ARQUITETURA
backbone wireless mesh network
Figura 5: Backbone Wireless Mess Network. Extraído de [7].
Neste tipo de arquitetura os roteadores mesh formam uma infra-estrutura, o backbone, para seus clientes com as características de auto-configuração e cura de uma rede em malha sem fio. Os roteadores podem utilizar sua função gateway para conectar-se à internet.
Esse tipo de arquitetura possibilita a ligação das redes mesh com clientes convencionais, além de permitir uma integração entre a rede em malha sem fio e outras redes wireless através das funcionalidades de gateway e bridge presentes nos roteadores mesh.
Os clientes podem se conectar via Ethernet ou, caso possuam tecnologia equivalente a dos roteadores mesh, podem se comunicar diretamente com eles.
Nesse tipo de arquitetura os roteadores, ao contrário dos clientes, não possuem mobilidade.
CLIENT WIRELESS MESH NETWORK
Figura 6: Client Wireless Mesh Network. Extraído de [1].
Neste tipo de arquitetura, os nós clientes realizam as funções de configuração e roteamento e também são responsáveis pelas aplicações do usuário final, dispensando a uso de roteadores mesh.
Esta arquitetura representa uma rede ad hoc comum. A infra-estrutura necessária nos nós finais da rede neste tipo de arquitetura é maior do que a necessária na arquitetura anterior, já que neste caso o cliente realiza funções adicionais como roteamento e auto-configuração.
HYBRID WIRELESS MESH NETWORK
Figura 7: Hybrid Wireless Mess Network. Extraído de [7].
Protocolo de roteamento
Muito esforço tem sido direcionado a pesquisas para o desenvolvimento de protocolos que realizem o roteamento em redes em malha sem fio, tarefa esta que não é trivial dada a forma como a topologia deste tipo de rede pode ser dinamicamente alterada de acordo com a mobilidade dos nós clientes. Em primeira instância, podemos dividir as soluções propostas de acordo com dois tipos de comunicação distintos: unicast e multicast. O termo unicast refere-se ao tipo de transmissão mais comum, ponto-a-ponto, em que um pacote de um nó origem A é endereçado unicamente ao nó destino B, enquanto o termo multicast designa a transmissão de pacotes de um nó de origem para um grupo de nós destinos, que recebem um endereço de grupo.
Em uma transmissão do tipo multicast, a replicação dos pacotes é realizada de forma inteligente, sendo feita apenas para as conexões que requisitam determinado tipo de tráfego. Essa característica é interessante, portanto, para comunicações multimídia, especialmente em redes sem fio, nas quais a quantidade de banda é bem restrita se comparadas a redes cabeadas tradicionais. Porém, realizar uma comunicação multicast em uma rede mesh é uma tarefa mais complicada, pelos motivos apresentados no início desta seção. É natural então que se comece esta análise apresentando os protocolos de roteamento unicast para somente depois introduzir os protocolos de roteamento multicast, alguns dos quais são derivados de sua versão unicast.
Protocolos de roteamento unicast
Podem pertencer a uma das seguintes categorias, de acordo com a forma com que o algoritmo faz a construção da rota:
Pró-ativos : os próprios nós mantém informações sobre a topologia da rede e trocam estas informações regularmente, por difusão para toda a rede. Estas informação são utilizadas então por um algoritmo apropriado para construir a melhor rota entre destino e origem. Neste caso não há perda de tempo realizando uma busca para a rota, porém é ineficiente nos casos em que há um número muito grande de nós ou uma taxa alta de mobilidade. Alguns dos principais representantes desta categoria são: WRP (Wireless Routing Protocol) , DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector), OLSR (Optimized Link State Routing).
Reativos: não trocam informações, optando por obter o caminho entre os nós somente quando necessário. O algoritmo define o processo de descoberta da rota. Neste caso há um overhead menor comparado ao anterior, porém introduz um atraso sempre que for necessário descobrir uma rota. Como representantes dessa categoria temos : DSR (Dynamic Source Routing), AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector).
Híbridos: visa combinar as melhores qualidades dos anteriores. Existem zonas de roteamento delimitadas por certas distâncias de um determinado nó. São então aplicadas metodologias entre as características dos protocolos reativos ou pró-ativos dependendo se o nó está dentro ou fora da região. São representantes dessa categoria : ZRP (Zone Routing Protocol), CEDAR (Core Extraction Distributed Ad Hoc Routing).
Protocolos de roteamento multicast
São classificados em duas categorias :
Tree-based: neste caso só existe um caminho entre um nó origem e um nó destino e, portanto, protocolos deste tipo são muito eficientes no quesito vazão dos dados. A característica principal deste tipo de protocolo é a formação da Árvore de Multicast, composta dos membros do grupo de multicast com a possibilidade de haver alguns não-membros também. Quando um nó da rede transmite um pacote, cada nó da árvore o encaminha por um nó , conhecido como nó downstream, e o recebe por outro nó, conhecido como nó upstream. Representantes desta categoria são: MAODV (Multicast Ad Hoc On-Demand Distance Vector), uma extensão do protocolo unicast AODV, AMRoute (Ad Hoc Multicast Routing Protocol), MOLSR (Multicast Optimized Link State Routing), uma extensão do protocolo unicast OLSR, e MZRP (Multicast Zone Routing Protocol), uma extensão do protocolo unicast ZRP.
Mesh-based: neste caso existem múltiplos caminhos entre um nó origem e um nó destino e,por este motivo, esse tipo de protocolo apresenta grande robustez. É usada uma Malha Multicast, que é mais capaz de se adaptar ao dinamismo de uma rede ad hoc. Em contrapartida, apresentam um consumo mais elevado de recursos. Representantes dessa categoria são: ODMRP (On-Demand Multicast Routing Protocol), DCMP (Dynamic Core-Based Multicast Routing Protocol).
Metricas
Nem sempre as métricas de roteamento que tem por objetivo minimizar o numero de saltos da origem ate o destino, conseguindo assim um caminho com o menor numero de enlaces possível são as mais eficientes. Nesse trabalho iremos apresentar algumas métricas que levam em consideração também a qualidade o enlace pois de nada adiantaria ter o menor numero de enlaces se eles forem de péssima qualidade
ETX (Expected Transmission Count)
O principal objetivo dessa métrica é aumentar a vazão na rede, para isso é necessário que as transmissões no nível do enlace sejam minimizadas. Essa métrica é definida pela probabilidade de ocorrer um sucesso na transmissão de um pacote pelo enlace, logo se chamarmos Pab de probabilidade de sucesso de transmissão entre x e y, a métrica ETX será definida por:
Para uma rede de n nós seria:
O caminho escolhido será o que apresentar o menor soma nos valores ETX
ETT (Expected TransmissionTime)
A métrica ETT é uma melhoria da ETX que possui como objetivo selecionar o caminho com o menor atraso. Ela considera alem do numero de transmissões, a taxa de transmissão de cada nó, logo haverá um fator multiplicando a expressão de ETX de cada enlace que considera a taxa de transmissão do nó.
ML(Minimum Loss)
Essa métrica diferentemente da ETX é uma métrica multiplicativa que expõe a probabilidade de sucesso de todo o caminho, logo a sua representação será:
Quanto maior o valor de ML maior será a probabilidade de sucesso no envio de pacotes. Uma conseqüência dessa métrica é que ela se torna mais segura por evitar perdas de pacotes e isso acaba sendo a principal diferença entra a métrica ETX e a ML , enquanto uma prioriza diminuir o numero de transmissões a outra prioriza achar rotas para transmissão de pacotes mais seguras
Suporte a mobilidade
Uma solução possível para suporte a mobilidade no nível de Rede é utilizar o protocolo IP Móvel, com o objetivo de permitir que nós mantenham um endereço IP permanente mesmo em movimento.
Neste tipo de protocolo são usados dois endereços para identificar cada nó móvel: o "home adress" (permanente) e o "care-of-address" (dinâmico) que depende da rede de acesso na qual o nó se encontra em dado momento e é modificado quando o nó muda de rede. O endereço dinâmico é gerenciado por uma entidade chamada agente externo, o qual é responsável por autorizar o registro de um novo nó na rede. Outra entidade existente é o agente permanente , que conhece o endereço permanente do nó móvel.
O protocolo IP Móvel tem como vantagens o suporte de múltiplos gateways e a capacidade de manter as conexões do nível transporte durante a transição de rede. Uma desvantagem porém é a compatibilidade com a técnica filtro de ingresso, sendo necessária uma adaptação para o funcionamento correto do protocolo em uma rede com esta técnica.
Detecção de Mobilidade
O protocolo IP Móvel utiliza a detecção de mobilidade onde o nó móvel conhece o gateway,ou seja, sabe todo o caminho ate o gateway possibilitando assim que ele gerencie sua mobilidade. No caso do gateway ficar distante do nó móvel, ele tentará estabelecer conexão com um outro gateway mais próximo a ele, isso provavelmente o fará ter que calcular um novo endereço.Com isso percebe-se que a detecção de mobilidade é feita pelo próprio nó que gera a mobilidade, informando ao nó correspondente e ao Home agente o novo endereço caso tenha ocorrido alteração do mesmo