Redes AdHoc e Mesh

Construindo Redes Ad hoc 802.11 e Bluetooth com Linux TeoriaBreno Jacinto http://brenojac.iconis.org.br [email protected]

Agenda

Motivao RedesAdHocMveis OpadroIEEE802.11 Bluetooth RedesMesh ProtocolosdeRoteamento

AODV,OLSR,B.A.T.M.A.N BerlinFreifunk,WirelessAfrica,OndaLivre

RedesMeshComunitrias

UmfenmenochamadoBSSIDCellSplitting Concluses Referncias

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Concluses Referncias

Motivao

RedeCelularRedeInfraestruturada

Motivao(2)

RedeLocalSemFioRedeInfraestruturada

Motivao(3)Eseainfraestruturaestivercom problemasoufordestruda,oque acontece?

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MANETs

MANETMobileAdHocNetworks Essencialmente,umaMANETumaredeseminfraestrutura Exemplo:transferirumarquivoviaBluetooth(comunicaoem umsalto)

ocasomaissimplesdeumaMANET Topologiasmaioresrequeremumparadigmafundamental: Comunicaoemmltiplossaltos

Por exemplo:UAVs

Battlegroup Network

Sensor Network

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MANETs

ComunicaoMultisalto[VerAnimao]

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MANETs: Desafios

NumaMANET,osprpriosnsdaredesoainfra estrutura[1] Todonfazopapeldeumroteadoredeswitch[2]

Ouseja,encaminhainformaesquesodestinadasoutros nsdarede

Almdisso,numaMANET,amobilidadedosns arbitrria

Essapremissatemimplicaesimportantes Comorotearinformaesparaumnqueestsemovendo? Comomanterconexes,seonsairdoalcance?

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MANETs: Desafios

CaractersticaspeculiaresdasRedesSemFioemgeral: Perdadepacotesdevidoaerrosdetransmisso Capacidadedosenlacesvarivel Disconexesfrequenteseparticionamentodarede Bandalimitadaparaacomunicao Limitaesimpostaspelaredeemsi Topologiasdinmicas,mudanascontantesderotas Faltadeinteraoentreascamadas:Umaaplicaonotemidiado queestsepassandonarede Limitaesparaasaplicaes Usodabateria(energia) Processamentoearmazenamentolimitado

Ausnciadeinfraestrutura,necessidadedeautoorganizaoemtodas 12 ascamadasdapilhadeprotocolos

Na poca da Internet...

EstesproblemasnoexistiamnaInternet, quandooTCP/IPfoidesenvolvido Afinal,aInternetamaiorredeinfra estruturadadomundo

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MANETs

NaInternet,noexistemobilidade! Nsdedicadosfazemoroteamento Protocolosdetransporte,comooTCP,foramprojetadosna pocadeascensodaInternet Umaenormidadedeaplicaesexistemhojeesousadas pelomundointeiro Claroqueaspessoasqueremessasaplicaesrodandoem umaMANET Mas...Issononadatrivial!

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MANETs

Asaplicaesdependemdeprotocoloscomo oTCPeUDP,queporsuavezdependemdo IP

NssoidentificadosporumIP,tidocomonico Noenlace,osnssoidentificadospeloMAC address

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Outrosproblemas:

MANETs

Quandoonsemove,oendereopermanceomesmo? Esemudaroendereo,comoficamasconexesTCP, UDP?

Almdisso,osenlacessemfiosonaturalmente noconfiveis

Suscetveisinterferncias(espectroISM2.4GHz) Atenuaodosinalporobstculose/ouchuva

NadadissofoiprevistoquandooTCP/IPfoi criado16

MANETs

AtualmenteMANETsumtemaativodepesquisa, buscandorespondertaisperguntas

Endereamentodosns ProtocolosdeRoteamento Impactodamobilidadesobreoendereamentoeoroteamento AdaptaodosprotocoloseaplicaesdaInternet(TCP,UDPetc) paracenriosdaMANET SeguranaeprivacidadeemRedesAdHoc

Emgeral,oenlacemaisusadoparaMANETshojepadro IEEE802.11

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IEEE 802.11: Histrico 1997:aprovaodopadroIEEE802.11 1999:aprovaodospadresIEEE802.11aeb 2000:lanamentodamarcaWiFi(WirelessFidelity) 2001:encontradasfalhasnoWiredEquivalentPrivacy(WEP) 2002:lanamentodoWiFiProtectedAccess(WPA) 2003:aprovaodopadroIEEE802.11g 2004:aprovaodopadroIEEE802.11i(WPA2) 2005:aprovaodopadroIEEE802.11e(QoS) 2006:primeirasimplementaesdopadroIEEE802.11n Etc.

IEEE 802.11

IEEE 802.11 Atualmente

Hoje

Padrodefactopararedeslocaissemfio

Amaioriadosnovoscomputadoresportteissaemdefbricaequipados cominterfacesIEEE802.11 Equipatambmcomputadoresdemo,celulares,mquinasfotogrficas etc.

Hotspotssendoimplementadosnasreasmetropolitanas Formaodasprimeirascomunidadesderede Melhoriasnopadroat2008(802.11nMIMO,r,setc.) IEEE802.16(WiMax)eIEEE802.11s(redesemmalha)criando redessemfiometropolitanas Dados,vozevdeosobreessasredes

Amanh

Acessogratuitoparatodoseemtodososlugares

IEEE 802.11: Modo de Operao

OpopularWiFi,quepermiteconstruirWirelessLANs (WLANs) EstepadrotambmpermitecriarRedesAdHoc,pois especificadomodosdeoperaodaplaca Porexemplo,umaplacaemmodoManagedpodeacessar redesinfraestruturadas JaplacaemmodoAdHocusadaparaconstruir MANETs Atualmente,atecnologiamaispervasiva,estandopresentes emquasetodososnotebooks,eemalgunscelulares(comoo N95daNokia)

Modo Managed versus Ad Hoc

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Bluetooth

Usadainicialmenteparaeliminarcabos possvelfazerWirelessPANs(WPANs)com oBluetooth,comalcancesentre10m100m ebandadeat3Mb/s Topologias:Piconete Scatternets

Bluetooth

Bluetooth

BaixoCusto; Atuanafreqnciade2,4GHz; Baixoconsumodeenergia Embutidoemdispositivos

Bluetooth: Verses

Almdasclasses,oBluetoothfoirevisadovrias vezes:Averso1.1foiainicial; Averso1.2,provumasoluoparacoexistir redesBluetootheWiFinoespectro2.4GHz,sem interfernciaentreeles

Atravsdatcnica"AdaptiveFrequencyHopping (AFH)" Pareamentoobrigatrio ~700Kbpsnominal

Averso2.0,vemcomatcnicade"EnhancedData Rate"(EDR)permitindochegarat3Mbps nominalmente 28

Bluetooth: ClassesPower Class Consumo Em dBm Alcance Esperado Alcance sem barreiras 100m 50m 30m

Class 1 Class 2 Class 3

100mW 2.5mW 1mW

20dBm 4dBm 0dBm

42m 16m 10m

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Redes Mesh

RedesMeshsurgiramaotentarcolocarRedesAdHoc paraomundoreal[4] Premissamaismodesta

Algunsnssoestacionriosnosemovemetmfunes dedicadas

Logo,algumainfraestruturaexiste Noentanto,acomunicaocontinuasendocommltiplos saltos,ecadancontinuasendoumroteador Mobilidadetambmsuportada

Redes Mesh (2)

Cenriodeexemplo

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SobreRoteamento AODV,OLSR,B.A.T.M.A.N BerlinFreifunk,WirelessAfrica



Roteamento(1): IPs Pblicos X Privados

Roteamento (2)

Roteamento (3)

Roteamento: DHCP

Tabela Roteamento

Protocolos de Roteamento

TantoasRedesAdHocquantoasRedesMesh tornamseoperacionaisatravsdeumprotocolo deroteamento Taisprotocolossoresponsveispor:

Descobrirrotasdeumdispositivoparaqualqueroutro dispositivonarede Manterasrotas,casohajamudanatopolgica,isto, algumndaredemoveuseeumarotaparaelefoi modificada

partecrucialparaaoperaodarede

Roteamento Ad Hoc

Tipicamente,doisparadigmassoseguidos pelosprotocolos: Reativo:odestinodescobertonomomento emqueseprecisaenviarainformao(pela aplicao) AODVAdHocOn DemandDistance Vector(RFC3561)

Roteamento Ad Hoc

Proativo:rotassodescobertasemantidas constantemente OLSR:OpenLinkStateProtocol(RFC3626)

Multipoint Relay (MPR)








Regra

Encaminhamento de TrficoUmnsirretransmitirumpacoteOLSR setiversidoescolhidocomoMPRpelo ultimonqueretransmitiuopacoteeseesse pacotetiverTTL>0

Roteamento Ad Hoc

B.A.T.M.A.NBetterApproachtoMobileAdHoc Networks[7]

Projetoiniciadoporumacomunidadeindependente UsuriosquejusavamoprotocoloOLSRemescalamdia,cerca de400nsnarede Noentanto,naprticaoOLSRmostrousecomdesempenho limitado Muitasheursticasdemonstraramseimpraticveis,apesarde estaremdefinidasnoRFCdoOLSR

hojeoprojetomaisativoemredesmeshnomundointeiro, testadoatravsderedescomunitrias

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Redes Mesh Comunitrias

Socomunidadesespalhadaspelomundo,fazendouso deRedesMeshnumescopometropolitano ApesardeWLANs...Seremlocais! Comadevidaengenharia,possvelusaro802.11 paraespalharosinalnumraiodeat30km Isso,obviamente,comvisadadireta(semobstculos) eantesbempotentes Oresultado...fantstico.

Redes Mesh Comunitrias(2)

BerlinFreifunk[4]

Redecriadaemporusurios,comointuitodeprover comunicaodebaixocustoentreeles umadasmaioresepioneirasredesmeshdomundo Temmaisde400nsemoperao Internetoserviobsico,masusuriosfazemusode servuoscomoVoIP,porexemplo Issoimplicaenousarosserviosdaoperadoratelefnica Umahistriacuriosa...


WirelessAfrica[5]

Projetocomointuitodediminuiraexclusodigitalempases emdesenvolvimento; Paraisso,elesfocamemdiversosaspectos:

DesenvolvimentodeCapitalHumano; Desenvolvimentodeaplicaesdentrodoescopodoprojeto, visandopesquisas; Pesquisasemtecnologiasavanadas

Emgeral,oprojetoinvestigacomooferecerInternetde formabarataerpida,comodisponibilizardispositivosde acessomaisbaratos,enfim,qualidadecombaixocusto.


OndaLivre[6]

Projetoinicialparaconstruircidadesdigitaisno Brasil Baseiasenatraduodofirmwareparaportugus doBerlinFreifunk Estefirmware,porsuavez,baseiasenoOpenWRT, umLinuxcustomizadoparacabernumroteador Wireless,comooWRT54GL:

Referncias

[1]M.ContiandS.Giordano.Multihopadhocnetworking: Thereality.InIEEECommunicationsMagazine,2007. [2]M.ContiandS.Giordano.Multihopadhocnetworking: Thetheory.InIEEECommunicationsMagazine,2007. [3]Riggio,R.etal.Hardwareandsoftwaresolutionsfor wirelessmeshnetworktestbeds, [4]http://wiki.freifunk.net/Kategorie:English [5]http://wirelessafrica.meraka.org.za/ [6]http://www.ondalivre.org.br/ [7]http://www.openmesh.net/

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