AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DO PROTOCOLO HWMP EM CENÁRIOS REAIS DE REDES MESH COM MÚLTIPLAS INTERFACES E MÚLTIPLOS CANAIS

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1 AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DO PROTOCOLO HWMP EM CENÁRIOS REAIS DE REDES MESH COM MÚLTIPLAS INTERFACES E MÚLTIPLOS CANAIS Matheus Gurgel Ribeiro (1) ; Marcos Antônio da Costa da Silva Filho (1) ; Carina Teixeira de Oliveira (2) ; Reinaldo Bezerra Braga (3) Bolsista (1) ; Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará, Aracati; mateugiqui@hotmail.com. Bolsista (1) ; Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará, Aracati; marcosantonio.filho16@gmail.com Co-orientadora (2) ; Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará, Aracati; carina.oliveira@ifce.edu.br Orientador (3) ; Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará, Aracati; reinaldobraga.ifce@gmail.com. 1. RESUMO O uso da rede sem fio é cada vez mais comum em diversos dispositivos, como notebooks, tabletes e celulares usando tecnologias como Wifi (IEEE ) e Bluetooth. Um atrativo para o uso dessas redes reside em seu baixo custo de implantação e na possibilidade de obter uma conexão de dados em qualquer posição dentro de uma área de cobertura. Neste contexto, as redes em malha sem fios são redes com topologia dinâmica, variável e de crescimento orgânico, constituídas por nós cuja comunicação, no nível físico, é feita de uma das variantes do padrão IEEE e cujo roteamento é dinâmico. Neste trabalho são apresentados os resultados dos testes feitos utilizando o iperf3 em roteadores TP-Link WR842ND com o firmware OpenWRT que implementa o protocolo HWMP (802.11s) utilizado para criação de redes mesh. PALAVRAS-CHAVE: Redes Mesh. iperf3, OpenWRT. 2. INTRODUÇÃO Com o progresso das redes sem fio, surge uma nova forma de conexão: a rede em malha, também conhecida como rede mesh. Esse novo tipo de conexão possui várias vantagens sobre qualquer outro tipo de rede como a facilidade de expansão, menor custo de implantação e fácil adaptação a lugares de difícil acesso, isso faz dela uma promessa de tecnologia sem limites físicos. Redes mesh ou redes em malha é uma alternativa de protocolo ao padrão para diretrizes de tráfego de dados e voz além das redes a cabo ou infraestrutura wireless. Uma rede infraestruturada é composta de Access Point (AP) e clientes, os quais necessariamente devem utilizar aquele AP para trafegarem em uma rede. Uma WMN é composta de vários nós/roteadores, que passam a se comportar como uma única e grande rede, possibilitando que o cliente se conecte em qualquer um destes nós. Os nós têm a função similar 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.

2 É bem conhecido que o desempenho do IEEE rapidamente se degrada em tecnologias multi-hop. Uma forma de melhorar o desempenho é usar múltiplos canais ortogonais de modo que diferentes estações da malha, possam simultaneamente funcionar em canais diferentes, ou seja, a operação full-duplex é possível em cada nó. Assim utilizando com eficiência o espectro de cada canal e aumentando a largura de banda disponível para os nós da rede. Este trabalho visa otimizar a utilização da rede em malha fazendo-se uso de múltiplos canais e adotando o uso do protocolo Hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP), que é o protocolo padrão do IEEE s, apresentando os resultados obtidos a partir de testes feitos com a ferramenta iperf3 que é um gerador de tráfego de rede. 3 METODOLOGIA/RESULTADOS Os roteadores utilizados para esse trabalho, apesar de oferecerem duas antenas e permitir múltiplos SSIDs, oferecem apenas uma interface física. Um empecilho para nosso objetivo. Já que para evitar o intrafluxo, utilizamos canais diferentes para comunicação nos rádios. Porém os roteadores dispõem de uma porta USB. Para poder então solucionar nossa problemática adicionamos uma antena USB (TP-Link WN721N), que servirá como nossa segunda interface. O firmware embarcado nos roteadores da TP-Link é fechado e bastante limitado. Necessitávamos de liberdade para realizar nossas configurações e modificações dos protocolos de rede. Por isso foi utilizado o OpenWrt, um firmware para dispositivos embarcados baseado em Linux. Ele nos deu poder total em modificação, distribuição e suporte. Foram executados diversos testes no roteador TP-Link WR842ND (com a antena USB TP- Link WN721N acoplada à sua porta USB) usando o OpenWRT como firmware. A princípio, foram escolhidos 4 cenários de teste: Testes de desempenho, afim de determinar a capacidade máxima do equipamento utilizado, sendo realizado na interface interna, externa e entre as interfaces Interna e Externa; 3 roteadores formando o cenário clássico de redes mesh, ambos compartilhando o mesmo canal e se utilizando de apenas uma interface (interna, do próprio roteador ou externa, antena USB) sendo realizado na interface interna e na interface externa; 3 roteadores, múltiplos canais e múltiplas interfaces de rede compartilhando do mesmo endereço de mesh (Mesh ID), sendo realizado entre as interfaces Interna e Externa; 3 roteadores, múltiplos canais e múltiplas interfaces de rede com diferentes endereços de mesh (Mesh ID), sendo realizado entre as interfaces Interna e Externa. 2 notebooks foram conectados nas extremidades da rede (nó raíz e nó AP), um como cliente e outro como servidor. Deste modo, foi utilizado o IPerf3 para gerar tráfego na rede e os seguintes parâmetros foram utilizados: Iperf3 -c IP-Servidor -u -b 4.1M -t 80 -l 1K

3 Este comando significa que cada rodada é feita com o protocolo de transporte UDP, com banda de 4.1 Mbits/s em 80 segundos de execução, gerando 500 pacotes de 1Kbyte cada. Cada teste foi executado 32 vezes para garantir a confiança dos resultados obtidos. Outros testes com 1000, 2000 e 4000 pacotes também foram gerados seguindo o mesmo padrão, sendo necessário apenas dobrar o valor de -b. Os resultados da simulação foram salvos em arquivos.txt (arquivo de texto). Os dados obtidos pela simulação referem-se a: Transferência de dados, Largura de Banda, Variação do atraso (Jitter) e Número de pacotes perdidos. Os resultados foram colocados em gráficos para facilitar a análise como pode ser visto na sessão seguinte. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO Imagem 1 Gráfico da taxa de transferência Imagem 2 Gráfico da Largura de Banda

4 Imagem 3 Gráfico da Variação do atraso Imagem 4 Gráfico do número de pacotes perdidos Como visto, o desempenho ao se utilizar múltiplas interfaces e múltiplos canais é inferior aos demais conforme a taxa de pacotes aumenta. Embora inferior, os resultados são similares aos demais cenários quando a taxa é igual ou inferior a 1000 pacotes por segundo. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS Para a realização de testes na rede utilizamos o Iperf3 que é um software utilizado para testar a largura de banda, podendo realizar injeção de pacotes (tanto TCP quanto UDP) para medir o desempenho de redes de computadores. Ele não possui interface gráfica, necessitando de linha de comando e foi desenvolvido em C++. Os gráficos foram gerados através da coleta de dados da simulação feita no iperf3. Os dados foram processados através de programas escritos em C pelos bolsistas responsáveis e posteriormente inseridos em tabelas no software Excel, ao qual foi devidamente configurado para a geração dos gráficos com adição do intervalo de confiança obtido das 32 rodadas de teste feitas no iperf3.

5 Como trabalho futuro, será analisado o motivo da queda de desempenho que ocorre quando se utiliza múltiplas interfaces e múltiplos canais visando solucionar o problema e equiparar o desempenho deste cenário ao ideal ou ao menos, ao resultado obtido nos demais cenários. 6. REFERÊNCIAS ABID, M. R. Link Quality Characterization in IEEE s Wireless Mesh Networks. [S.l.]: Graduate Faculty of Auburn University, ABREU, L. de. PROGRAMA UM COMPUTADOR POR ALUNO - UCA Acesado em 10 janeiro de ALBUQUERQUE, C. V. N. d.. Multihop MAC: Desvendando o Padr ao s Acesado em 21 outubro de EDUCACAO, M. da. UCA - Histórico projeto_comocomecou.jsp#. Acesado em 26 junho de IEEE Wikipedia. Disponível em: < Acesso em: nov./2004. AGUAYO D.; BICKET J.; BISWAS S.; JUDD, G.; MORRIS, R. Link-level Measurements from an b Mesh Network. In SIGCOMM 04, 30/ago. 03/set., 2004, Portland, Oregon, EUA. Disponível em: < Acesso em: nov./2004. AGUAYO D.; BICKET, J.; Biswas, S.; DE COUTO, D. S. J.; MORRIS, R. MIT Roofnet Implementation. Disponível em: < Acesso em: nov./2004.