WiiSS WiFi site survey

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1 Instituto Politécnico de Beja Escola Superior de Tecnologia e Gestão Departamento de Engenharia Informática WiiSS WiFi site survey Relatório final da aplicação de Site Survey para WiFi 2007 Carlos Eduardo Moga Brotas

2 Instituto Politécnico de Beja Escola Superior de Tecnologia e Gestão Departamento de Engenharia Informática WiiSS WiFi site survey Relatório final da aplicação de Site Survey para WiFi 2007 Relatório de projecto de fim de curso apresentado na Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Beja como parte dos requisitos necessários à obtenção do grau de Licenciado em Engenharia Informática Autor Carlos Eduardo Moga Brotas 3392 Orientador Rui Miguel Soares Silva Júri Presidente Rui Miguel Soares Silva Arguente Rui Manuel Carvalho Pais Vogal João Carlos da Silva Martins

3 Índice Geral ÍNDICE GERAL... 3 ÍNDICE DE FIGURAS... 5 SUMÁRIO... 7 DEDICATÓRIA... 9 AGRADECIMENTOS... 9 INTRODUÇÃO DESCRIÇÃO DO RELATÓRIO CAPÍTULO LOCALIZAÇÃO EM REDES WIFI TIME OF ARRIVAL TIME DIFFERENCE OF ARRIVAL RECEIVED SIGNAL STRENGTH CAPÍTULO PROCEDIMENTOS E PRODUTOS DE SITE SURVEY PROCEDIMENTOS E RECOMENDAÇÕES Posicionamento do AP para o Site Survey Realização do Site Survey Análise do Site Survey PRODUTOS DE SITE SURVEY Ekahau AirMagnet Hive Covera Zone CAPÍTULO TRABALHO DESENVOLVIDO ALTERNATIVA AO GPS Contextualização Descrição do mecanismo alternativo

4 3.1.3 Exemplo do mecanismo na aplicação CAPTURA DA POTÊNCIA DE SINAL DOS AP S Contextualização WRAPI WMI Native WiFi APLICAÇÃO DESENVOLVIDA Contextualização Aspectos Técnicos do Desenvolvimento Funcionalidade Utilização da Aplicação Manual do Interface da Aplicação Requisitos mínimos...38 CAPÍTULO TESTE EM AMBIENTE REAL CONTEXTUALIZAÇÃO SITE SURVEY AO EDIFÍCIO CLÁSSICOS DA C.M. DE BEJA Parâmetros do site survey realizado Resultados obtidos...41 TRABALHO FUTURO...45 CONCLUSÃO...47 BIBLIOGRAFIA

5 Índice de Figuras Figura 1 Imagem da localização utilizando o método ToA Figura 2 Imagem da localização utilizando o método TDoA Figura 3 Imagem da aplicação Ekahau (16) Figura 4 Imagem da aplicação AirMagnet (17) Figura 5 Imagem da aplicação Hive (18) Figura 6 Imagem da aplicação Covera Zone (19) Figura 7 Como definir a escala da planta, passo Figura 8 Como definir a escala da planta, passo Figura 9 Como definir a escala da planta, passo Figura 10 Arquitectura WMI Figura 11 Aspecto geral da aplicação WiiSS (aplicação desenvolvida) Figura 12 Inicio da aplicação Figura 13 Aplicação no modo survey, com a planta e a escala definidas, 1 AP colocados e 5 spots registados Figura 14 Aplicação no modo plot, 1 AP seleccionado e 5 spots registados Figura 15 Menu Ficheiro Figura 16 Menu Dispositivo Figura 17 Barra de Ferramentas dos AP s Figura 18 Barra de Ferramentas com informação do AP seleccionado Figura 19 Barra de Ferramentas do Survey (primeira parte) Figura 20 Barra de Ferramentas do Survey (segunda parte) Figura 21 Barra de opções do separador Plot Figura 22 Site Survey do edifício Clássicos da C.M. de Beja Figura 23 Relatório com 1 AP (mesmo modelo) Figura 24 Relatório com 1 AP de modelo diferente Figura 25 Relatório com 3 AP's do mesmo modelo Figura 26 Relatório com 4 AP s Figura 27 Relatório com 3 AP's do mesmo modelo mas com um gradiente diferente, e sem os AP's desenhados

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7 Sumário Neste relatório final de curso são descritas as fases da implementação de uma aplicação de site survey para WiFi 1. Desde a análise, o desenho, a implementação até os testes em ambiente real com os seus respectivos resultados obtidos. São também elucidadas diferentes alternativas e sugestões de registo e análise de informação face às metodologias actuais. Assim como as funcionalidades e a forma de utilizar a aplicação desenvolvida neste projecto. 1 wireless fidelity 7

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9 Dedicatória Dedico este trabalho a quem sempre fez de tudo para que eu apenas me tivesse que preocupar com os estudos. A quem sempre me apoiou em todas as situações. A quem nunca me disse o que fazer, mas sempre me ensinou como o fazer. A quem sempre acreditou em mim e nas minhas capacidades. Por isso e por muito mais, dedico este trabalho aos meus pais, José António Lavado Brotas e Maria de Fátima C. Moga Brotas. À minha irmã, Andreia Sofia Moga Brotas. Aos meus avós maternos, Lucília Marvão C. Moga e em especial ao meu avô Francisco José Cordeiro Moga que infelizmente já não se encontra fisicamente entre nós, mas sei que está imensamente orgulhoso de mim. Muito obrigado, por serem uma família excepcional. Agradecimentos Agradeço a todas as pessoas que directa ou indirectamente contribuíram de alguma forma para o meu sucesso durante o tempo do curso e na fase final do mesmo. Quero agradecer em especial: À minha namorada, Paula Ganhão pelo seu apoio, compreensão e paciência ao logo deste tempo. Aos meus colegas de casa, Julien Laurent, Jorge Soares e Cláudio Custódio, pela sua ajuda e motivação. Muito sinceramente sem eles tudo seria um mais difícil e menos alegre. Ao meu orientador, Rui Silva pela sua disponibilidade e pelas suas sugestões no projecto final. E também a outras pessoas como, Carlos Marques, Pedro Caixas, João Pinotes, pela vossa ajuda e disponibilidade nesta fase final. 9

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11 Introdução Introdução Hoje em dia a tecnologia WiFi é considerada uma tecnologia bastante comum. Actualmente a maioria dos computadores portáteis vêm com esta tecnologia embutida de raiz, no entanto também está disponível em telemóveis, máquinas fotográficas, consolas, televisões, leitores de DVD 2, e mais dispositivos que utilizamos diariamente (1). A tecnologia WiFi permite implementar WLANs 3. Isto pode ser vantajoso quando pretendemmos reduzir os custos da implementação de uma rede com fios, ou quando se torna difícil a passagem dos próprios fios. Outra vantagem é a portabilidade, desde que tenhamos cobertura WiFi a nossa posição não tem de ser obrigatoriamente estática, temos plena mobilidade. Sendo uma tecnologia tão popular e versátil existem outras grandes vantagens tais como, a compatibilidade e a facilidade de partilhar informação e comunicação entre dispositivos de vários tipos. Muitas empresas estão a adoptar este tipo de redes WiFi em lugar das convencionais redes físicas por diversos motivos, entre os quais as suas vantagens. Para que a rede funcione a 100% entre todos os utilizadores que irão ter acesso à mesma é necessário efectuar alguns estudos no local onde se pretende implementar uma rede WiFi. A implementação de uma rede WiFi inicia-se com uma fase de planeamento designada por site survey, que consiste em determinar a localização dos pontos de acesso na área que a rede WiFi deve abranger. Esta localização é determinada com base na potência do sinal dos pontos de acesso e na sobreposição que se deseje para a rede WiFi. O procedimento mais comum nesta fase consiste em activar um ponto de acesso e seguidamente a movimentar um computador portátil com uma aplicação que indique a potência de sinal recebido pela área a abranger pela rede WiFi. Desta forma é possível observar a diminuição da potência do sinal recebido e consequentemente determinar a necessidade de existência de um novo ponto de acesso. Trata-se portanto de um procedimento repetitivo que consiste na observação da potência do sinal recebido e na recolocação do ponto de acesso, ao longo de toda a área a abranger. Pretende-se com este projecto o desenvolvimento de uma aplicação para computador em ambiente Windows, que permita visualizar em modo gráfico a potência do sinal recebido de um ponto de acesso. A aplicação funcionará em duas fases. A primeira fase consiste no 2 Digital Versatile Disc ou Digital Video Disc 3 Wireless Local Area Network 11

12 Introdução armazenamento da potência do sinal recebido conjuntamente com as respectivas coordenadas a receber de um receptor GPS 4. A segunda fase consiste na leitura dos dados recolhidos na primeira fase e na consequente activação de um pixel na planta correspondente à área a abranger pela rede WiFi. Para a resolução desde projecto, a linguagem de programação utilizada foi o C# e o IDE 5 foi o Visual Studio Para o desenho do interface foi utilizado o Corel Draw X3. O desenho da aplicação foi realizado no Enterprise Architect. A documentação da aplicação foi gerada no Doxygen. Descrição do Relatório Capítulo 1 Localização em Redes WiFi Estudo das técnicas de localização em redes WiFi, em concreto ToA 6, TDoA 7, e RSS 8. Capítulo 2 Procedimentos e Produtos de Site Survey Apresentação dos procedimentos, recomendações e alguns produtos actuais para a realização de site survey. Análise das funcionalidades dos produtos. Capítulo 3 Trabalho Desenvolvido Exposição da abordagem ao problema, soluções idealizadas e desenvolvidas. Descrição das várias bibliotecas para aceder a interfaces wireless. Informação detalhada sobre a aplicação realizada (análise, aspectos técnicos, funcionalidades, utilização). Capítulo 4 Testes em Ambiente Real Testes realizados à aplicação no edifício Clássicos de Beja, para a empresa Ubinov 9. Trabalho Futuro Ideias e sugestões para a continuação do desenvolvimento da aplicação realizada. Conclusão Análise, reflexão e conclusão do trabalho efectuado. 4 Global Positioning System 5 Integrated Development Environment 6 Time of Arrival 7 Time Difference of Arrival 8 Receive Signal Strength 9 Ubiquidade e Inovação, Lda. - Beja 12

13 Capítulo 1. Localização em redes WiFi Capítulo 1 Localização em redes WiFi Sistemas de localização em redes WiFi ou que redes sem fio que utilizam o padrão (difundido através da aliança internacional de fabricantes WECA 10, que possui 183 companhias associadas por todo o mundo e mais de produtos certificados WiFi) do IEEE 11 (2) surgem como solução à incapacidade dos sistemas existentes como o GPS de localização interior (efectuar localização dentro de edifícios, estruturas, etc.). Por outro lado a localização em redes WiFi é mais precisa que a localização por GPS, por outras palavras, a margem de erro é menor. A localização por GPS surgiu como sistema de apoio ao exército. No entanto as suas aplicações hoje em dia, tanto a localização por GPS como a localização em redes WiFi são inúmeras e aplicam-se em diversas situações, tais como, emergência, viagens, vida diária, trabalho, marketing, gestão de frotas, etc. (3) A localização em redes WiFi funciona tanto em ambientes indoor como outdoor e já provou ser exacta, de baixo custo e fácil de implementar. Existem alguns métodos de localização em redes WiFi tais como, GPS (hardware associado ao equipamento Wifi), AoA 12, ToA, TDoA, RF 13 fingerprinting, Nearest Cell entre outros. A localização em redes WiFi com GPS irá ser abordada mais à frente, neste capítulo iremos ver apenas estes métodos ToA, TDoA e RSS (utilizado pelo RF fingerprinting), pois estes são os únicos que possibilitam a localização em redes WiFi utilizando o próprio hardware sem necessidade de outros sistemas. (4) O ToA e o TDoA são baseados em diferenças de tempos. A sua forma mais simples baseia-se no tempo de propagação do sinal rádio. O que difere entre um e outro método é o quando, o onde e a forma como este intervalo de tempo é medido. O RF fingerprinting utiliza medições da potência de sinal, ao contrário dos outros dois métodos que utilizam medições de tempos. 10 Wireless Ethernet Compatibility Alliance 11 Institute of Electrical and Electronic Engineers 12 Angle of Arrival 13 Radio frequency 13

14 Capítulo 1. Localização em redes WiFi 1.1 Time of Arrival O método Time of Arrival pode ser utilizado de forma simples para determinar a posição de um dispositivo wireless. A distância entre o dispositivo wireless e o AP 14 ou WAP 15 é calculada através do tempo que o sinal de rádio leva a ir de um até o outro. A velocidade da propagação das ondas de rádio é uma constante conhecida, sabendo o tempo de chegada é possível saber a distância pela fórmula: Onde d i é a distância, v p é a velocidade da propagação e t i é a diferença de tempo entre a emissão e a recepção de um beacon de rádio. Para a localização de um dispositivo wireless, consideremos vários AP s e as possíveis localizações do dispositivo que são dadas pela circunferência de raio d i para cada AP. Figura 1 Imagem da localização utilizando o método ToA A posição do dispositivo é dada pela intersecção de todas as circunferências. São necessários pelos menos três AP s para que este método possa ser utilizado. Existem alguns problemas associados com este método, entre os quais, a necessidade de se saber exactamente o momento em que o sinal foi enviado e recebido, o tempo de processamento do sinal varia de dispositivo para dispositivo e de AP para AP, isso pode causar erros na determinação da localização do dispositivo. 14 Access Point 15 Wireless Access Point 14

15 Capítulo 1. Localização em redes WiFi 1.2 Time Difference of Arrival O método Time Difference of Arrival também conhecido como hyperbolic position location assenta no conceito de multilateration. O TDoA mede a diferença de tempo de um sinal emitido entre o dispositivo wireless e vários AP s. Um sinal emitido desde um dispositivo wireless para três ou mais APs é recebido em tempos diferentes, isto devido às diferenças que separam o dispositivo dos AP s ser diferente. Ao utilizar uma diferença de tempos podemos calcular as possíveis localizações do dispositivo. O grupo destas possíveis localizações tem a forma de uma hipérbole e é descrita por uma função hiperbólica. Por exemplo se um dispositivo enviar um beacon e for recebido pelo AP 1 com um tempo T1 e pelo AP 2 com um tempo T2 a diferença do tempo é dada por: TDoA 12 pode ser usada para construir para hipérbole que representa as possíveis localizações do receptor, através da fórmula: Onde D x1 e D x2 representam a distancia entre o AP 1 e o dispositivo. A constante p 12 (n) permite construir a hipérbole, onde cada ponto representa uma possível localização do dispositivo. Ao adicionar um AP 3, é possível traçar uma segunda hipérbole dada por: Com um mínimo de três AP s é possível determinar a localização do dispositivo wireless pelo cálculo da intersecção das hipérboles (para cada diferença de tempo). 15

16 Capítulo 1. Localização em redes WiFi Figura 2 Imagem da localização utilizando o método TDoA Quantos mais AP s forem utilizados, mais hipérboles se podem calcular e tornar a localização mais precisa e exacta. Este método utiliza tempos relativos em quanto o ToA utiliza tempos absolutos, no entanto o TDoA tem os mesmo requisitos que o ToA a nível da sincronização dos tempos. Estes dois métodos requerem uma infra-estrutura especial para funcionarem correctamente. Numa WLAN os AP s teriam de estar equipados com módulos para receberem e calcularem diferenças de tempos. 1.3 Received Signal Strength O RSS é utilizado no método RF fingerprinting, este método, ao contrário do ToA e do TDoA não utiliza medidas de tempos, mas sim a potência do sinal para calcular a localização do dispositivo. Para utilizar o RF fingerprinting na sua vertente empírica é necessário efectuar um levantamento de toda a área que pretendem-mos monitorizar. Para cada localização são efectuados diversos registos de potência de sinal, esta fase denomina-se de calibração (este é um processo idêntico ao de site survey). Na sua vertente determinista o RF fingerprinting recorre a princípios físicos para calcular a propagação do sinal. Existem várias aproximações no que diz respeito a expressões para calcular a propagação do sinal. A relação em decibéis entre a força do sinal no dispositivo e a distancia ao AP é dada por: Onde L p representa a intensidade do sinal recebido e L 0 a intensidade do sinal a um metro do emissor, X representa uma variável aleatória de distribuição normal diferente de zero, α 16

17 Capítulo 1. Localização em redes WiFi representa o gradiente distância/potência (para ambientes outdoor α = 2, para ambientes indoor α está dependente da geometria e das características físicas do meio envolvente). No caso da potência de transmissão do emissor ser conhecida podemos utilizar a seguinte aproximação do modelo de propagação em espaço aberto: A perda de sinal é dada por PL e depende da frequência utilizada entre o dispositivo wireless e o AP. A distancia total entre os dispositivos é dada por: Calcular apenas a perda de sinal não é suficiente, visto que o dispositivo apenas é capaz de saber a potência do sinal. Para calcular a distancia o dispositivo wireless precisa de saber a potência de sinal e também a potência de transmissão. Uma forma mais completa de determinar a distância entre o AP e o dispositivo wireless é: Onde P RX e P TX representam a potência de recepção e transmissão respectivamente, G TX e G RX representam os ganhos na transmissão e recepção e D a distância. Se estas variáveis forem conhecidas a distância é calculada da seguinte forma: Para uma localização mais exacta e precisa ao utilizar o modelo de propagação em espaço aberto é necessário adicionar mais AP s para ser possível construir mais circunferências de raio D. A intersecção de todas as circunferências irá indicar a localização do dispositivo wireless. Para espaços fechados estes métodos de propagação não poderão ser correctamente aplicados, pois não têm em conta as características e as formas dos materiais e dos objectos do cenário. 17

18 18 Capítulo 1. Localização em redes WiFi

19 Capítulo 2. Procedimentos e Produtos de Site Survey Capítulo 2 Procedimentos e Produtos de Site Survey 2.1 Procedimentos e Recomendações Antes de instalar e configurar um AP ou uma rede de AP s dever ser realizado o site survey onde pretendemos implementar a rede. O site survey permite obter informação detalhada sobre a área de cobertura, fontes de interferências, onde colocar devidamente os equipamentos wireless, considerações a ter em conta a respeito de fontes de electricidade e também nos ajuda a identificar e resolver constrangimentos que possam surgir no sinal RF nas nossas instalações. Em resumo o site survey consiste em utilizar um AP e um cliente para registar a potência de sinal na área pretendida. Utilizar o AP e o cliente por diversas posições para determinar quais as localizações ideais onde colocar os AP s para a implementação da WLAN. (5) Posicionamento do AP para o Site Survey Ao efectuar o site survey deve-se colocar o AP perto do último local onde seria possível colocar o mesmo. Isto ajuda a resolver problemas que possam surgir depois de colocar o AP na sua localização definitiva. Na maioria dos casos o AP deve ser colocado perto do tecto. Em armazéns ou instalações com tectos altos, o AP deve ser colado entre os 4,5 e os 7,5 metros de altura. Com estas alturas é possível que surjam problemas de ausência de pontos de electricidade, nestes casos é aconselhável utilizar PoE 16. Em outros cenários pode ser desejado esconder o AP, se se optar por colocar o AP por cima de um tecto falso as antenas deverão ser colocadas debaixo do tecto para garantir uma óptima recepção, para estes casos é aconselhável utilizar AP s com a possibilidade de ligar antenas externas. 16 Power over Ethernet 19

20 Capítulo 2. Procedimentos e Produtos de Site Survey Realização do Site Survey Para a realização do site survey podemos optar por um portátil, ou um palmtop, ou qualquer outro dispositivo específico para site survey, desde que tenham WiFi. Depois de escolhido o dispositivo basta deslocar-se por toda a área onde a WLAN vai funcionar e registar informação sobre a potência de sinal do AP posicionado. Reposicionar o AP para a nova localização quando efectuar um registo onde não exista potência de sinal nesse mesmo local, efectuar este passo repetidamente até concluir o número total de AP s que são necessários e as suas respectivas localizações. Ao efectuar o site survey devemos ter em atenção estas situações: Chãos de madeira podem causar interacção de andar para andar entre AP s. Devemos pensar em 3 dimensões. Escolher correctamente o canal para os AP s entre andares adjacentes. As portas devem estar fechadas antes de começar o site survey. Desta forma iremos visualizar a performance da WLAN a funcionar como no dia-a-dia real. Persianas metálicas devem estar fechas, pois alteram a qualidade do sinal Análise do Site Survey Depois de registada toda a informação do AP em várias localizações e de todos os pontos em relação ao AP, é tempo de analisar o mapa de valores da potência de sinal face á planta das instalações. Nesta fase é possível identificar zonas com má qualidade de recepção, possíveis zonas de interferências, etc. Para resolver estes constrangimentos pode-se reposicionar o AP ou inclusive experimentar com um AP diferente e/ou antena diferente. No caso de interferências só o reposicionamento não resolve a situação, é necessário utilizar um analisador de espectro para identificar quais as frequências que estão a causar a interferência. 2.2 Produtos de Site Survey Existem vários softwares no mercado que possibilitam o site survey, uns utilizam formas empíricas, outros, formas deterministas e também há os que utilizam ambas. A continuação estão enumerados alguns dos produtos e respectivas características, alguns foram utilizados como modelos para a engenharia de requisitos. 20

21 Capítulo 2. Procedimentos e Produtos de Site Survey Ekahau As características deste são: Suporte total para a/b/g. Predição de cobertura. Suporte GPS para surveys outdoor. Análise de cobertura, SNR 17, velocidade de transmissão. Overlap. Ferramentas para optimização da performance da rede. Simulações informativas. Localização de AP s. Combinação de predição e dados recolhidos. Interface intuitivo e simples de utilizar. Figura 3 Imagem da aplicação Ekahau (16) AirMagnet Figura 4 Imagem da aplicação AirMagnet (17) As características deste são: Realizar surveys passivos e activos. Visualizar resultados combinados. Realização de Simulações. Visualizar diferenças entre surveys. Maximizar a segurança. Realizar testes na rede. Relatórios Profissionais. Realizar análise detalhada de espectro. Visualizar mistura de sinal entre andares. Realizar surveys outdoor. 17 Signal-to-noise ratio 21

22 Capítulo 2. Procedimentos e Produtos de Site Survey Hive Figura 5 Imagem da aplicação Hive (18) As características deste são: Criar plantas de raiz ou desde outros ficheiros existentes. Definir objectos para colocar na planta. Importar plantas e surveys existentes. Plot surveys em tabelas múltiplas ou várias janelas gráficas. Plot coberturas por AP ou grupos de AP s. Imprimir e exportar plots ou dados de tabelas para Excel. Criar ficheiros RTF para importar no Word Covera Zone As características deste são: Realizar surveys passivos. Relatório em tempo real da potência de sinal. Medições de IP 18 Capturar toda informação com um clique. Importar imagens de mapas (JPEG, GIF, PNG, BMP). Suporte para GPS. Várias visualizações da mesma informação. Plot de linhas de contornos. Escala de cores automática ou manual. Figura 6 Imagem da aplicação Covera Zone (19) 18 Internet Protocol address 22

23 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido Capítulo 3 Trabalho Desenvolvido 3.1 Alternativa ao GPS Contextualização Neste projecto um dos dois grandes requisitos iniciais é registar a posição de cada leitura efectuada à potência de sinal através de GPS. No entanto não foi possível utilizar esta tecnologia, pois o GPS não fornece cobertura indoor e o que é pretendido com a aplicação realizada neste projecto é que se possa fazer o site survey que qualquer instalação/edifício para implementar WLANs. Face a este constrangimento foi necessário idealizar numa alternativa. A primeira alternativa para conservar a autonomia da aplicação como se utilizasse GPS foi recorrer ao método ToA para registar a localização do dispositivo wireless em quanto o mesmo regista as potências de sinal dos AP s. No entanto esta abordagem falha em alguns aspectos. Não seria possível efectuar site surveys com um número inferior a três AP s. Mesmo utilizando três ou mais AP s ficamos impossibilitados de posicionar os AP s livremente na instalação/edifício, pois ao tentar registar uma leitura da potencia de sinal e o dispositivo wireless se encontrar fora da triangulação entre os AP s não vai ser possível determinar a localização do mesmo. A segunda alternativa a mais viável e a que foi implementada neste projecto, é dar a possibilidade ao utilizador de ser ele a registar a sua posição física face à planta da instalação/edifício Descrição do mecanismo alternativo O mecanismo implementado consiste em facultar ao utilizador uma forma de poder definir a escala da planta. Assim que a escala está definida é possível situar e localização qualquer ponto real dentro da mesma. A aplicação faculta ajudas para o registo dos pontos, como o step ratio, o recurso de uma grid para registar os pontos de uma forma sequencial e alinhada. 23

24 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido Para registar os valores da potencial de sinal correctos face á sua localização, o utilizador deve situar-se com o dispositivo wireless (portátil com a aplicação a correr e escala definida na planta) e clicar no ponto da planta onde se encontra na realidade. Ao efectuar esse processo está a indicar à aplicação a localização do dispositivo wireless para que a mesma registe a sua posição e a potência de sinal recebida naquele ponto. Desta forma simples não é necessária a utilização de hardware próprio (GPS) ou outros sistemas q tenham requisitos e especificações próprias como ToA ou TDoA. Como o principal objectivo não é a localização apenas, mas sim a potência de sinal face á posição, este é o mecanismo mais simples, rápido e preciso de efectuar o site survey Exemplo do mecanismo na aplicação Figura 7 Como definir a escala da planta, passo 1 Figura 8 Como definir a escala da planta, passo 2 Com este passo é indicado à aplicação a distancia no eixo X em número de pixéis. De seguida surge uma janela onde se pode indicar a que distancia real equivale a distância que foi definida na planta assim como as suas unidades. Figura 9 Como definir a escala da planta, passo 3 24

25 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido 3.2 Captura da Potência de Sinal dos AP s Contextualização Como a aplicação foi desenvolvida em C# apenas vão ser descritas formas compatíveis com esta linguagem de programação de aceder à informação das placas de rede WiFi. Embora estas metodologias sejam também compatíveis com outras linguagens de programação. Durante a realização da aplicação, a forma de acesso ao hardware (IEEE hardware wireless) foi alterada três vezes, pois surgiram algumas falhas no que diz respeito ao acesso da informação WiFi (placas WiFi, AP s, potências de sinal, etc.). A primeira implementação foi realizada através de NDIS 19 / WRAPI 20, a segunda através do WMI 21 e a última com Native WiFi WRAPI WRAPI é uma biblioteca que permite consultar informação sobre redes IEEE As funções WRAPI obtêm a informação sobre WLANs utilizando o protocolo NDISUIO 22. Para que a biblioteca possa funcionar na aplicação é necessário desactivar o serviço WZC 23. Este é normalmente iniciado ao mesmo tempo que o windows é iniciado. Este serviço proporciona configurações para dispositivos wireless e também para redes WiFi. O serviço liga-se automaticamente ao NDISUIO e não possibilita a utilização do protocolo a outras aplicações/bibliotecas. (6), (7), (8) Os requisitos para a utilização desta biblioteca são os seguintes: Uma placa de rede sem fios (IEEE ) Processador x86 Windows XP Windows XP miniport drivers para NIC 24 Windows XP DDK Network Driver Interface Specification 20 Wireless Research API 21 Windows Management Instrumentation 22 NDIS User Mode I/O Protocol 23 Wireless Zero Configuration 24 Network Interface Card 25 Driver Development Kit 25

26 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido No entanto ao efectuar testes com esta biblioteca, mesmo com o WZC desactivado surgiram problemas na concorrência ao hardware, isto é, não era possível aceder à placa de rede wireless porque já estava a ser utilizada, mesmo verificando que nenhuma outra aplicação a estava a utilizar. Por esse motivo não foi utilizada esta biblioteca WMI O WMI é uma tecnologia que permite a manipulação de informação para a gestão e controlo de redes corporativas. Esta tecnologia é distribuída como um componente do Windows 2000 e Windows XP. O WMI baseia-se na iniciativa WBEM 26, esta iniciativa da indústria pretende o desenvolvimento de tecnologias standart para a gestão de informação em ambientes corporativos. O WMI permite que a gestão seja feita através de uma interface simples, orientada a objectos e extensível. (9), (7), (10) Figura 10 Arquitectura WMI Ao deixar de lado a biblioteca WRAPI no desenvolvimento da aplicação, foi testado o uso do WMI para aceder à informação do hardware. O WMI não oferece compatibilidade com todas as placas WiFi existentes no mercado. Foram testadas 8 placas WiFi (internas, usb, pcmcia, de diferentes fabricantes) e das 8 apenas 3 funcionaram com o WMI. No que diz respeito ao acesso 26 Web-Based Enterprise Management 26

27 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido à informação das redes WiFi através do WMI, a informação apenas estava correcta nos objectos do WMI para a primeira rede WiFi encontrada, nas restantes as informação estava corrupta, isto no caso da utilização de mais do que um AP. Tendo em conta estas falhas, a possibilidade de utilizar o WMI para o site survey também foi deixada de lado Native WiFi A API 27 Native WiFi contem funções estruturas e enumeradores que suportam a ligação e a gestão de WLANs. A API pode ser utilizada tanto para redes do tipo infra-estrutura como do tipo ad-hoc. O propósito desta API è apenas o de gerir as ligações e os perfis das WLANs. O Native WiFi só está disponível para o Windows XP SP2 28 e para o Vista. Ao contrário das outras abordagens, o Native WiFi suporta todas as placas de rede sem fios existentes no mercado, assim como todos os tipos de AP s e o acesso à informação das WLANs é correcto e exacto. Nos testes realizados esta API revelou ser bastante correcta e funcional. Embora a sua utilização esteja limitada a apenas a dois sistemas operativos e seja necessário um update especifico para o XP SP2 (KB918997), tento em conta as suas características e face aos testes realizados é a melhor opção para a implementação da aplicação de site survey. (11), (12), (13), (14), (15) 3.3 Aplicação Desenvolvida Contextualização Como já referido anteriormente a aplicação foi desenvolvida no Visual Studio 2005 na linguagem C#. A decisão de utilizar este ambiente e esta linguagem vêm da necessidade de aceder ao hardware do sistema para recolher informação e da necessidade de utilizar componentes gráficos para expor de uma forma fácil e intuitiva a informação recolhida e processada. Antes do começo da implementação foi analisado todo o processo de site survey, assim como as aplicações do mercado referidas no capítulo 2. Com o objectivo de tentar encontrar formas de simplificar e aportar novas ideias para melhorar a análise de redes WiFi, foi efectuado o 27 Application programming interface 28 Service Pack 2 27

28 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido levantamento de mais requisitos para além dos dois principais do objectivo deste projecto (registo da posição e da potência de sinal de um AP). Com engenharia de requisitos muitos foram identificados e implementados na aplicação. A funcionalidade e parte lógica da aplicação implementada provêm de toda a fase de análise e optimização realizada. Vários critérios foram tomados em consideração no que diz respeito ao interface, à sua navegação e usabilidade. Assim como novas ideias e sugestões para efectuar o site survey. A figura abaixo mostra o aspecto geral da aplicação quando é iniciada. Figura 11 Aspecto geral da aplicação WiiSS (aplicação desenvolvida) 28

29 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido Aspectos Técnicos do Desenvolvimento O desenvolvimento da aplicação foi dividido nas nove fases seguintes: 1) Planeamento. 2) Engenharia de requisitos. 3) Desenho do interface. 4) Implementação das funcionalidades primárias. 5) Implementação de componentes específicos para a divisão e encapsulamento das funcionalidades. 6) Ligação do interface com as funcionalidades primárias e os componentes específicos, tudo numa só aplicação central. 7) Implementação de funcionalidades secundárias e optimizações. 8) Depuração, testes e correcção de bugs. 9) Testes em ambiente real com utilizadores finais. Planeamento Como referido anteriormente, o planeamento consistiu em identificar o que era necessário para a implementação, estudar as tecnologias existentes, decidir sobre que metodologias utilizar, que aplicações utilizar para cada fase do desenvolvimento. Engenharia de Requisitos Também como já referido anteriormente, nesta fase foram estudadas as outras aplicações já existentes no mercado. As suas funcionalidades, capacidades e limitações foram analisadas. Foram levantados os novos requisitos para além dos principais que eram: Registo da localização do dispositivo wireless Registo da potência de sinal em cada localização indicada Os requisitos identificados e implementados irão ser expostos mais à frente. Nesta fase foi também desenhada a aplicação no Enterprise Architect (classes, métodos, etc.). Desenho do Interface O interface foi desenhado tento em conta o estudo realizado às outras aplicações e tendo em conta as abordagens de simplificação e usabilidade. Para o desenho foi utilizado o Corel Draw X3. 29

30 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido Implementação das funcionalidades primárias Nesta fase já foi utilizado o Visual Studio Foram realizadas 2 aplicações, uma para registar posições específicas face a uma planta com a sua escala e medidas reais e outra para fazer a comunicação com as placas WiFi, posterior identificação e registo de informações das WLANs. Implementação de componentes específicos Foram criados dois componentes (User Control). Concretamente um SurveyMap, este é quem se encarrega de registar a posição dos AP s e toda a informação dos survey spots (pontos de registo de potências de sinais) e um PlotMap, a função desde componente é de criar os gráficos e expor de a informação do survey. Ligação do interface com as funcionalidades primárias e os componentes específicos Nesta fase foi criada uma aplicação principal, foi desenvolvido o interface projectado e foram feitas todas as ligações entre o interface as funcionalidades primárias aos componentes. Implementação de funcionalidades secundárias e optimizações Já nesta fase foram implementadas as restantes funcionalidades, umas também essenciais para o correcto funcionamento aplicação e outras para simplificação e ajuda do processo de survey. Depuração, testes e correcção de bugs Foram realizados testes exaustivos à aplicação para identificar falhas e erros no funcionamento da aplicação. Alguns erros graves foram identificados e corrigidos. Assim como também foram identificadas e implementadas formas de optimização para a aplicação. Testes em ambiente real com utilizadores finais Nesta última fase a aplicação foi utilizada pela empresa Ubinov na realização do site survey do edifício Clássicos de Beja. Os resultados são expostos mais à frente neste relatório. 30

31 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido Funcionalidade As principais funcionalidades e características da aplicação são: Survey de um ou vários AP s em simultâneo. Suporta plantas em BMP, JPEG, GIF, TIF e PNG. Permite escalar a planta escolhida em vários tipos de unidades. Compatível com todas as placas wireless. Compatível com o Windows XP SP2 e o Vista. Grelha para simplificar e alinhar os pontos registados. Visualização de todos os AP s disponíveis e as suas potências de sinal actual. Tamanho dos pontos personalizado. Intervalo de leitura de sinal personalizado. Salva e lê informação de ficheiros XML. Gráficos personalizados. Gráficos com diferentes configurações de AP s. Escala de pontos personalizada (step ratio). Estilo de pontos personalizado (quadrados ou círculos) Gradiente de potência de sinal personalizado. Transparência da planta personalizada. Diversas hipóteses de gráficos. Desenhar ou não os AP s. Desenhar ou não os centros dos pontos. Desenhar ou não a potência de sinal dos pontos. Sobrepor ou não a informação da potência de sinal dos pontos no gráfico. Relatórios personalizados. Permite criar relatórios em tempo real para JPEG. Opções para a criação dos relatórios. Incluir ou não o gradiente actual da potência de sinal e a respectiva escala da planta. Incluir ou não a informação dos AP s (SSID) assim como a sua localização na planta. Incluir ou não a data e hora do sistema ao ser gerado o relatório. Informação em tempo real da posição do rato na planta face à localização nas medidas reais da planta. Informação em tempo real do número de AP s e do número pontos registados no survey. 31

32 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido Esta aplicação permite efectuar o site survey da forma tradicional, no entanto foram introduzidos novos conceitos para uma realização de site survey mais cómodo e com mais vantagens a nível de análise de resultados. Como a parte do site survey em campo é bastante cansativa e demorada quando efectuada com um AP apenas, foi explorada a possibilidade de recorrer a tantos AP s como queiramos. Ao contrário de utilizar apenas um AP e andar com o portátil por vários caminhos nas instalações/edifício a registar o sinal até registar-mos a perda do mesmo, reposicionar o AP nesse local e continuar a partir desse ponto. Podemos analisar a planta e identificar pela área quantos AP s poderemos necessitar, posicionar os mesmos nas instalações e depois efectuar o survey. Como a aplicação possibilita construir gráficos com um AP, um conjunto de AP s ou todos os AP s, é fácil identificar depois a configuração óptima dos AP s para uma cobertura total. A forma mais optimizada para esta abordagem é a colocação de um AP em cada divisão e fazer um único site survey. Com os resultados registados, depois podem-se efectuar diversas hipóteses de cobertura, entre os vários AP s. Por exemplo, vamos supor que temos um andar com 10 divisões. Colocamos um AP em cada divisão. Efectuamos o survey com a aplicação. Na parte do plot depois podemos ver o gráfico da cobertura de todos os AP s em conjunto, ou então verificar por exemplo como é a cobertura apenas com os AP s 1,4,6, ou com qualquer outra combinação de AP s. Da forma tradicional se pretender-mos visualizar o que acontece quando colocamos o AP noutra localização, temos de voltar a efectuar todos os caminhos nas instalações/edifício para observar o resultado, o que se torna fisicamente desgastante, monótono e cansativo. Desta nova forma a parte de site survey em campo não se torna tão cansativa fisicamente e possibilita uma rapidez muito superior a nível do processo total de site survey. Outra inovação é a utilização de XML para armazenar os site survey s, isto possibilita a extrema portabilidade, por outras palavras, podemos ter uma página web que faça a interpretação do ficheiro XML e disponha no browser os resultados obtidos no campo para visualização remota e sem a necessidade da aplicação. Não esquecendo também que a utilização dos ficheiros XML possibilita a pausa do site survey e a sua posterior continuação. A grelha também é uma ajuda bastante importante no site survey, com ela podemos definir a distância que vamos utilizar para efectuar o survey entre os pontos. Isto facilita a organização do survey assim como a visualização da cobertura total gerada posteriormente no gráfico. 32

33 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido Utilização da Aplicação A aplicação é composta por três partes gerais, o Survey, o Plot, e as barras dos menus. No Survey é onde se vai registar a localização dos AP s e todos survey spots (localização e potência de sinal de cada AP colocado na planta). No Plot é onde são gerados os gráficos face às leituras efectuadas no Survey. Os menus contêm as funcionalidades e comandos da aplicação. Em resumo o funcionamento geral da aplicação é o seguinte: 1. Abrir a aplicação, a placa de rede wireless é seleccionada automaticamente pela aplicação, caso o computador tenha mais do que uma, é seleccionada automaticamente a primeira que a aplicação encontrar. É possível alterar a placa de rede seleccionada através do menu Device. Os AP s são pesquisados assim que a placa de rede é seleccionada. Os AP s disponíveis são listados na seguinte caixa de selecção de Access Point. 2. Optar por começar um projecto novo ou abrir um existente. 3. No caso de um projecto novo, clicar no botão Load Image Map, escolher a imagem da planta onde vamos efectuar o site survey e definir a escala da planta. 4. No caso de um projecto existente continuar o survey ou então analisar os gráficos. 5. Depois de definida a escala da planta colocar na planta o AP ou AP s sobre os quais o site survey vai incidir. Este passo faz-se ao clicar no botão Set Access Points, seleccionar o AP que se pretende colocar e por ultimo clicar na localização da planta onde o AP se encontra na realidade. Para os seguintes AP s, basta seleccionar o novo AP a colocar e clicar na sua localização. 6. É conveniente decidir previamente a distância entre os survey spots, isto é, definir a distância que vamos utilizar para efectuar as leituras das potências de sinal. Vamos supor que decidimos efectuar leituras de metro em metro, e vamos assumir que na escala da nossa planta cada metro são 50 pixéis. Definimos o Grid Step para 50 e clicamos no botão Draw Grid. Vamos visualizar uma grelha por toda a nossa planta em que cada survey spot é a intersecção das linhas verticais com as horizontais, desta forma temos a certeza que fazemos leituras de metro em metro. 7. Decidimos também quantas medições de potência queremos efectuar a cada AP em cada ponto. Como a potência de sinal varia ao longo do tempo, é aconselhável efectuar várias leituras no mesmo ponto a cada AP, a aplicação regista essas leituras e efectua a média aritmética das mesmas, calculando assim a potencia média do sinal de cada AP naquele ponto. O número de medições é definido na caixa de selecção Survey Steps. Vamos supor que escolhemos 5, isto significa que a aplicação vai registar 5 medições a cada AP por ponto. 33

34 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido 8. Para iniciar o nosso site survey basta clicar no botão Survey Spots, posicionarmo-nos na planta real onde pretendemos efectuar a leitura e clicar na planta da aplicação no mesmo ponto face à nossa localização actual. 9. A aplicação vai iniciar o registo da informação consoante as nossas escolhas. 10. Depois de recolhida a informação de um ponto basta repetir o processo. Efectuar a deslocação para a nossa posição, e voltar a clicar na planta da aplicação na respectiva posição. Repetir este passo até o site survey estar completo. 11. Clicar no separador Plot para construir os gráficos que pretendemos a respeito do site survey efectuado. Existem várias opções para esta funcionalidade. Irão ser descritas na próxima secção. No caso de haver mais do que um registo de potência de sinal para cada ponto, ao gerar o gráfico a aplicação desenha a maior potência de sinal naquele ponto entre os AP s escolhidos para o gráfico Manual do Interface da Aplicação Figura 12 Inicio da aplicação 34

35 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido Figura 13 Aplicação no modo survey, com a planta e a escala definidas, 1 AP colocados e 5 spots registados Figura 14 Aplicação no modo plot, 1 AP seleccionado e 5 spots registados 35

36 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido Figura 15 Menu Ficheiro Figura 16 Menu Dispositivo Figura 17 Barra de Ferramentas dos AP s 36

37 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido Figura 18 Barra de Ferramentas com informação do AP seleccionado Figura 19 Barra de Ferramentas do Survey (primeira parte) Figura 20 Barra de Ferramentas do Survey (segunda parte) 37

38 Capítulo 3. Trabalho Desenvolvido Figura 21 Barra de opções do separador Plot Requisitos mínimos Para correr a aplicação no Windows Vista basta apenas ter instalada a Framework 2.0. No caso do Windows XP SP 2, é necessária a Framework 2.0, o update KB e a biblioteca msxml6. 38