Redes Mesh

Fase I - Estudo

Título da Idéia

Redes Mesh: características, benefícios e aplicações

Objetivos

• Entender o conceito de Redes de Mesh com o propósito de avaliar a implementação dessa tecnologia no cenário da planta Algar Telecom, baseada nos serviços de 3G, 4G, SmartWiFi e possivelmente LoRa.

Conceito

• De forma objetiva, as Redes Mesh ou, traduzidas para o Português, Redes em Malhas, são redes WiFi que garantem melhor qualidade de sinal, distribuindo-o uniformemente por todo o espaço desejado.

• Em redes sem fio tradicionais ou estruturadas, existe a necessidade de uma infra-estrutura prévia com pontos de acesso definidos por onde as mensagens passam antes de serem encaminhadas ao destinatário. Nesse tipo de rede, se um usuário envia uma mensagem a outro, mesmo que eles estejam muito próximos, a mensagem será enviada ao ponto de acesso para ser posteriormente encaminhada para o destino final.

• Numa rede ad hoc, os pontos de acesso não são necessários, pois os clientes se comunicam entre si diretamente ou através de múltiplos saltos, onde os intermediários são clientes da mesma rede que atuam como roteadores, encaminhando o pacote até o destinatário, o que faz com que uma rede ad hoc tenha muito mais mobilidade e possibilidade de expansão, já que a inserção de novos nós não implica numa reconfiguração da rede. No entanto essa alta mobilidade acaba por implicar numa dificuldade de se calcular como será feito o roteamento dos pacotes, já que esse tipo de rede está em constante mudança e suas rotas são dinâmicas.

• Diante deste cenário surge um novo conceito de rede: as redes sem fio em malha ou redes mesh. Esse tipo de rede é dinamicamente auto-gerenciável e auto-organizável, possuindo dois tipos de nós: os roteadores mesh e os clientes mesh. Os roteadores mesh, que contém as funções de roteamento para manter a rede em malha e formam o backbone da rede mesh, apresentam mobilidade mínima e possuem diversos enlaces sem fio com outros nós, roteadores e clientes, de forma que a topologia resultante seja uma malha de enlaces. Sendo assim, cada nó pode seguir vários caminhos alternativos para um mesmo destino. Os roteadores mesh funcionam também como gateways e bridges, garantindo a conexão com outras redes.

• A mobilidade da rede em malha sem fio é garantida aos clientes, que podem ser móveis ou estacionários. Clientes mesh possuem uma necessidade de configuração de hardware e software mais simples do que os roteadores, já que não possuem, entre outros, as funções de bridge e de gateway. Sendo assim, escalabilidade da rede ad hoc se mantém, pois adicionar um novo ponto só faz com que o número de caminhos alternativos cresça.

• Apesar da menor mobilidade em relação à rede ad hoc comum, ainda existe a necessidade de utilização de protocolos de roteamento, pois ambas as redes trabalham com múltiplos saltos, além de se adaptar automaticamente à adição de novos nós. Sendo assim, diante de tantas semelhanças, muitos protocolos utilizados nas redes em malha sem fio são originários de redes ad hoc, e foram adaptados às particularidades dessa nova rede.

Referências

[1] Akyildiz, I. F., Wang, X., and Wang, W. (2005). Wireless mesh networks: a survey. Comput. Netw. ISDN Syst

[2] Diego Passos , Célio Vinicius Neves de Albuquerque , Proposta, Implementação e Análise de uma Métrica de Roteamento Multiplicativa para Redes em Malha Sem Fio

[3] Débora C. Muchaluat Saade, Célio V. N. Albuquerque, Luiz Claudio Schara Magalhães, Diego Passos, Jairo Duarte, Rafael Valle. Redes em Malha: Solução de Baixo Custo para Popularização do Acesso à Internet no Brasil

[4] Jian Tang, Guoliang Xue and Weiyi Zhang Department of Computer Science and Engineering Arizona State University, Interference-Aware Topology Control and QoS Routing in Multi-Channel Wireless Mesh Networks

[5] Richard Draves Jitendra Padhye Brian Zill , Routing in Multi-Radio, Multi-Hop Wireless Mesh Networks

[6] Krishna N. Ramachandran, Milind M. Buddhikot, Girish Chandranmenon, On the Design and Implementation of Infrastructure Mesh Networks

[7] Ian. F. Akyildiz and Xudong Wang, "A Survey on Wireless Mesh Networks"

Características 

• Uma rede mesh não necessita de pontos de acesso ou de cabos para fazer a interconexão entre roteadores e clientes. Desta forma, seu custo de implementação e manutenção é consideravelmente baixo, principalmente em áreas de grande cobertura.

• Uma rede mesh deve ser tolerante à falhas, ou seja, caso algum nó venha a falhar ou enfrentar algum problema, o pacote poderá passar por uma rota alternativa sem maiores problemas. Como a rede em questão é em malha, a robustez da rede é garantida, já que o sistema encontra novas rotas dinamicamente.

• A rede deve ser auto-organizável, dessa forma novos nós podem ser adicionados à rede de acordo com a necessidade, sem a necessidade de reconfiguração ou da intervenção de um administrador de rede.

• É ideal para ambientes onde há falta de cabos ethernet, pois na rede mesh são utilizados múltiplos saltos e desta forma basta que um dos roteadores mesh estejam conectados à internet para que a conexão seja compartilhada e transmitida para os demais nós.

• As funcionalidades de gateway e bridge nos roteadores mesh permitem a integração das rede em malha sem fio com diversas outras redes sem fio, tais como redes de aparelhos celulares, sensores wireless, Wi-Fi, Wi-Max etc. Isso permite a integração de diversas redes através da utilização de redes mesh.

Estudo Dirigido

• A. Estudar com profundidade Comunicações Móveis
• B. Abstrais os serviços fornecidos pela Algar Telecom em 3G, 4G, WiFi e LoRa
• C. Comparar as tecnologias
• D. Definir fornecedores que poderão ajudar em PoCs eventuais
• E. Implementar Prova de Conceito que permita avaliar viabilidade da solução
• F. Gerar resultados para Programa de Evolução Tecnológica

Fase II - Ensino

Conteúdo

Desenvolva um conteúdo que possa transmitir o conhecimento adquirido para outros
Crie um material (Wiki, PDF, PPT, ...) que possa ser armazenado e facilmente atualizável

Apresentação

Apresente ao grupo (reunião, EAD, Blog, ...)
Publique aqui

Metodologia

• Job Rotation ente os Squads de Telco e TIC para conhecer melhor as tecnologias
• Discussão com áreas de negócios sobre os serviços prestados pela Algar Telecom
• Imersão na área de engenharia para abstrair arquitetura implantada e eventuais problemas e características das tecnologias em operação
• Estudos das tecnologias baseado no método J.A.C.I.
• Benchmarking com empresas nacionais e estrangeiras por meio de reuniões e respostas em Forms pré-definidos
• Prospecção de novas tecnologias que ratifiquem as escolhas feitas para este projeto
• Busca inicial por soluções Open-source que permitam prototipar os ambientes previstos
• Preparação de time para possível desenvolvimento interno
• Aplicação de treinamento pesado para formação dos talentos necessários ao protótipo e à operação, caso vire projeto

Fase III - Exemplo de Caso de Negócio

Product Backlog

Descreva os requisitos deste projeto

Benefícios para quem for oferecer esta solução

    Descrever em tópicos os benefícios que uma pessoa ou uma empresa podem obter: ganhos, receitas, novos negócios, novos produtos, novas parcerias

Benefícios para o usuário

    Descrever em tópicos os benefícios para os usuários desta solução.
    Pode se inspirar no Canvas.

Direcionadores chave para esta iniciativa

    Descrever em tópicos o que esta iniciativa pode proporcionar

Possíveis modelos de negócios

    Descrever em tópicos os possíveis modelos de negócios

Business Case

Aplicações

• 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 (deve-se lembrar que há grande redundância de caminhos possíveis, devido a topologia em malha da rede). Além, é claro, da comodidade de não ser uma rede cabeada. A seguir veremos algumas de suas aplicações.

• REDES DOMICILIARES COM BANDA LARGA
  • Atualmente as redes domiciliares em geral são feitas utilizando-se redes sem fio tradicionais com ponto de acesso. O grande problema é a localização desses pontos de acesso pois, mesmo em domicílios pequenos, costumam existir áreas onde não há cobertura do sinal. Além disso, para que um dispositivo se comunique com outro dentro da mesma rede, é necessário passar antes pelo ponto de acesso . Utilizar mais de um ponto de acesso, além de aumentar consideravelmente o custo graças ao cabeamento, torna a comunicação entre dois nós finais de pontos de acesso diferentes mais ineficiente pois torna necessária a passagem pelo hub de acesso.
  • Se substituirmos esses pontos de acesso por roteadores mesh, a comunicação se torna mais flexível e robusta, tolerante a falhas na rede. O problema de áreas sem cobertura pode ser resolvido adicionando novos roteadores mesh, ou deslocando-os. Não há mais a necessidade de voltar ao hub de acesso para se comunicar com nós finais que estejam ligados a outro roteador mesh.

• REDES EM VIZINHANÇAS
  • Nesse caso é comum haver conexões DSL com a Internet, e a última milha sendo um roteador wireless ligado ao cabo DSL. Esse cenário apresenta diversos problemas. Mesmo que um vizinho deseje se comunicar a outro, o trafego será feito pela internet, o que conseqüentemente desperdiça recursos. Existem também problemas semelhantes aos das redes domiciliares, tais como a existência de áreas onde não há cobertura.
  • Desta forma a utilização de redes mesh também traz resultados muito positivos. A comunicação entre vizinhos se torna muito mais eficiente, permitindo assim a troca de arquivos sem que seja necessário passar pela internet.

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• REDES EMPRESARIAIS
  • Em pequenas e médias empresas, onde a conexão pode ser feita dentro de um único prédio ou entre de diversos prédios, a aplicação de redes mesh resulta em uma diminuição dos custos pois torna desnecessária as conexões Ethernet presente entre redes wireless isoladas, que encarecem a rede, além de de aumentar a tolerância da rede a falhas na rede, sem prejudicar toda a rede da empresa em questão. Além disso, conforme a empresa expandir e houver a necessidade da inclusão de novos nós na rede, não haverá problemas para manter a rede funcionando sem a necessidade de uma reconfiguração.

• REDES METROPOLITANAS
  • Atualmente existe um número cada vez maior de hotspots em diversos locais, tais como cafés, lanchonetes, restaurantes, shoppings, livrarias, locais públicos etc. Uma rede mesh, como foi dito anteriormente, poderia interconectar todos esses hotspots, e incluir novos roteadores mesh, a fim de criar uma rede para todo o município.
  • Esse tipo de rede é uma alternativa de baixo custo para redes metropolitanas pois não há a necessidade de cabeamento para conectar toda a rede.

Alinhamento com Lei do Bem

• Projeto possui algum elemento tecnologicamente novo ou inovador?

Elemento tecnologicamente novo ou inovador pode ser entendimento como o avanço tecnológico pretendido pelo projeto, ou a hipótese que está sendo testada

• Projeto possui barreira ou desafio tecnológico superável?

Barreira ou desafio tecnológico superável pode ser entendido como aquilo que dificulta o atingimento do avanço tecnológico pretendido, ou dificulta a comprovação da hipótese

• Projeto utiliza metodologia/método para superação da barreira ou desafio tecnológico?

Metodologia/método para superação da barreira ou desafio tecnológico pode ser entendido como aqueles atividades que foram realizadas para superação da barreira ou do desafio tecnológico existente no projeto

• Projeto é desenvolvido em parceira com alguma instituição acadêmica, ICT ou startup?

Se sim, o desenvolvimento tecnológico é executado por associado ou por alguma empresa terceira? qual o nome da empresa? 
Anexar cópia do contrato

Fase IV - Protótipo orientado ao Negócio

Escopo

Explique o escopo deste protótipo

Limitações

Informe sobre as limitações técnicas, comerciais, operacionais, recursos, etc.

PoC

Desenvolva um PoC (Proof of Concept)

Detalhamento Técnico

Descreva especificamente os aspectos técnicos desta pesquisa

Histórico

• 20/01/2020: Inserção de título e início do conceito
• 05/10/2020: André iniciou este P&D e não pode continuar. Arthur começou a dar sequência mas foi contratado. Jerônimo tem iniciativas neste sentido. Aloca um estagiário novo para continuar esta pesquisa.

Pesquisadores

• Arthur Filipe Sousa Gomes
• Ana Paula Fernandes
• Jeronimo Mitsuyuki Saito
• André Lannes Bernardes Argel