Infra-estrutura e Roteamento em Redes Wireless Mesh André Luiz Przybysz e Olavo José Luiz Júnior Programa de Pós-Graduação em Informática Aplicada, Pontifícia Universidade Católica do Paraná Curitiba, PR {andrepos,olavo}@ppgia.pucpr.br 1. Introdução Redes Wireless Mesh ou Mesh Wireless Networks (MWN) vêm sendo objeto de pesquisas por serem vistas como a próxima geração das redes wireless. Para apresentar uma visão geral sobre MWN, este artigo está organizado de forma a explicar o que é uma rede mesh sem fio e quais seus domínios de aplicação, quais são os desafios atuais da pesquisa em redes mesh, abordar os principais protocolos de roteamento utilizados em redes mesh e citar o estágio atual das principais pesquisas e iniciativas práticas de implementações de redes mesh. Redes Wireless Mesh são casos específicos de redes ad hoc. Segundo Ramanathan [1], uma rede ad hoc (possivelmente móvel) é um conjunto de dispositivos de rede que pretendem se comunicar, mas que não possuem infra-estrutura fixa disponível e não possuem organização pré-determinada de links de comunicação disponíveis. Os nós individuais da rede são responsáveis por descoberta dinâmica de quais são os outros nós que podem se comunicar diretamente a ele, ou seja, de quais são seus vizinhos (formando uma rede multi-hop). Redes ad hoc são escolhidas para serem usadas em situações onde a infra-estrutura não está disponível ou não é confiável, ou ainda em situações de emergência. Albuquerque [2] cita as aplicações das redes ad hoc como sendo: computação móvel em áreas remotas, emprego militar, comunicações táticas, busca e salvamento em situações de desastre, redes temporárias em salas de reuniões, aeroportos, entre outros. Nota-se no artigo de Albuquerque [2] que, devido à mobilidade, e à potencial entrada e a saída de alguns nós, a topologia da rede pode ser alterada e essas constantes mudanças podem gerar múltiplas rotas entre dois nós. Quanto maior o número de participantes de uma rede ad hoc, mais complexa será a comunicação. Ramanathan [1] alerta ainda para o fato de que a conectividade pode sofrer alterações introduzidas por conta das práticas de controle de energia presentes nos nós móveis. WMN são redes dinamicamente auto-organizáveis e auto-configuráveis, cujos nós, dispostos em uma topologia em malha, compõe uma rede ad hoc [3]. Porém, nós de uma rede mesh apresentam uma localização fixa (apesar de não predeterminada), ao contrário das redes ad hoc tradicionais. A rede mesh pode também permitir a conexão de dispositivos móveis, através de interfaces sem fio [2]. Atualmente, o tipo de enlace wireless mais comum para a implementação de rede mesh é o padrão IEEE 802.11. Os nós componentes da rede mesh podem ser de dois tipos [3]: clientes mesh e roteadores que contém funções adicionais de roteamento para suportar redes mesh. Além disto, podem servir como gateways ou bridges, wireless ou cabeadas para implementar integração com redes de outros enlaces, como WiMAX ou Ethernet. Roteadores mesh possuem mínima mobilidade e formam o backbone para os clientes mesh. Estes também podem trabalhar como roteadores, desde que possuam os protocolos necessários para tanto, conforme descritos na seção 4. Como o benefício desta topologia pode ser citado o baixo custo inicial, ajudado pela utilização de equipamentos WI-FI disseminados no mercado, necessitando de pequenas alterações [4].
Estas características concedem vantagens às WMN frente a outros tipos de rede ad hoc [3], porém para que as mesmas possam se tornar uma efetiva alternativa comercial, muita pesquisa deve ser efetuada para a resolução de problemas como a falta de escalabilidade dos protocolos de roteamento e de acesso ao meio, e à queda significativa de desempenho com o incremento do número de nós, assuntos abordados na seção 3. 2. Típicos Domínios de Aplicação Tecnologias baseadas no padrão IEEE 802.11 podem ser usadas como tecnologia de acesso. Neste caso, tipicamente, a cobertura de última milha 1 através de tecnologias wireless é implementada com uso de antenas direcionais externas de alto ganho [4], e em redes que dependem de infra-estrutura. Através de uma topologia em malha, nos moldes apresentados na seção anterior, é possível a criação de zonas de acesso (hot zones), redes que, através de nós fixos que utilizam antenas omni-direcionais, transmitem um sinal de baixa potência capaz de chegar aos nós vizinhos, os quais devem tornar a transmiti-lo aos próximos nós, e assim sucessivamente, até que os dados cheguem ao nó de destino. Desta forma levam o sinal até gateways com interface cabeada que permitem acesso à Internet. INTEL [4] indica como vantagens desta abordagem: pode ser utilizada como soluções de acesso em áreas de cobertura restrita, com a possibilidade de criação de caminhos entre estações que não possuem linha de visada por estarem bloqueadas por obstáculos, e podem ter seus pacotes roteados através de outros nós. Implementa maior robustez por conta das múltiplas rotas disponibilizadas pelos diferentes nós, o que também pode se refletir em maior largura de banda na rede. Outra vantagem potencial é a possibilidade de utilizar-se do conjunto de protocolos IEEE 802.11 para funções diferentes nos nós mesh fixos, onde 802.11a seria mais comumente utilizado para a ligação entre os Access Points, por não haver sobreposição com as tecnologias 802.11b e g, por conta das freqüências envolvidas (5GHz vs. 2,4GHz). As tecnologias de 2,4GHz seriam mais utilizadas para a conectividade dos nós móveis, principalmente através de 802.11g, que se utiliza de mecanismo de modulação mais robusto (OFDM) e mais adequado à redes outdoor. A figura 1 apresenta a topologia de uma possível rede mesh metropolitana, com a interligação dos nós componentes sem-fio e a interoperabilidade com os gateways de acesso à Internet, dispostos em vários lugares distintos. Figura 1: Topologia de Rede Wireless Mesh Metropolitana [5] 1 Tecnologias que interligam o contratante do serviço à operadora do serviço de telecomunicações. 2
Para as pesquisas realizadas por Albuquerque [2], o principal objetivo da rede mesh é fornecer aos clientes uma rede comunitária de acesso à banda larga com uma infra-estrutura sem fio, oferecendo acesso à internet a baixo custo para comunidades, usando o modelo da figura 1. 3. Fatores Críticos e Desafios na Pesquisa de Redes Mesh Wireless Mesh Networks prometem ser a solução para uma série de problemas no provimento de serviços de acesso, por serem flexíveis, dinâmicas e potencialmente de baixo custo [6]. Mas para que isto se torne efetivo, muita coisa há para ser melhorada e desenvolvida. Citamos nesta seção os problemas mais críticos e desafios em aberto, organizados por categoria: 3.1) Controle Apesar da conectividade em malha trazer vantagens naturais, para que isto seja garantido é necessária auto-organização e algoritmos de controle da topologia. Algumas técnicas de rádio-freqüência, hoje em pesquisa, podem no futuro implementar capacidades de controle dinâmico. Estas novas técnicas dependem ainda de desenvolvimento de protocolos de alto nível, bem como protocolos MAC e de roteamento. Os protocolos devem ser desenhados para habilitar redes tão autônomas quanto possíveis, a fim de que as redes sejam fáceis de usar [4]. 3.2) Escalabilidade Escalabilidade pode ser definida como o nível de serviço de pacotes aceitável na presença de um grande número de nós na rede [1]. É fator importante pela potencial redução de desempenho com o incremento do número de nós. Por isto, todos os protocolos das camadas envolvidas devem ser escaláveis [4]. 3.3) Qualidade de Serviço (QoS) Diferentemente de redes ad hoc tradicionais, as aplicações WMN muitas vezes necessitam banda larga e requisitos de QoS [3]. Devido ao broadcast e a natureza dinâmica de MANET (Mobile Ad Hoc Network), prover nível de QoS diferente de best-effort é tarefa muito desafiadora. Provisionamento de QoS em redes ad hoc não é tarefa dedicada a uma só camada. Requer esforços conjuntos de todas as camadas, além de estratégias específicas de qualidade de serviços utilizando sinalização de reserva de recursos e QoS para a camada de enlace [9], além de outras possíveis abordagens. O desenvolvimento de um protocolo de roteamento que implemente recursos de QoS na escolha das rotas em uma rede mesh é a proposição de Munaretto e Fonseca [10]. Ainda outro problema é satisfazer requisitos de QoS em redes de radiofreqüência que possuem canais de comunicação imprevisíveis, principalmente por compartilhar o canal com nós vizinhos. Novamente uma possível solução é a utilização de estratégias de integração multicamadas, violando as tradicionais abordagens de isolamento entre camadas [1]. QoS em redes Mesh é um problema em aberto. 3.4) Segurança Os esquemas de segurança propostos para redes ad hoc podem ser adotadas para WMN, porém a maior parte destas soluções não está madura para serem implementadas na prática [4]. Uma grande gama de tipos de ataques podem ser originados do projeto de novos protocolos de roteamento, por conta dos projetistas procurarem protocolos mais leves para privilegiar a performance. Este trade-off entre segurança e desempenho é um desafio [8]. 3
4. Protocolos de Roteamento para Redes Móveis Ad Hoc Albuquerque [2] esclarece que os protocolos de roteamento tradicionais usados por redes cabeadas, (como exemplo citam-se os protocolos RIP (Routing Internet Protocol) do tipo distance vector e OSPF (Open Shortest Path First) do tipo link state), não são aplicáveis a uma rede ad hoc. Este fator deve-se às constantes mudanças das topologias encontradas neste tipo de rede, que exigem atualizações constantes nas informações de roteamento. A utilização de protocolos tradicionais nestas redes, refletiria em fatores como alto overhead, e alto consumo de banda e potência. Apesar das limitações, protocolos tradicionais vêm sendo aplicados em soluções recentes para redes mesh [2]. Este fator justifica-se pelo fato que os principais nós de uma rede mesh são fixos e não móveis como em redes ad hoc. Quanto à classificação dos protocolos de roteamento referente aos algoritmos de roteamento, Albuquerque [2] define duas categorias: Roteamento plano: Os nós são iguais e apresentam as mesmas responsabilidades na rede, neste caso o roteamento de pacotes se dá baseado em comunicações ponto-a-ponto. Todos os nós possuem uma visão geral da rede, acarretando constante troca de informações a respeito da topologia. No descobrimento das rotas o processo é simplificado, devido aos nós apresentarem informações gerais da rede. Roteamento Hierárquico: Os nós são divididos em zonas, e cada zona conhece os detalhes para rotear os pacotes para os demais. Como desvantagem, o nó conhece muito pouco sobre as estruturas internas de outras zonas. Em cada zona um nó é designado para ser o gateway, de maneira a prover comunicação entre duas zonas distintas. Os protocolos de roteamento das rede ad hoc são divididos ainda em duas grandes categorias: protocolos de roteamento unicast e protocolos de roteamento multicast. 4.1) Protocolos de Roteamento Unicast A maior parte das aplicações encontra-se nesta categoria. Os nós de uma rede ad hoc estão livres para se movimentar arbitrariamente. Nestes casos a topologia de rede pode mudar com certa freqüência, se comparando com uma rede cabeada. O funcionamento principal de um protocolo unicast se dá na camada de rede (camada IP, na arquitetura TCP/IP) em uma rede ad hoc, consistindo na transmissão de pacotes de um nó de origem, até um nó de destino, através dos nós intermediários. O processo de encaminhamento se realiza com o nó intermediário comparando o endereço constante do cabeçalho de pacote de dados com as entradas existentes em sua tabela de roteamento, através do qual, obtém a indicação do próximo nó (nó intermediário ou nó de destino). Os protocolos de roteamento ad hoc são divididos em duas categorias [9], quanto à construção de rotas: Os pró-ativos (baseados em tabelas pré-definidas) são derivados dos protocolos de Internet tipo distance-vector e link-state. Mantém tabelas que armazenam as informações de roteamento e a cada mudança na topologia da rede dispara atualizações a fim de manter a consistência das rotas. Isto pode causar uma substancial sobrecarga, afetando a utilização de largura de banda bem como de energia dos nós. A vantagem é que as rotas para qualquer destino estão sempre disponíveis sem perda de tempo de descoberta. Porém podem não funcionar apropriadamente se houver alta taxa de mobilidade na rede ou um número grande de nós [9]. Os reativos (por demanda) são caracterizados por possuir mecanismos de descoberta que são disparados quando a origem precisa se comunicar com um destino de caminho 4
desconhecido. A descoberta de rota normalmente é feita através de flooding 2. Geralmente protocolos reativos geram menor overhead que os pró-ativos, porém embutem um maior atraso sempre que é necessário conhecer um novo caminho [9]. Ainda de acordo com Sesay [9], existem ainda os protocolos híbridos, os quais combinam ambas as estratégias e tentam utilizar em conjunto, vantagens de ambos. Segundo Albuquerque [2], protocolos de roteamento pró-ativos são mais adequados às redes sem fio de banda larga, de baixa escalabilidade e de alta mobilidade dos nós, enquanto os reativos ajustam-se melhor em redes de banda estreita, de alta escalabilidade e com baixa ou média mobilidade dos nós. Para cada ambiente ad hoc podemos empregar um tipo de protocolo, e este fator deve-se ao fato de que um protocolo não consegue se ajustar a todos os diferentes cenários e padrões de tráfego característicos das aplicações ad hoc. 4.1.1) Protocolos de Roteamento unicast Pró-ativos Os protocolos de roteamento pró-ativos procuram manter consistentes as informações sobre as topologias armazenadas nas tabelas de roteamento. Estes protocolos requerem que cada nó detenha uma ou mais tabelas para armazenar as informações de roteamento. As atualizações são disparadas quando um nó percebe que a topologia da rede foi modificada. Neste artigo é descrito com mais detalhes o protocolo de roteamento pró-ativo OLSR que é o protocolo utilizado pelos projetos de redes mesh VMesh e GT-Mesh UFF, que é o foco principal de estudo, porém podem ser utilizados outros protocolos pró-ativos, como DSDV (Destination Sequenced Distance Vector), WRP (Wireless Routing Protocol), CGSR (Cluster Head Gateway Switch Routing), FSR (Fisheye State Routing) e GSR (Global State Routing), todos descritos no artigo de Albuquerque [2]. 4.1.1.1) OLSR (Optimized Link State Routing) Amplamente utilizado em redes mesh, citam-se o projeto VMesh e GT-Mesh UFF (os quais serão citados na seção 5) como exemplos de utilização deste protocolo. O OLSR destinase a redes de alta escalabilidade, e utiliza-se da técnica de flooding denominada Multipoint Relaying (MPR), que tenta reduzir o número de pacotes de broadcast da rede. Descreve-se a seguir, segundo Albuquerque [2], o método de funcionamento do OLSR: Cada nó difunde, periodicamente, mensagens de Hello que contém informações relacionadas aos vizinhos afastados em um hop. O campo TTL (time to live) da mensagem hello é igual a 1, razão pela qual não é difundido por seus vizinhos e com o auxílio das mensagens de hello, os nós obtêm informações topológicas locais. Um nó escolhe um conjunto de vizinhos para atuar como seus nós MPR, baseadas nas informações topológicas locais. Os nós MPR desempenham dois papéis: quando um nó transmite ou encaminha um pacote broadcast, somente os nós MPR, dentre todos os seus vizinhos retransmitem o pacote, e, quando os nós MPR difundem suas listas de nós através da rede, cada nó da rede reconhece por qual MPR um determinado nó pode ser alcançado. O protocolo OLSR garante um uso mais eficiente da banda disponível, quando comparado com protocolos de roteamento tradicionais do tipo link state. Com a topologia global armazenada e atualizada a cada nó, o caminho mais curto entre o nó de origem e o nó de destino pode ser computado através do algoritmo de Djikstra. 4.1.2) Protocolos de Roteamento unicast Reativos Os protocolos de roteamentos reativos ou sob demanda surgiram para minimizar o desperdício de banda causado pelos protocolos link state, portanto é um protocolo dinâmico em 2 Pacotes enviados por broadcast para todos os destinos com a expectativa de atingir o destino desejado 5
redes ad hoc. Segundo Albuquerque [2] nos protocolos de roteamento reativos, o roteamento é descrito em duas etapas: Descobrimento das rotas: em uma rede ad hoc, se um nó de origem não dispuser de uma rota até o nó de destino em sua tabela de roteamento, este difunde um pacote para o descobrimento de rota através da rede, de modo a determinar o caminho de nó de origem e nó de destino. O nó intermediário ao longo do caminho encaminha o pacote, podendo criar algumas estruturas de dados para identificação da rota. Manutenção das rotas: uma vez estabelecida a rota entre o nó de origem e o nó de destino, é introduzido um processo para manutenção da rota de modo a verificar a validade da rota, uma vez que os nós ao longo da rota podem mover-se arbitrariamente, ou mesmos serem desligados por problemas associados à indisponibilidade de bateria. Caso ocorra uma falha em um enlace ao longo de um caminho, poderá ser iniciada uma manutenção local para efetuar um bypass do enlace indisponível e caso a manutenção local não se mostre viável, o nó de origem deverá ser notificado para que seja reiniciado o processo para descobrimento de uma nova rota. São descritos como protocolos reativos os seguintes protocolos [2]: DSR (Dynamic Source Routing), AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector), TORA (Temporally Ordered Routing Algorithm) e ABR (Associativity Based Routing). Para o presente artigo será detalhado o protocolo AODV. 4.1.2.1 AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector) O protocolo AODV cria enlaces reversos para que o nó de destino saiba a seqüência de nós que os pacotes devem seguir até o nó de origem. Neste protocolo, quando o nó de origem precisa de uma rota para um determinado nó de destino que não conste em sua tabela de roteamento, inicia-se um processo para descobrimento de rota. Este processo consiste na transmissão usando flooding, de um pacote de route request a todos os seus nós vizinhos, que propagam esta requisição aos demais nós. Este processo se repete até que o nó de destino seja alcançado, ou até que um nó intermediário conhecedor da rota até o destino seja encontrado. Quando o nó de destino ou um nó intermediário que possua uma rota para o destino é encontrado, um pacote de route reply é enviado de volta ao nó de origem. Enquanto a mensagem route reply é propagada, cada nó intermediário que a receba, incrementa o campo correspondente à quantidade de saltos necessários para se alcançar o nó de destino. No protocolo AODV, cada nó procura transmitir mensagens de hello periódicas aos seus nós vizinhos que possuam rotas que por ele passem. Desta forma, seus vizinhos podem manter-se atualizados sobre a existência ou não de uma rota. Caso a mensagem de hello de um determinado nó não seja recebida durante um período de tempo determinado, assume-se que ocorreu uma quebra em algum enlace pertencente à rota, tornando-se inválida. Se o rota ainda estiver sendo usada, o nó pode realizar uma nova requisição route request para a seleção de uma nova rota. 4.1.3) Protocolos de Roteamento Híbridos Segundo Albuquerque [2] Os protocolos de roteamento híbridos combinam as melhores características dos protocolos pró-ativos e reativos. Os nós, dentro de certa distância de um nó específico, ou dentro de uma determinada região geográfica, pertencem à zona de roteamento daquele nó. Para os localizados dentro e fora desta zona, são aplicadas metodologias distintas, características dos protocolos pró-ativos e reativos, respectivamente. Citam-se como exemplos de protocolos de roteamento híbridos os protocolos: ZRP (Zone Routing Protocol), CEDAR (Core Extraction Distributed Ad Hoc Routing). Albuquerque [2], em sua pesquisa, apresenta comparações entre os protocolos unicast e apresenta as principais diferenças entre os tipos de protocolos de roteamento, e compara como 6
estes trabalham para a construção das rotas, classificando-os como pró-ativos e reativos. A Tabela 1 descreve tais comparações. CARACTERÍSTICAS PRÓ-ATIVOS REATIVOS HÍBRIDOS 1 Organização da Rede Plano/Hierárquico Plano Hierárquico 2 Informações Topológicas Periódica Sob demanda Ambos 3 Definição de Rotas Disponibilidade Sempre disponíveis Quando necessária Ambos Tempo de Conexão Baixo Alto Médio 4 Como lida com Mobilidade Atualizações Periódicas Manutenção de rota Ambos 5 Overhead Alto Baixo Médio Tabela 1 Tipos de Protocolos de Roteamento Unicast [2] 4.2) Protocolos de Roteamento Multicast Caracteriza-se como Multicasting em redes ad hoc o processo de transmissão de pacotes de um nó de origem para múltiplos nós de destino identificados por um único endereço. Segundo Albuquerque [2] em redes ad hoc, multicasting é muito mais difícil do que em redes cabeadas, devido as freqüentes mudanças topológicas. Transmissões multicast ainda não vêm sendo empregadas em redes ad hoc atualmente. Mas em um futuro próximo, podem tornar-se muito importantes em um contexto das comunicações multimídias e em redes wireless. Redes multicast são potencialmente interessantes onde a comunicação e a coordenação entre um conjunto de nós são de importância vital como por exemplo, em operações de emergência de busca e salvamento [2]. Nestas aplicações, os protocolos de roteamento multicast possuem um papel fundamental de modo a prover a comunicação necessária entre os nós. Deve-se ressaltar que é extremamente vantajoso que um pacote multicast ao invés de vários unicast, especialmente em ambientes wireless ad hoc, onde a disponibilidade de banda é limitada. Os protocolos de roteamento multicast são divididos nas seguintes categorias: Tree-based: existe somente um caminho entre o nó de origem e o nó de destino. Estes protocolos apresentam uma altíssima eficiência na vazão dos dados; Mesh-based: existem vários caminhos entre um nó de origem e um nó de destino. Estes protocolos apresentam altíssima robustez devido à disponibilidade de múltiplos caminhos entre os nós de origem e destino. Entre os protocolos tree-based encontram-se os protocolos MAODV (Multicast Ad Hoc On Demand Distance Vector), AMRoute (Ad Hoc Multicast Routing Protocol) e AMRIS (Ad Hoc Multicast Routing Protocol Utilizing Increasing ID-Numbers). Entre os protocolos mesh-based encontram-se os protocolos ODMRP (On Demand Multicast Routing Protocol) e NSMP (Neighbor Supporting Ad Hoc Multicast Routing Protocol). Este grupo de protocolos utiliza uma malha, ao invés de uma arvore multicast compartilhada como nos protocolos tree-based [2], o que garante enlaces redundantes entre os membros do grupo. Estes protocolos consomem mais recursos da rede, quando comparados com o tree-based. No entanto, apresentam maior capacidade de se adaptar às características dinâmicas de uma rede ad hoc. 7
Albuquerque [2] descreve as comparações entre os protocolos multicast e apresenta uma classificação de acordo com a topologia, e os classifica como tree-based e mesh-based (tabela 2). CARACTERÍSTICAS TREE-BASED MESH-BASED 1 Organização da Rede Árvore Malha 2 Definição de Rotas Somente um caminho Vários caminhos 3 Uso dos recursos da Rede Eficiente Desperdício 4 Como lida com Mobilidade Não possui caminhos alternativos Caminhos alternativos 5 Overhead Baixo Alto Tabela 2 Tipos de Protocolos de Roteamento Multicast [2] Como conclusão dos protocolos de roteamento Albuquerque [2] descreve alguns fatores importantes sobre os protocolos de roteamento unicast e multicast. Tais fatores auxiliam na escolha do protocolo adequado para cada circunstância no momento de implementação de um projeto ad hoc ou mesh. Seguem algumas considerações: Os diversos protocolos de roteamento unicast e multicast pesquisados por Albuquerque [2] apresentam, segundo o autor, similaridades e diferenças entre eles, e vantagens e desvantagens quando aplicados em redes ad hoc; Não existe um protocolo que se encaixe perfeitamente em todos os cenários, ambientes e padrões de tráfego encontrados nas redes ad hoc e em suas aplicações; Cada algoritmo apresenta características peculiares que o torna adequado a uma determinada aplicação para rede ad hoc; O protocolo de roteamento unicast reativo apresenta um menor overhead de comunicação, se comparado a um pró-ativo. No entanto apresenta maior latência na construção de rotas; Protocolos de roteamento híbridos se comparados com os protocolos pró-ativos e reativos, parecem reunir as características e métodos mais adequados e flexíveis ao ambiente encontrado em uma rede ad hoc. No entanto, o desempenho desta classe de protocolo precisa ser melhor explorado. Grande parte dos experimentos realizados para redes ad hoc concentra-se nos protocolos pró-ativos e reativos. Os desafios encontrados nos protocolos de roteamento multicast para redes ad hoc são bem mais complexos do que relacionados às redes cabeadas. 5. Estágio Atual de Implementação Existem muitas investindo no desenvolvimento da tecnologia WMN. Exemplos são a CISCO, a Microsoft, a Nortel e a Planet. Neste trabalho abordaremos os principais trabalhos que estão sendo desenvolvidos em Redes Mesh, e que envolvem a acadêmia: 5.1) Roofnet Iniciativa: Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts). Objetivo: Estudar as questões envolvidas em redes sem fio de larga escala. 8
Abrangência: 50 nós espalhados pela área urbana próxima à Universidade. Equipamentos: O hardware de cada nó Roofnet é padronizado e fornecido pela equipe do MIT, incluindo PC s com Linux e cartões 802.11. Posteriormente, roteadores 802.11 da NetGEAR. Protocolo de Roteamento: O protocolo de roteamento do Roofnet é o SRCR, e é baseado no protocolo DSR, sendo que a diferença básica entre ambos reside na métrica utilizada para determinação da rota ótima. Análise: Viável, com restrições. O protocolo de roteamento SRCR, provavelmente, escalaria acima de poucas centenas de nós, em função da plataforma escolhida pelo MIT ser baseada no protocolo DSR, é preciso haver uma boa distribuição de nós com acesso fixo à Internet e o custo do hardware é relativamente alto. 5.2) V Mesh Iniciativa: Universidade de Thessaly, Grécia. Objetivo: Implantar rede Mesh de baixo custo, permitindo que estudantes, funcionários e professores tenham acesso aos servidores da Universidade e à Internet e criar plataforma de testes para pesquisa e avaliação de algoritmos e softwares na área de redes e sistemas distribuídos. Abrangência: Cidade de Volos na Grécia. Equipamentos: Inicialmente, roteador desenvolvido na instituição, posteriormente, por conta do custo, roteadores Linksys WRET54G com sistema operacional Linux OpenWRT. Protocolo de Roteamento: Foi utilizado o OLSR. O OpenWRT teve que ser modificado para suportá-lo. Análise: Viável. A plataforma escolhida garantiu a flexibilidade necessária à realização de experimentos. O desempenho da rede mostrou-se satisfatório, considerando-se as limitações impostas pela tecnologia. O custo do conjunto hardware/software é relativamente baixo. 5.3) ReMesh Iniciativa: Universidade Federal Fluminense como um Grupo de Trabalho da RNP. Objetivo: Estudar as questões envolvidas em redes sem fio de larga escala e realizar um teste piloto de uma rede em malha (mesh) de acesso universitário faixa larga sem fio utilizando a tecnologia IEEE 802.11 em modo ad hoc. Abrangência: Alguns nós instalados nas proximidades do campus Praia Vermelha da UFF em Niterói, RJ. Equipamentos: Roteadores sem-fio WRT54G ou WRT54GS da Linksys; Protocolo de Roteamento: No desenvolvimento do protótipo de roteador mesh foi incorporada à solução uma extensão do protocolo de roteamento ad-hoc OLSR, também desenvolvida pelo GT e chamada de OLSR-ML, que seleciona os caminhos de menor perda para definir as melhores rotas passando através de múltiplos saltos. Análise: O Grupo demonstrou a viabilidade do uso de redes mesh para construção de redes de acesso banda larga de baixo custo, sendo a primeira experiência universitária brasileira bem sucedida na construção de redes mesh. A rede de acesso universitária da UFF está em operação desde o final de março de 2006 e desde abril de 2006, a rede mesh externa já foi usada para a transferência de 300GB de informação mostrando-se bastante estável e atendendo às expectativas dos usuários. O projeto atualmente encontra-se no início da segunda fase [11]. 9
Nesta fase foram incluídas as seguintes instituições para a implantação de projetos piloto de redes Mesh:Universidade Federal do Pará (UFPA) em Belém, e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) e Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUC-PR), em Curitiba. 6. Conclusão Conclui-se com este estudo da arte em Redes Mesh que é crescente o número de pesquisas nesta área. Encontram-se atualmente vários projetos de Mesh, acadêmicos e proprietários, devido às vantagens apresentadas por este tipo de rede, entre elas, o baixo custo de implementação de infra-estrutura para acesso à rede de acesso a banda larga, potencial elemento para criação de inclusão digital. Nota-se ainda com o estudo, que são muitos os desafios apresentados pelas redes Mesh. Notadamente, entre os desafios citam-se a implementação de protocolos que se adequem a topologia específica e a implementação de qualidade de serviço para situações que a demandam, como aplicações multimídia e VoIP. Referências [1] RAMANATHAN, Ram e REDI, Jason, A Brief Overview of Ad Hoc Networks: Challenges and Directions, IEEE Communications Magazine, Maio 2002. [2] ALBUQUERQUE de, Célio Vinícius Neves et al., GT-Mesh Relatório Técnico 1 - Termo de Referência e Estado da Arte, Rede Nacional de Pesquisas, Fevereiro 2006. [3] AKYILDIZ, Ian F. e WANG, Xudong, A Survey on Wireless Mesh Networks, IEEE Radio Communications, Setembro 2005. [4] INTEL, Understanding Wi-Fi and Wi-Max as Metro-Access Solutions, Intel Corporation, 2004. [5] JUN, Jangeun e SICHITIU, Mihail L., The Nominal Capacity of Wireless Mesh Networks, IEEE Wireless Communications, Outubro 2003. [6] GROSH, Samik, BASU, Kalyan e DAS, Sajal K., What a Mesh! An Architecture for Next-Generation Radio Access Networks, IEEE Network, Setembro/Outubro 2005. [7] RUBINSTEIN, Marcelo G., A Survey on Wireless Ad Hoc Networks, PEL/DETEL/FEN Universidade do Estado do Rio de Janeiro, 2006. [8] YIH-CHUN, Hu e PERRIG, Adrian, A Survey of Secure Wireless Ad Hoc Routing, IEEE Security & Privacy Magazine, Maio 2004. [9] SESAY, Samba, YANG, Zongkai e HE, Jianhua, A Survey on Mobile Ad Hoc Wireless Networks, Departamento de Telecomunicações e Tecnologia da Informação, Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, 2004. [10] MUNARETTO, Anelise e FONSECA, Mauro, Routing and Quality of Service Support for Mobile Ad Hoc Networks, Junho 2006. [11] ALBUQUERQUE de, Célio Vinícius Neves, GT-Mesh - Proposta de Projeto Piloto - Grupo de Trabalho - Segunda Fase, Rede Nacional de Pesquisas, Setembro 2006. 10