Definição de Redes em Malha Sem Fio

As redes em malha sem fio (WMN – Wireless Mesh Network) são compostas por roteadores de malha (mesh routers), que são classificados em nós que funcionam como roteador apenas ou como roteador e ponto de acesso (AP – Access Point), onde os roteadores de malha formam o núcleo (backbone) da WMN [6]. Há também os nós do tipo cliente que não oferecem acesso a outros e nem reencaminham pacotes. Por essa razão, esse tipo de nó não é significativo para a infraestrutura da rede, embora prover serviço para ele seja um dos objetivos fundamentais da WMN. A partir disso, podemos dividir uma WMN em duas diferentes camadas de abstração. Uma é a chamada camada de infraestrutura, responsável pelo núcleo da WMN. A outra é a chamada camada de serviço, responsável pelo serviço de acesso à rede. A camada de infraestrutura contém todos os nós do núcleo de uma WMN, que são os roteadores de malha. Na camada de serviço encontram-se os nós que provêem serviço de acesso à rede (APs) e os nós clientes que utilizam esse serviço. A representação de uma WMN em duas camadas encontra-se na Figura 3.1. É importante observar que os roteadores de malha do tipo roteador e AP, que chamaremos somente por APs, coexistem nas duas camadas.

Essa separação em camadas foi adotada com o objetivo de separar as diferentes características existentes em uma WMN. Uma delas é a mobilidade mínima dos rotea- dores de malha, versus a maior mobilidade dos nós clientes [6]. Esta separação faz com

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Figura 3.1: Divisão em camadas.

que, em uma mesma WMN, se tenha a visão das diferentes características em diferentes camadas. Desta maneira, a topologia visualizada sob a perspectiva da camada de infraes- trutura é praticamente estática, enquanto que em relação à camada de serviço pode mudar ao longo do tempo, ou seja, a topologia é dinâmica. Em relação ao fluxo, as duas camadas são dinâmicas. A dinamicidade da topologia da camada de serviço pode resultar na vari- ação do fluxo de pacotes na camada de serviço, bem como na camada de infraestrutura. Deste modo, se um cliente na camada de serviço se associa a um nó AP e gera tráfego de pacotes, há uma mudança no tráfego do nó AP. Devido ao nó AP ser comum às duas ca- madas, a variação da topologia da camada de serviço pode afetar a dinamicidade do fluxo em ambas as camadas. Portanto, a separação em camadas não significa que não ocorra interação entre elas.

Em uma WMN, o roteador de malha do tipo AP tem uma área de cobertura onde os nós clientes podem se autenticar e associar. Por isso, é necessário definir na camada de serviço uma maneira de determinar se os nós APs e clientes estão conectados. Semelhante à simplificação utilizada no modelo de cobertura de antenas de telefonia celular, supomos que a área de cobertura dos nós APs têm a forma de um hexágono. Assim, a camada de serviço é dividida em hexágonos regulares ligados pelo seus lados, não justapostos, com lado de tamanho `. O tamanho ` é definido de acordo com o alcance da área de cobertura dos nós APs, já que consideramos que todos os nós APs tem o mesmo tamanho de área de cobertura. Em cada hexágono pode haver no máximo um AP presente, pois usualmente o núcleo de uma WMN é construído de maneira planejada. Não há restrição para os clientes, ou seja, podem haver vários clientes em hexágonos que contêm, ou não, APs. Na Figura 3.2, por exemplo, está representado a divisão da camada de serviço da WMN da Figura3.1em hexágonos, onde há 5 APs e 4 clientes.

Nesta modelagem, os nós roteadores de malha são fixos, enquanto os nós clientes são móveis. Devido a essa mobilidade, em um dado instante de tempo, um cliente pode estar localizado no hexágono de cobertura de um nó AP. Quando o cliente estiver nesse hexágono, ele irá se autenticar e associar ao nó AP respectivo, ou seja, o grafo da topologia

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Figura 3.2: Divisão da camada de serviço em hexágonos.

da WMN da camada de serviço é atualizado com uma aresta ligando o nó cliente ao nó AP. Caso não haja nenhum nó AP no hexágono, o cliente não estará autenticado e associado a nenhum nó AP. Devido a essa mobilidade dos nós clientes, a topologia da rede na camada de serviço tende a ser modificada ao longo do tempo. Além disso, o fluxo também tende a ser modificado, uma vez que essa associação aos nós APs fazem com que os clientes possam gerar e receber tráfego da rede. A topologia da WMN pode ser vista de duas maneiras: uma topologia para cada camada, como mostrado na Figura 3.1, ou como a interseção das duas camadas, como mostrado na Figura3.3.

Figura 3.3: Grafo de interseção das camadas.

Definimos que um hexágono A é vizinho de um hexágono B, se um dos lados de A é também um dos lados de B. Suponha que um cliente deseja se deslocar de um hexágono A para um hexágono B, que não é vizinho a A. Esse nó cliente deve utilizar como caminho um conjunto ordenado de hexágonos, sendo que o cliente sempre se desloca do hexágono corrente para um de seus vizinhos, até chegar ao hexágono de destino B. Definimos dA,B como a distância entre os hexágonos A e B. Caso A e B sejam vizinhos, dA,B = 1. Caso contrário, dA,B é o módulo do menor caminho que liga A a B. É importante diferenciar o conceito entre distância em número de hexágonos e distância em número de nós do grafo