Infra-estrutura e Roteamento em Redes Wireless Mesh

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

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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,