Wi-Mesh

Definição

Introdução

As redes Mesh ou Redes em Malha sem fio surgiram como uma chave tecnológica para a próxima geração de redes sem fio. Chamada de Wireless Mesh Network (WMN), as WMNs utilizam meio de transmissão sem fio e consiste na utilização das variantes do padrão IEEE 802.11, onde é utilizada uma topologia dinâmica, variável e de crescimento orgânico.

As redes Mesh são dinamicamente auto-organizadas e auto-configuradas, os nós conseguem estabelecer automaticamente uma conexão em rede AD-Hoc para melhorar a flexibilidade, um roteador Mesh é equipado com várias interfaces sem fio, construídas com a mesma ou diferentes tecnologias de acesso sem fio. O Backbone formado por roteadores Mesh proporciona um nível elevado de confiança.

A tecnologia de redes Mesh oferece uma ampla variedade de aplicações, tais como: conectividade de acesso á rádio celular, redes de alta velocidade, redes metropolitanas móveis, redes de automação predial, redes de sistemas inteligentes de transportes, sistemas de defesa e vigilância até mesmo de uma cidade, indústria ou onde possa ser implantado, entre outras.

Os diversos estudos, testes e implementações das redes Mesh, realizadas por empresas e universidades, mostra que há algumas questões de investigação em diferentes camadas da pilha de protocolo, com isso, os padrões estão chegando para implementações de redes mesh para WANs, MANs, LANs, e PANs.

A evolução da tecnologia Mesh, parte para um novo passo rumo ao desenvolvimento de aplicações de comunicação que tornem possíveis a interação por meio de veículos. Como principal objetivo desse tipo de aplicação, a comunicação de usuários móveis busca oferecer as condições necessárias para que sistemas com requisitos diversos possam ser atendidos e utilizados satisfatoriamente. Essas aplicações integram um Sistema Inteligente de Transporte (Intelligent Transportation System – ITS), onde o ambiente é formado por usuários no trânsito. Como exemplos do ITS, a a monitoração cooperativa do tráfego, o auxílio a cruzamentos sem sinalização ou a prevenção de colisões. Além das aplicações específicas de trânsito, vislumbra-se o acesso à Internet em qualquer lugar e a qualquer instante.

As redes são formadas entre veículos automotores de qualquer tipo, sendo carros, motos, caminhões, máquinas pesadas ou entre os veículos e a infraestrutura fixa localizada e instalada ás margens de ruas ou de estradas, sendo assim esses veículos compões os nós com interfaces de comunicação sem-fio, e por equipamentos fixos instalados e configurados no entorno das vias. Esses nós apresentam alta mobilidade e trajetórias que acompanham os limites das vias públicas de acesso.

Com uma série de desafios, para sua adoção em larga escala, as redes veiculares estão enfrentando particularidades como a alta mobilidade dos nós, o dinamismo dos cenários e a escalabilidade em termos do número de nós. Outros desafios, são a perda de conectividade durante a transmissão e o tempo reduzido em que dois nós permanecem em contato. Com isso, os protocolos criados para outras redes sem-fio, como as móveis ad hoc, não são adequados.

Finalidade da pesquisa

Demonstrar os meios pelo qual a tecnologia Mesh pode ser utilizada, além da implantação de redes de acesso à Internet próximas a universidades e escolas, a construção de cidades digitais, oferecendo infra-estrutura de comunicação sem fio em ambiente metropolitano a todos os cidadãos, o que já vendo sendo realizado em cidades, como por exemplo, Dublin, Taipei, Pittsburgh e Filadélfia, Rio de Janeiro, Curitiba, Ouro Preto entre outras, assim como a implantação da rede Mesh móvel utilizando carros, motos, caminhões entre outros meios de transporte, possibilitando assim criar uma grande malha de conexão móvel.

Objetivos

As redes Mesh tem capacidade de comunicação por múltiplos nós e acaba criando rotas alternativas automáticas, evitando pontos de congestionamento na rede e obstáculos de linha de visada, com isso cada dispositivo, incluindo notebooks, PDAs e smartphones, podem enviar tráfego diretamente para outro. Fabricantes de carro e empresas de telecomunicações estão trabalhando para desenvolver o ITS (Intelligent Transport Systems - Sistemas de Transporte Inteligente) controlado por redes Mesh sem fios nas ruas e estradas. Tenho como objetivo estudar a metodologia de funcionamento das redes Mesh interligando ruas e estradas através de Pontos de Acesso físicos e móveis.

Histórico da tecnologia

Desenvolvida na década de noventa pelos militares norte-americanos da DARPA(Agencia de Projeto de Pesquisa Avançado de Defesa) permitem conexões com diversos dispositivos como computadores notebooks PDAs celulares e outros, que tem função de repetidores e roteadores permitindo comunicação fim a fim sem a necessidade de criar uma comunicação com nó central. As redes em malha sem fio com topologia dinâmica constituido por nós no nível físico que são regidas sobre os padrões IEEE 802.11 ,802.15 e 80 2.16 cujo o roteamento é dinâmico. Evoluíram a partir das redes móveis ad-hoc que usam OLSR e AODV que são protocolo de roteamento de redes sem fio. A rede mesh quando ao contrario do ad-hoc presisam de um ponto de acesso com a rede infra-estruturada atingindo uma melhor performance com os protocolos que utilizam tabela de roteamento. Em 1990, a IEEE ficou responsável pela criação de um comitê para determinar o padrão de conectividade das redes sem fio. Esse processo inicial levou sete anos e foi apenas em 1997 que a primeira versão das redes IEEE 802.11s saiu. Ela supunha velocidades de até 2Mbs. Após essa primeira especificação, saíram outras, mais específicas, tentando acompanhar os avanços das tecnologias wireles. Em meados de Março de 2005 a foi proposto um novo stardard denominado 802.11s para as redes em malha. Esse standard ainda está em ampla discussão, entretanto a idéia é definir camadas físicas e de acesso ao meio para redes em malha de maneira a aumentar o alcance sem pontos de falha através da técnica de múltiplos saltos.Existiam duas propostas que se destacavam pelo peso de seus integrantes: A Wi-Mesh Alliance que liderada pela Nortel inclui Philips, Thomson e Swisscom Innovations; e a SEEMesh (Simple, Efficient and Extensible Mesh) que inclui Intel, Nokia, Motorola, Cisco, e Texas Instruments, mas que recentemente se juntaram para discutir o stardard.esse protocolo define como se o nos se interconectam são quatro tipos :

Cliente ou Estação (STA): é um nó que requer serviços mas não repassa dados, nem participa da descoberta de caminhos feito pelos protocolos de roteamento.

Mesh Point (MP): é um nó que participa da formação e operação da rede mesh, repassando dados e participando das descobertas de rotas .

Mesh Acces Point (MAP): é um MP agregado a um ponto de acesso que prove servicos a clientes(STA).

Mesh Portal Point (MPP): é um MP com uma funcionalidade especial de atuar como gateway entre a rede mesh e a rede externa (internet,por exemplo).

Assunto objeto de estudo

Com o avanço da tecnologia ITS (Intelligent Transport Systems - Sistemas de Transporte Inteligente), controlado por redes mesh sem fios nas ruas e estradas, é possível vislumbrar inúmeras aplicações. Com isso pretendo realizar um estudo de viabilidade de implantação de redes Mesh em estradas, interligando cidades, comunidades rurais e pessoas, utilizando automóveis como pontos de acessos e até mesmo torres já instaladas ao longo das estradas, dessa forma pessoas que estão viajando podem estar sempre conectadas acessando assim a internet, celulares e se mantendo em constante comunicação.

O ponto de vista sob o qual o assunto foi abordado

Existe um grande espaço para a introdução dos serviços de banda larga móvel, se forem disponibilizados a custos razoáveis, e cada usuário potencial, intuitivamente, possui um bom entendimento dos seus requisitos de qualidade e preço, afinal as pessoas buscam acessibilidade e disponibilidade. O uso do celular para a transmissão de dados é uma tendência natural, no entanto os modelos de negócios feitos pelas operadoras são fundamentalmente baseados na transmissão de voz, este modelo tende a mudar visto que novos produtos que permitem a transmissão de dados por tecnologia móvel vem surgindo á todo momento, possibilitando a convergência de voz (celular) para dados com facilidades de acesso a e-mail, agenda virtual, redes sociais, comunicadores (Gtalk, MSN, etc); entretanto, os acessos móveis à web ainda são precários e de preço muito elevado para o usuário comum. Tendo em vista que os futuros lucros com telecomunicação móvel virá da transmissão de dados, pode-se prever que uma tecnologia especialmente desenvolvida para dados, como é o caso das redes Mesh, possuirá uma chance maior de ser comercializada no modelo de alta velocidade. Sob o ponto de vista de negócios é mais provável que voz seja adicionada à banda larga sem fio, do que aplicações de dados sejam adicionadas a telefones celulares. E a razão é econômica: os atuais modelos de negócios das tecnologias móveis não são apropriados para aplicações de dados com baixos custos. As redes Mesh apresentam custo reduzido em relação as redes sem fio estruturadas convencionais, podem ser montadas rapidamente e possuem alta tolerância a falhas, pois se um nó falhar a própria rede se reorganiza e requisita a alteração da rota.

Projeto ou trabalhos anteriores que abordam o mesmo tema

Artigos:

[1] C-VeT, the UCLA Vehicular Testbed: An Open Platform for Vehicular Networking and Urban Sensing [Uma plataforma aberta para Rede Veicular e Sensoriamento Urbanos]

Paolo Lutterotti3, Giovanni Pau1, Daniel Jiang2, Mario Gerla2, Luca Delgrossi2

1 - Computer Science Department, UCLA, CA, USA

2 - Daimler Research Center, Palo Alto, CA, USA

3 - Istituto Superiore Mario Boella, Torino, Italy

[2] C-VET THE UCLA CAMPUS VEHICULAR TESTBED: INTEGRATION OF VANET AND MESH NETWORKS

Matteo Cesana1, Luigi Fratta1, Mario Gerla2, Eugenio Giordano2 and Giovanni Pau2

1 - Dipartimento di Elettronica e Informazione, Politecnico di Milano, Italy email: fcesanajfrattag@elet.polimi.it

2 - Computer Science Department, University of California Los Angeles, USA email: fgerlajgiordanojgpaug@cs.ucla.edu

[3] Redes Veiculares: Princípios, Aplicações e Desafios

Rafael dos S. Alves1, Igor do V. Campbell1, Rodrigo de S. Couto1,Miguel Elias M. Campista1, Igor M. Moraes1, Marcelo G. Rubinstein2,Luís Henrique M. K. Costa1, Otto Carlos M. B. Duarte1 e Michel Abdalla3

1 - GTA/PEE/COPPE - UFRJ - Rio de Janeiro, Brasil

2 - PEL/DETEL/FEN - UERJ - Rio de Janeiro, Brasil

3 - Crypto Team - École Normale Supérieure & CNRS - Paris, França

[4] Redes Mesh: Mobilidade, Qualidade de Serviço e Comunicação em Grupo

Antônio Jorge Gomes Abelém1, Célio Vinicius Neves Albuquerque2, Débora Christina Muchaluat Saade3, Elisangela Santana Aguiar4, Jairo Lino Duarte2, José Eduardo Mendonça da Fonseca3 e Luiz Claudio Schara Magalhães3

1 - Departamento de Informática, Universidade Federal do Pará (DI/UFPA)

2 - Instituto de Computação, Universidade Federal Fluminense (IC/UFF)

3 - Departamento de Engenharia de Telecomunicações, Universidade Federal Fluminense (TET/UFF)

4 - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Pará (PPGEE/UFPA)

Justificativas que levaram à escolha do tema

Observando que as vias de transporte terrestre oferecem gargalos de comunicação, ou "buracos negros", onde o condutor perde totalmente o contato com celulares estando fora de área, vias sem acesso á internet, telefones públicos ou rádio amadores, mostra-se interessante a implementação de projeto de Redes Mesh Veiculares, atendendo não somente as estradas mas também vias urbanas. Os veículos automotores podem ser configurados como roteadores e encaminham tráfego em múltiplos saltos, utilizando também a infraestrutura da malha de tráfego ao longo das estradas. As redes Mesh veiculares possibilitam que sejam implementadas uma série de aplicações que podem tornar a experiência de dirigir mais segura, afinal evitam colisões; mais eficiente, reduzem o tempo de viagem, as aplicações de comunicação ajudam a evitar congestionamentos e aumentam a capacidade das vias, onde o GPS pode ajudar a direcionar melhor o condutor; e mais agradável, já que proporcionam novas aplicações de entretenimento e mantém a comunicação com celulares e internet sempre ativas.

O problema da pesquisa

Redes Veiculares - Aplicações e Desenvolvimento.

A hipótese de estudo

As redes veiculares constituem-se em sistemas de comunicação entre diferentes veículos ou entre veículos e pontos de acesso estáticos ao longo das vias, com o intuito de prover serviços ou mesmo melhorar a conectividade entre os nós. Essas redes possuem diversas particularidades que representam desafios a sua implementação e popularização, tais como a alta mobilidade dos nós, o dinamismo dos cenários, a perda de conectividade durante a transmissão dos dados e o tempo reduzido em que dois nós permanecem em contato.

O objetivo pretendido

Pretende-se estudar meios pelo qual essas redes possam ser implementadas, testadas e disseminadas, criando-se uma grande malha interligada, atentando-se aos custos tecnológicos e operacionais, assim como acompanhar a evolução da tecnologia Mesh e suas aplicabilidades, melhorando a qualidade dos sistemas de telecomunicações.

O método proposto

Estudo sobre as Redes Mesh, como funcionam, protocolos, nós, transmissão, em seguida, estudo sobre as redes veiculares, as arquiteturas, os padrões, como o WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments) e o IEEE 802.11p, e as aplicações voltadas para redes veiculares.

A razão de escolha

Implementar tecnologia Mesh para comunicação móvel e transmissão de dados em estradas e vias públicas.

Bibliografia

Malanga Breuel, Cristiano. Redes em malha sem fios Instituto de Matemática e Estatística - Universidade de São Paulo

IAN F. AKYILDIZ, XUDONG WANG, KIYON, INC. A Survey on Wireless Mesh Networks GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY - EUA 2005

Shang, Yan. Zheng, Jun. Hu,Hongli. Security in Wireless Mesh Networks Editora: CRC Press - Taylor & Francis Group 2009

Sanches, Carlos Alberto. Projetando Redes WLAN - Conceitos e Praticas. Editora ERICA, 2008.

Akyildiz, I. F., Wang, X. and Wang, W. (2005) . Wireless mesh networks: a survey. In Computer Networks Journal (Elsevier), mar. 2005.

Yang, Y., Wang, J., and Kravets, R. (2005). Designing routing metrics for mesh networks. In IEEE WiMesh, Santa Clara, USA, set. 2005.

[Li e Wang 2007] Li, F. e Wang, Y. (2007). Routing in vehicular ad hoc networks: A survey. IEEE Vehicular Technology Magazine, 2(2):12–22.

R. dos Santos Alves, F. B. Abdesslem, S. R. Cavalcanti, M. E. M. Campista, L. H. M. K. Costa, M. G. Rubinstein, M. D. de Amorim e O. C. M. B. Duarte, “Uma análise experimental da capacidade de redes ad hoc veiculares”, XXVI Simpósio Brasileiro de Telecomunicações (SBrT'08), setembro de 2008.