Este trabalho apresenta um estudo demonstrando as vantagens e desvantagens da implantação de uma rede mesh sem fio no Instituto Federal Fluminense. Novas tecnologias também estão surgindo no campo das redes de computadores sem fio, como Wireless Mesh Networking.
Justificativa do trabalho
Diante de todas essas informações, este trabalho propõe a implantação e utilização de Redes Mesh Sem Fio no Instituto Federal Fluminense, com o objetivo de melhorar a qualidade do serviço de rede sem fio na Instituição. Rede Mesh na Instituição, o que pode melhorar a comunicação, devido à possibilidade de conexão com qualquer nó que disponibilize a rede.
Objetivo
Estrutura do trabalho
Uma das grandes vantagens das redes de computadores não é o compartilhamento de recursos físicos como impressoras e scanners, mas sim informações digitais. Segundo Tanembaum (2003), o objetivo das redes de computadores é tornar todos os programas, dispositivos e principalmente dados acessíveis a todos na rede, independentemente da localização física da fonte e do usuário.
O que é Rede de computadores
Sua finalidade é interpretar os sinais digitais processados na rede e encaminhá-los ao destino, levando em consideração padrões e protocolos, e através dessa interação entre dispositivos é possível compartilhar informações entre os usuários da rede.
Funções dos Dispositivos de Rede
- Hub
- Switch
- Roteador
- Bridge
- Access Point (AP)
- Placa de rede
O roteamento é baseado em uma tabela de rotas de outros roteadores, que é alimentada por protocolos que analisam o melhor caminho para envio de pacotes. As placas de rede sem fio têm as mesmas funções das redes sem fio.
Modelo de camada OSI
Cada cartão possui um endereço único denominado MAC, atribuído pelo fabricante, que permite que seja identificado de forma única no mundo. As camadas e funções do modelo OSI estão resumidas na Tabela 2 (Maurity, 2012).
Topologias de Rede
- Ponto a Ponto
- Barramento
- Anel
- Estrela
- Malha
Nesta topologia, os nós estão conectados ao mesmo meio de transmissão, onde as informações são compartilhadas por tempo ou frequência. Desta forma, todos os nós tornam-se repetidores de sinal até que o pacote chegue ao seu destino (Figura 5). Os nós se comunicam diretamente com o hub, que controla todos os dispositivos conectados.
Nesta topologia, os nós são conectados por múltiplos segmentos, o que dá prioridade aos caminhos alternativos e cria um sistema de redundância que irá aumentar.
Protocolos
IP
- Gateway padrão
- Máscara de rede
Para usar o protocolo TCP/IP em uma rede de computadores, é necessário configurar determinados parâmetros, como endereço IP e máscara de sub-rede. A máscara de rede é um recurso utilizado para distinguir redes host em uma rede de computadores. Em uma rede grande, o uso de uma máscara de sub-rede é usado para dividir a rede em partes menores.
A máscara de rede pode ser ajustada para limitar o número de sub-redes e hosts (MICROSOFT, 2012).
Classes de endereçamento IP
Classe A: É representada pelo endereço que vai de 1.0.0.0 até onde o primeiro octeto do endereço IP identifica a rede e os outros 3 octetos identificam os hosts dessa rede. Seu uso é recomendado em redes locais que necessitam de poucas redes, mas possuem um grande número de hosts. Classe B: É representada pelo endereço que vai de 128.0.0.0 até onde os dois primeiros octetos do endereço IP identificam a rede e os outros dois octetos identificam os hosts dessa rede.
Classe C: É representada por um endereço que vai de 192.0.0.0 até onde os três primeiros octetos do endereço IP identificam a rede e o segundo octeto identifica os hosts dessa rede. Seu uso é recomendado em redes locais que requerem um grande número de redes com poucos hosts.
Classificação das redes sem fio (Russo, 2012)
- WLAN
- WPAN - Wireless Personal Area Network
- WMAN - Wireless Metropolitan Area Network
- WWAN - Wireless Wide Area Network
Redes sem fio são redes que podem ser conectadas sem cabo, a conexão ocorre com a ajuda de ondas de rádio (Tanembaum, 2003).
Padrões e emendas IEEE 802.11
Emenda aprovada em 2001, introduzindo suporte para questões regulatórias internacionais, permitindo que produtos 802.11 operem de maneira compatível com vários padrões nacionais. O Grupo de Trabalho “s” (TGs) tem como objetivo expandir o padrão para permitir a criação de redes mesh multi-hop compostas por dispositivos 802.11. Um dos principais objetivos do IEEE ao criar o padrão 802.11 era permitir a interconexão de redes sem fio com redes cabeadas que seguissem o padrão Ethernet (802.3).
Esta decisão resulta na necessidade de um conjunto de mecanismos apropriados para tornar compatíveis as partes com e sem fio de uma rede local.
Padrão 802.11s
Rede Infra-estrutura
O ponto de acesso (AP) está conectado à rede com fio e destina-se à conexão com dispositivos móveis. No modo infraestrutura, cada cliente se comunica diretamente com o AP, que forma a ponte entre a rede sem fio e a rede cabeada, permitindo que os dispositivos da rede móvel se comuniquem e acessem os mesmos recursos da rede convencional.
Rede AdHoc
O objetivo do desenvolvimento de redes mesh é expandir a área de cobertura das atuais redes sem fio sem sacrificar a capacidade do canal de transmissão de dados. As redes mesh também devem ser operáveis com outras tecnologias de rede sem fio, como WiMax e redes celulares, por exemplo. As redes mesh podem fornecer cobertura de serviço conforme necessário, à medida que o número de clientes aumenta, a rede pode ser melhorada;
As redes mesh podem ter melhor desempenho na cobertura de sinal do que as tecnologias ponto-multiponto (como WiMax), especialmente em situações com obstáculos (árvores ou edifícios altos).
Arquitetura
Clientes Mesh
Devido à sua capacidade de roteamento multi-hop, desde que um cliente tenha conexão com qualquer outro cliente, serviços podem ser obtidos, como acesso à Internet, por exemplo.
Infra-estrutura/Backbone mesh
Rede Mesh Híbrida
Protocolo de roteamento
- Pró-ativos
- Reativos
- Híbridos
- Tree-based
- Mesh-based
Alguns dos protocolos híbridos são: ZRP (Zone Routing Protocol), CEDAR (Core Extraction Distributed Ad Hoc Routing). Alguns dos protocolos baseados em árvore são: MAODV (Multicast Ad Hoc On-Demand Distance Vector), AMRoute (Ad Hoc Multicast Routing Protocol), MOLSR (Multicast Optimized Link State Routing) e MZRP (Multicast Zone Routing Protocol). Ao contrário dos baseados em árvore, existem vários caminhos entre o nó de origem e o destino, o que torna o protocolo muito robusto.
The network based protocols are: ODMRP (Demand Multicast Routing Protocol), DCMP (Dynamic Kernel Based Multicast Routing Protocol).
Protocolo OLSR
No baseado em árvore, existe apenas um caminho entre o nó de origem e o nó de destino, o que resulta em um bom fluxo de dados. O protocolo OLSR fornece uma forma mais organizada e eficiente de gerenciar o tráfego de pacotes de controle entre dois nós, sempre buscando o caminho mais curto. A pesquisa foi realizada no uso da tecnologia WIFI dentro do Instituto Federal Fluminense – Campus Campos-Centro.
Objetivo da pesquisa
5 ESTUDO SOBRE AS PERCEPÇÕES DE COLABORADORES E PROFESSORES SOBRE A SATISFAÇÃO COM A REDE WIRELESS DO IF FLUMINENSE. Curso de Graduação: Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas, Design Gráfico, Manutenção Industrial, Sistemas Elétricos, Sistemas de Telecomunicações, Licenciatura em Ciências Naturais, Geografia e Matemática, Bacharelado em Arquitetura e Urbanismo, Engenharia de Controle e Automação e Sistemas de Informação) pelo Instituto Federale Fluminense, durante dois dias no mês de setembro de 2012, sendo o questionário preenchido diretamente por cada pessoa que manifestou interesse em participar da pesquisa de satisfação. De acordo com o pré-teste, foram feitas algumas correções e alterações no que mais seria viável perguntar no questionário para obter informações que agregassem maior valor ao estudo, e o questionário final foi elaborado e aplicado.
Cada entrevistado demonstrou anonimamente sua percepção quanto à satisfação com dois itens, a saber: Satisfação com velocidade e grau de satisfação com a rede wireless em geral.
Resultados da pesquisa
- Utilização da rede
- Redes acessadas
- Perda de conexão durante o uso
- Satisfação com a velocidade
- Avaliação da rede
- Blocos da instituição onde a rede é utilizada
- Redes e relato de perda de conexão de uso
Um total de 78 pessoas relataram que houve perda de conexão, o que atingiu 75,73%, ou seja, a maioria dos alunos sofre com perda de conexão, e 25 pessoas relataram que não houve perda de conexão, um total de 24, 27% (Figura 17). Em termos de satisfação com a velocidade da rede, 21,36%, representando 22 votos, disseram estar satisfeitos, e 78,64%, representando 81 votos, disseram não estar (Figura 18). Para avaliar a qualidade da rede de acordo com as palavras mais utilizadas pelos usuários para expressar sua satisfação ou insatisfação com a rede, foram utilizadas três palavras: péssimo, bom e muito bom.
Apesar das principais reclamações sobre perda de conexão de rede e insatisfação com a velocidade, a pontuação geral da rede foi relativamente boa.
Conclusões da pesquisa
Já existem países, inclusive o Brasil, que utilizam a Rede Mesh como rede e como forma de acesso à Internet. Abaixo será citado o exemplo da cidade de Tiradentes, onde o projeto “Tiradentes Digital” foi implantado e que já conta com 98%. A conexão aberta é para quem não pode pagar ao provedor de acesso, explica Jean, que afirma ainda que os horários de pico de acesso à rede são no horário comercial e após as 19h.
Com o objetivo de verificar a eficiência de redes mesh em uma rede sem fio compartilhada, uma rede mesh foi implementada para realizar testes utilizando um pequeno número de pontos de acesso (AP).
Equipamentos
Verificou-se, através da pesquisa do capítulo 5, que no IFF existem problemas com perdas de conexão e excesso de equipamentos de rede para distribuição de sinal de rede wireless, ocasionando gastos desnecessários na aquisição de equipamentos e poluição dos canais de transmissão. Baseado na tecnologia N, o TL-W741ND 802.11n oferece desempenho de até 150 Mbps a um preço ainda mais acessível, nove vezes mais velocidade e quatro vezes mais cobertura dos produtos 11g tradicionais. UniFi é um equipamento de rede sem fio fabricado pela UBIQUITI com alto desempenho, design arrojado, escalabilidade ilimitada e controlador de gerenciamento virtual, que facilita a instalação, configuração e gerenciamento, para que você possa controlar muitos como se fossem um, ou seja para o controlador UniFi O software é instalado em um sistema operacional (Linux, Mac ou Windows), permite ao administrador configurar milhares de UniFi, mapear redes e gerenciar o tráfego.
Características do UniFi
Rede compartilhada: Uma grande rede sem fio pode ser criada, permitindo que os usuários façam roaming facilmente. Roaming Zero-Hondoff: Permite que usuários móveis façam roaming em qualquer lugar que a rede alcance e mantenham sua conexão mesmo que haja uma mudança de AP, tornando-a imperceptível para o usuário final. Dentre as diversas soluções mesh existentes no mercado, o UniFi é o mais atrativo pela facilidade de configuração e gerenciamento.
Experimento
Com base nos planos, foi estabelecida uma ligação à rede wireless na sala de informática e foi seguido um percurso com o objetivo de passar pelos três APs instalados no local.
Testes
Roaming
Para este teste foi feita uma ligação à rede wireless com o equipamento transmissor TL_WR741ND, e foi feito um percurso com o objetivo de passar todos os cinco APs instalados no local, para que fosse possível recolher os dados necessários. Verificou-se que toda vez que o laptop trocava de AP, alguns pacotes eram perdidos, causando a queda da conexão. No início do teste, o laptop foi conectado ao AP 1 e o local foi percorrido pelo AP 2, finalizando o teste no AP 3.
Foi comprovado que apenas um pacote foi perdido nesta transição e não houve perda de conexão, tornando a troca de AP praticamente imperceptível e oferecendo ao usuário final a comodidade de poder viajar sem perder a conexão.
Simulação de falha em um dos APs
Após a conclusão do projeto e com base nos testes, constatou-se que a rede mesh de grande escala é mais econômica em comparação com uma rede sem fio normal. Se os resultados dos testes e da pesquisa de satisfação forem positivos, seria possível iniciar um processo de implementação de uma rede mesh sem fio em todas as instalações do IFF e se a implementação da rede mesh IFF Centro for positiva, a rede mesh poderá ser implementada . em todo o campus. Esta pesquisa tem como objetivo coletar informações de alunos que utilizam atualmente ou já utilizaram a rede wireless da instituição.
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