendo utilizada pelo Departamento de Segurança Pública para a comunicação entre as viaturas e policiais e a base de dados do Departamento. Status: em operação. XRF-Xtreme RF technologies Lancaster, Califórnia - USA - A rede está sendo utilizado como uma Hot-zone metropolitana para acesso broadband pelos residentes, turistas e órgãos governamentais. Status: em testes. 10

11 Wireless Mesh Networks: Referências Building Mesh Networks - Web Seminar - Mousumi Hazra - Intel; Construindo um mundo sem fios com tecnologia de rede em malha - Steven Conner e Roxanne Gryder; Meshnetworks Overview - Meshnetworks, INC; Meshnetworks - Site da Empresa; Belair Networks - Site da Empresa; Tropos Networks - Site da Empresa; XRF-Xtreme RF Technologies - Site da Empresa. 11

12 Wireless Mesh Networks: Teste seu Entendimento 1. Em uma rede mesh (assinale a alternativa correta. : Uma comunicação fim a fim é estabelecida através de um caminho previamente definido; Uma comunicação fim a fim é estabelecida através do melhor caminho disponível, naquele instante, para cada pacote, utilizando todos os saltos que forem necessários; Uma comunicação fim a fim é estabelecida utilizando apenas o nó de origem e o nó de destino; Uma comunicação fim a fim é estabelecida através do caminho mais curto, utilizando todos os saltos que forem necessários. 2. Assinale a alternativa correta: A tecnologia wireless Mesh já está padronizada pelo IEEE; A tecnologia wireless Mesh é uma extensão da especificação ; A Tecnologia wireless Mesh é aderente a diversas especificações tais quais, e ; O IEEE estará concluindo a especificação para a tecnologia wireless Mesh em Dentre os benefícios da tecnologia wireless Mesh podemos citar (assinale as alternativas corretas.: Aumento da distância de transmissão de sinais fim a fim, sem prejudicar a taxa de transmissão; Melhoria na otimização da utilização do espectro de frequências; Não exige linha de visada em uma comunicaçào fim a fim; Redução no custo da rede porque os equipamentos são menores. 12

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