Redes inalambricas enmalladas metropolitanas (página 4)

La Alianza Wi-Mesh es un grupo de compañías cuyo objetivo consiste en establecer con rapidez un estándar para WLANs en malla que permita una comunicación fluida entre los usuarios de dispositivos inalámbricos, no obstante el proveedor del equipo. La propuesta de la Alianza Wi-Mesh se desarrolló de acuerdo con los lineamientos de la Asociación de Estándares IEEE. Asimismo, se basa en los protocolos 802.11 pendientes para permitir la reutilización y la compatibilidad de tecnología (Ver Tabla 4.2).

Tabla 4.2 principales fabricantes de tecnología 802.11s29

4.3.1 Firetide

Firetide es una empresa de tecnología inalámbrica especializada en redes malladas que desarrolla equipamiento con altas prestaciones, escalabilidad y fácil de instalar. La solución es idónea para construir infraestructura backbone Para redes WiFi, HotZones de acceso a Internet, video-vigilancia y redes temporales en una variedad de entornos como puedan ser aeropuertos, hoteles, campus y otras áreas donde es muy difícil o muy cara la instalación por cable.

Firetide, líder en conexiones de redes mesh inalámbricas, ha creado el software de administración de mesh HotView Pro(TM) para proveedores de servicio y grandes empresas, ofreciendo una escalabilidad mesh de hasta

• nodos y la capacidad de desplegar y administrar numerosos entornos mesh. La empresa también creo The Cloud, la principal red WiFi de Europa, y la ciudad de Río Rancho, Nuevo México son clientes beta.

Los equipos que ha fabricado Firetide son:

• HotPort 3203 Outdoor Wireless Mesh Nodes

• HotPort 3101 Indoor Wireless Mesh Nodes

• HotPort 3103 Indoor Wireless Mesh Nodes

• HotPort 6201 Outdoor Single Radio

• HotPort 6202 Oudoor Dual Radio

• HotPort 6101 Indoor Single Radio

• HotPort 6102 Indoor Dual Radio

• HotView Mesh Management Software

• HotView Pro™ Mesh Management Software

Los equipos HotPort de exteriores trabajan en las bandas de 2.4 GHz y 5 GHz, tienen capacidad de hasta 25 Mbps, con 100 mW de potencia de salida, poseen encriptación avanzada (WEP / AES), tienen 2 puertos Ethernet 10/100, compatibles con IEEE802.3af (PoE) y 2 antenas omnidireccionales de 4 dBi, con posibilidad de utilizar antenas de mayor ganancia.

Los equipos Mesh de interiores trabajan en las bandas de 2.4 GHz y 5 GHz, tiene capacidad de hasta 25 Mbps, con 100 mW de potencia de salida, poseen encriptación avanzada (WEP / AES), tienen 4 puertos Ethernet 10/100 y 2 antenas omnidireccionales de 5 dBi.

• Tropos Networks

Combinando la cobertura ubicua del celular con la facilidad y la velocidad del Wi-Fi, las redes de Tropos produjeron la primera arquitectura de MetroMesh que es capaz de proporcionar rentabilidad y seguridad, entregando datos de banda ancha a los clientes estándares Wi-Fi en las áreas de la cobertura que atraviesan hot-spots o hot-zones, en metro-áreas enteras.

La arquitectura de Tropos MetroMesh proporciona la flexibilidad máxima en la instalación y la capacidad de reaccionar y de responder a las fallas sin interrupción del backhaul inalámbrico debido a los factores tales como interferencia o pérdida de un acoplamiento atado con alambre del backhaul con un mínimo de intervención del operador. Tropos Networks está desarrollando su propio protocolo de enrutamiento, llamado PWRP (Predictive Wireless Routing Protocol), el cual es una variante del protocolo tradicional de las redes cableadas OSPF (Open Shortest Path First).

Las herramientas del análisis y del control de Tropos MetroMesh reducen al mínimo el planeamiento de red, el despliegue y costos de la gerencia. Estas herramientas incluyen:

• Control de Tropos, un sistema de gerencia, el cual es un elemento clave para las redes de MetroMesh

• Penetración de Tropos, un analizador y optimizador avanzado de MetroMesh

• Impulsión de Tropos, una aplicación que se encarga de probar el servicio suministrado a los clientes para determinar cobertura y rendimiento de procesamiento en las redes de MetroMesh

• SignalMX, una herramienta de gran alcance del planeamiento de la cobertura de MetroMesh de la radio de EDX

Las herramientas del análisis y del control de Tropos MetroMesh30, fueron diseñadas para dar a operadores de red centralización y visibilidad en todos los aspectos del funcionamiento de la red. Además permite el análisis, la optimización y el control de los sistemas altamente dispersados del acoplamiento. Cabe destacar que Tropos Network es el fabricante con mayores ventas en el mundo. En el siguiente grafico se puede observar todos los países que disfrutan de sus servicios.

Fig. 4.9 Expansión de Tropos Network en el mundo

• Skypilot

Skypilot con sede en Silicon Valley (California), es proveedor de banda ancha inalámbrica carrier-class. Sus diferentes productos permiten desplegar de manera rápida y eficiente una red por la que el usuario podrá utilizar servicios de VoIP, videovigilancia y servicio WiFi público. Sus soluciones ofrecen un alto ROI y técnicamente permiten hacer enlaces de larga distancia.

Skypilot utiliza el protocolo TDD (Time Division Duplex) el cual es el encargado de sincronizar todas las transmisiones para maximizar el rendimiento. Usando el sistema de localización global (GPS), la tecnología SyncMesh coordina las transmisiones simultáneas a través de la red Mesh.

Su estrategia está enfocada a dotar de cobertura WiFi a grandes áreas como pueden ser un municipio. Skypilot se caracteriza por la utilización en sus diferentes nodos de un arreglo de 8 antenas para conseguir mejores zonas de cobertura y capacidades superiores a sus competidores. Su tecnología está patentada y es miembro del foro WiMAX. El despliegue de SkyPilot requiere una huella mínima, sacando ventaja de la estructura municipal existente, como azoteas de edificios o postes de alumbrado público para lograr un costo efectivo del despliegue. Ninguna otra solución Mesh inalámbrica puede soportar el rango de aplicaciones en demanda de los municipios y de proveedores de servicio con esta combinación de facilidad de proporción y flexibilidad.

Los equipos que proporciona Skypilot son los siguientes:

• SkyGateway: Conecta la infraestructura Mesh con Internet. Posee una modulación OFDM, funciona en la banda de 5GHz y su distancia máxima es de 16 Km.

• SkyGateway DualBand: Conecta la infraestructura wireless Mesh con Internet., pero además da cobertura Wi-Fi. El backhaul funciona en la banda de 5GHz y Wi-Fi en la banda de 2.4GHz.

• SkyExtender : Permite aumentar la cobertura que proporciona el SkyGateway (Backhaul). Es un repetidor. Funciona en la banda de 5GHz y trabaja con OFDM.

• SkyExtender DualBand: Es un repetidor (Backhaul), al igual que el Extender, pero además da cobertura Wi-Fi. El backhaul funciona en la banda de 5GHz y Wi-Fi en la banda de 2.4GHz.

• SkyAccess DualBand: Se pueden conectar tanto a un Skyextender como a un SkyGateway. Son los puntos finales de la Mesh a donde podemos acceder a través de un puerto ethernet. El backhaul funciona en la banda de 5GHz y Wi-Fi en la banda de 2.4GHz. La distancia máxima del backhaul es de 12Km

• SkyConnector : Hay un modelo para interior y otro para exterior. Se pueden conectar tanto a un Skyextender como a un SkyGateway. Son los puntos finales de la Mesh a donde podemos acceder a través de un puerto ethernet. Funciona en la banda de 5 GHz31.

• Locustworld

Mesh LocustWorld está diseñado para proveer acceso inalámbrico a áreas geográficas muy amplias, fundamentalmente por medio del uso de 802.11b, ya que se adapta mejor para instalaciones a la intemperie y también por que los dispositivos que usan 802.11b pueden conseguirse en cualquier parte y son de muy bajo costo, aunque se le hayan agregado más interfaces, incluyendo a 802.11a.

LocustWorld proporciona dos versiones de su sistema del establecimiento de una red del acoplamiento. El MeshAP y el MeshAP-Favorable. Ambos sistemas utilizan el mismo encaminamiento de AODV para construir redes inalámbricas del acoplamiento de la escala grande. MeshAP es utilizado por los operadores no comerciales, y el MeshAP-Favorable contiene características adicionales para apoyar ISPs sin hilos que proporciona servicios comerciales.

El acoplamiento de LocustWorld proporciona un uso comprensivo del centro de las operaciones de la red. Esto permite a operador maneja sus nodos del acoplamiento, mantiene controles de acceso del usuario, supervisa operaciones, visualiza la topología de la red y localiza averías ediciones del establecimiento de una red.

Los usuarios se pueden conectar con el acoplamiento usando conexiones de red atadas con alambre o sin hilos. El acoplamiento aparece a ellos como rebajadora del TCP/IP que da una conexión a Internet una vez que los autentiquen. El acceso de usuario a los servicios del Internet es controlado con la conexión de la tela, el MAC address o la conexión del PPTP VPN.

• Nortel

La solución Wireless Mesh Network de Nortel se ha implementado en empresas, universidades y agencias gubernamentales, tales como las ciudades de Taipei y Kaohsiung en Taiwán, la Universidad de Arkansas, la Universidad Edith Cowan en Australia, y la Universidad Seo Won y el Black Stone Golf & Resort en Corea. La propuesta de diseño de la Alianza Wi-Mesh pretende ser compatible con las modificaciones futuras al rendimiento 802.11n. Este enfoque brindará soporte para la actual base instalada de redes Wi-Fi a nivel mundial, al tiempo que extenderá la implementación de redes Wi-Fi dentro de la frecuencia de radio designada. Nortel tiene negocios en más de 150 países. Nortel Proporciona una entrada de valor añadido en el negocio sin hilos de alta velocidad del paquete y de los datos, Ofrece el acceso inalámbrico de alta velocidad de los datos del paquete a través de un área más amplia de la cobertura, es muy económico ya que Los algoritmos de la auto configuración en punto de acceso sin hilos eliminan los costes asociados a la ingeniería y a la organización de la red sin hilos del backhaul32.

Esta solución puede utilizarse tanto en interiores como en exteriores y resulta ideal para ambientes extensos y de amplia cobertura, como empresas, universidades, fábricas, centros comerciales, aeropuertos, lugares de diversión y eventos especiales, operaciones militares, instalaciones temporales, seguridad pública y municipalidades, incluyendo centros de ciudades, áreas residenciales, parques y servicios de transporte en áreas públicas o comunidades residenciales.

Anexos

Anexo 1. ACRONIMOS

AAA Authetication , Authorization and Accounting: Autenticación, Autorización y Administración.

AH Authentication Header: Autentificación De Cabecera.

AODV Ad hoc On Demand Distance Vector: Vector distancia en demanda Ad Hoc AP Access Point: Punto de Acceso ACK Acknowledgement : Acuse de recibido.

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection: Acceso Múltiple con Escucha de Portadora y Detección de Colisiones CTS Clear To Send: Libre para envío.

DFS Distributed File System: Sistema de archivos distribuidos DHCP Dinamic host configuration protocol: Protocolo de configuración de servidor dinámico DNS Domain Name System : sistema de nombres de dominio DSL digital subscriber line: Línea de suscripción digital EAP Extensible Authentication Protocol: protocolo extensible de autentificación.

ESP Encapsulation Security Payload : cabecera de seguridad encapsulada.

FIFO First In, First Out: primero en llegar, primero en ser servido.

GPSR Greedy Perimeter Stateless Routing: protocolo apátrida del encaminamiento del perímetro codicioso.

IKEv2 Internet key Exchange.

IPsec Internet Protocol Security : seguridad para protoloco Internet.

MN Mesh nodes : nodos mesh.

MPR Multiple protocol router: Enrutador de protocolo múltiple MS Movil Station : estacion movil MSK master sesion key : sesión maestra de llaveo.

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access: Acceso multiple de frecuencia ortogonal OLSR Optimized Link State Routing protocol: Protocolo de encaminamiento de estado de acoplamiento QoS Quality of Service: Calidad de servicio RTS Request To Send: Solicitud de envío UDP Protocol datagram users: Protocolo de datagramas para usuarios VPN Virtual Private Network: Red privada virtual WDS Wireless Distribution System: Sistema de distribución inalámbrica WMN Wireless mesh network: Redes enmalladas inalambricas WLAN Wireless local area network : Redes inalambricas de area local.

WPA Wi-Fi Protected Access : Acceso de Proteccion Inalambrica.

PSK preshared key : clave precompartida.

SSL Secure Socket Layer: capa de seguridad de zocalo.

TLS Transport Layer Security : Seguridad de la capa de transporte.

Conclusiones

LAS WMN resultan muy atractivas para la industria y para la sociedad debido a sus bajos costos y a las facilidades de despliegue que poseen, muchos fabricantes, (Tropos, Nortel, Motorola, etc.), los cuales ofrecen hoy en día soluciones muy viables para este tipo de redes. Los grupos de estandarización también se encuentran definiendo nuevas extensiones a las redes inalámbricas para ofrecer funcionamiento enmallado tal como en el caso del 802.11s. Este estándar ofrece flexibilidad requerida para satisfacer los requerimientos de ambientes residenciales, de oficina, campus, seguridad pública y aplicaciones militares. La propuesta se enfoca sobre múltiples dimensiones: La subcapa MAC, enrutamiento, seguridad y la de interconexión.

La IEEE 802.16 (WIMAX) define la posibilidad de funcionar en modo mallado aunque la no compatibilidad con los otros modos puede limitar su utilización en el mundo real debido a los altos precios que esta implementación acarrea, pues el costo de una tarjeta de red Wi-Fi puede aumentar unos diez dólares el precio de una computadora, mientras que las terminales IEEE 802.16 (WiMax) son más aparatosas y cuestan diez veces más.

A nivel técnico, los nuevos retos que suponen estas redes se basan en una estrecha relación entre las distintas capas de pila de protocolos, ya que es necesario optimizar la eficiencia a todos los niveles, siendo difícil si no se tiene información sobre la calidad del enlace para la selección de rutas óptimas. Se podría decir que el diseño de protocolos cross layer es un tópico importante en la investigación actual. Los protocolos usados por las redes Mesh pueden estar basados en topología o en posición, los primeros se encargan de establecer los enlaces entre los nodos dependiendo de la información que se tenga de estos o de la información que aporten los nodos vecinos, en su tabla de enrutamiento; mientras que los segundos establecen el enlace dependiendo de la trayectoria y posición geográfica entre los nodos.

El encaminamiento geográfico presenta interesantes características para redes Mesh con un tamaño de moderado a grande. Sin embargo debido a su alto costo, en la actualidad se han empleado protocolos híbridos que combinan los protocolos basados en posición y los basados en topología.

Tal y como se a presentado en este documento, se puede comprobar una estrecha relación entre las capas física, Mac y los protocolos de encaminamiento; relación que se acentúa mas al emplear varios canales de radio que requieren de mayor coordinación entre las capas y nuevos mecanismos que se encargan de optimizar el uso del ancho de banda (antenas adaptivas, inteligente, etc.) y minimizar las interferencias.

Las redes Mesh presentan varios problemas debido a que han sido diseñadas para uso público. En este momento son muchas las personas que utilizan sus servicios (voz, video y datos) y debido a esto se han hecho gran des cambios en las capas del modelo OSI que contribuyen al mejoramiento de la capacidad, robustez, rendimiento y confiabilidad.

Las redes Mesh están apoyadas en las capas física y Mac, sin embargo se están haciendo investigaciones para implementar protocolos en las otras capas. A nivel de la capa física se han creado sistemas Multiantenas y se plantea la incorporación de antenas Mimo (IEEE 802.11n) y las tecnologías de radio OFDM y UWB. En la capa Mac se han dejado atrás los protocolos convencionales como son el aloha y el CSMA, y se incorporan protocolos avanzados como son el RTS y CTS circular, estos protocolos son los encargados de mandarle información a los nodos vecinos para evitar problemas de nodos ocultos, nodos expuestos e interferencias. A nivel de seguridad en la actualidad se están utilizando los protocolos WEP y WPA, los cuales no son muy confiables, y debido a las propiedades de auto- descubrimiento de nuevos nodos y auto-reparación de rutas proporcionada por los protocolos de encaminamiento que utilizan las WMNs, es complejo establecer mecanismos totalmente seguros que permitan autenticar la información recibida, pues si no hay una validación de la información de encaminamiento de los nodos, un atacante malicioso puede comprometer un nodo o introducir un nuevo elemento que puede inyectar a la red información errónea sobre las rutas poniendo en peligro el destino del paquete, empleando diferentes ataque como son la imitación, sybil, wormhole entre otros. Sin embargo se están haciendo investigaciones para decidir si en posible la incorporación del protocolo HTTPS.

Bibliografía

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5http://www.intel.com/espanol/netcomms/wp03_espanhol.pdf

7http://www.meshdynamics.com/third_generation.html 10http://www.ehas.org:9673/Portales/EHAS/trabajo/C_tecnologia/mesh/RouterWiFi 12http://www.it46.se/downloads/courses/wireless/es/13_Redes-Mesh 16https://www.montevideolibre.org/manuales:libros:wndw:capitulo_3:redes_mesh 17http://www.mitre.org/tech_transfer/mobilemesh.html 21http://www.ceditec.etsit.upm.es/InfTecnologia 22http://www.wifinetnews.com/ 26http://es.wikipedia.org/wiki/Spoofing

29 http://www.meshdynamics.com/future_proof.html

30 http://www.tropos.com/products/metromesh_os.html

32 http://www.nortel.com/corporate/corptime/index.html

 

GLOSARIO

Backhaul (red de retorno): Conexión de baja, media o alta velocidad que conecta a computadoras u otros equipos de telecomunicaciones encargados de hacer circular la información. Los backhaul conectan redes de datos, redes de telefonía celular y constituyen una estructura fundamental de las redes de comunicación. Un Backhaul es usado para interconectar redes entre sí utilizando diferentes tipos de tecnologías cabledas o inalámbricas.

Bluetooth: es el nombre común de la especificación industrial IEEE 802.15.1, que define un estándar global de comunicación inalámbrica que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia segura, globalmente y sin licencia de corto rango.

Broadcast: es un modo de transmisión de información donde un nodo emisor envía información a una multitud de nodos receptores de manera simultánea, sin necesidad de reproducir la misma transmisión nodo por nodo.

Frame Relay: es una técnica de comunicación mediante retransmisión de tramas, introducida por la ITU-T a partir de la recomendación I.122 de 1988. Consiste en una forma simplificada de tecnología de conmutación de paquetes que transmite una variedad de tamaños de tramas o marcos ("frames") para datos, perfecto para la transmisión de grandes cantidades de datos.

Gateway: es una puerta de enlace entre dos redes distintas. Esto significa que se usa como puente, también tiene este significado, entre una red local, LAN, y una extensa, WAN. El significado más empleado actualmente es para designar al dispositivo hardware software o, más usualmente, una combinación de ambos, que controla el tráfico entre Internet y el ordenador o la red local de ordenadores de una empresa.

Half-dúplex: modo de transmisión de datos que se realiza en ambos sentidos, pero de forma alternativa, es decir solo uno puede transmitir en un momento dado, no pudiendo transmitir los dos al mismo tiempo.

Last Mile: Se refiere al último tramo de una línea de comunicación (línea telefónica o cable óptico) que da el servicio al usuario.

Multi-Point (Multipunto): tipo de red en la cual cada canal de datos se puede usar para comunicarse con diversos nodos. En una red multipunto solo existe una línea de comunicación cuyo uso esta compartido por todas las terminales en la red. La información fluye de forma bidireccional y es discernible para todas las terminales de la red.

Multiplexacion: es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor. El proceso inverso se conoce como demultiplexación.

Multiradio: consiste en el manejo de la comunicación en cualquier frecuencia: desde teléfonos celulares hasta UWB. Los dispositivos tienen la capacidad de activar y desactivar radios según se necesite administrar energía, administrar la conexión y aumentar la comunicación con una pila de software de conexión mixta en red. La multiradio ofrece un conjunto de innovaciones que proporcionan los beneficios que representa una conexión permanente y óptima, sin importar dónde esté el dispositivo.

Point-To-Point (punto a punto): tipo de red en las que se usa cada canal de datos para comunicar únicamente a 2 nodos. En una red punto a punto, los dispositivos en red actúan como socios iguales, o pares entre sí.

Throughput: En redes de comunicaciones, el rendimiento de procesamiento es la cantidad de datos digitales por la unidad del tiempo que se entrega sobre un acoplamiento físico o lógico, o que está pasando con cierto nodo de red. Por ejemplo, puede ser la cantidad de datos que se entreguen a un cierto Terminal de la red u ordenador huésped, o entre dos computadoras específicas. El rendimiento de procesamiento se mide generalmente en pedacito por segundo (bit/s o los BPS), de vez en cuando en paquetes de los datos por los paquetes del segundo o de los datos por time slot. El término corresponde a la consumición digital de la anchura de banda. El rendimiento de procesamiento de sistema o el rendimiento de procesamiento del agregado es la suma de las tarifas de datos que se entregan a todos los terminales en una red.

VoIP (Voz sobre IP): es un grupo de recursos que hacen posible que la señal de voz viaje a través de Internet empleando un protocolo IP (Internet Protocol). Esto significa que se envía la señal de voz en forma digital en paquetes en lugar de enviarla en forma de circuitos como una compañía telefónica convencional.

Wi-Fi (Wireless Fidelity): La expresión que se utiliza como denominación genérica para los productos que incorporan cualquier variante de la tecnología inalámbrica 802.11, que permite la creación de redes de trabajo sin cables (conocidas como WLAN, Wireless Local Area Netwoks).

Wimax (Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas): es un estándar de transmisión inalámbrica de datos (802.16 MAN) que proporciona accesos concurrentes en áreas de hasta 48 kilómetros de radio y a velocidades de hasta 70 Mbps, utilizando tecnología que no requiere visión directa con las estaciones base.

DEDICATORIA Esta monografía se la dedico a todas las personas que creyeron en mí, a todas esas personas que han sido luz en mi camino. Diana Margarita Acuña Martínez Esta investigación es dedicada a nuestro señor Dios por darme la fe y la fuerza necesaria para que hiciera posible este logro muy importante en mi vida, además de todo eso, a mi madre y padre que fueron el pilar de esta proeza ya que hicieron de mí una persona llena de valores para que yo progresase. Rafael Julio Roncallo Kelsey

AGRADECIMIENTOS Le agradezco a Dios por brindarme la posibilidad de alcanzar una educación superior por medio del esfuerzo y el apoyo económico de mis padres. Les agradezco a mis profesores por compartir sus conocimientos conmigo y por demostrarme que los buenos resultados son obtenidos por medio del esfuerzo y dedicación. Diana Margarita Acuña Martínez Le agradezco a mi padre y a mi madre por el duro esfuerzo que han hecho toda su vida por hacer de su hijo una persona de bien y servil para la sociedad y por el apoyo incondicional a todos los profesores que lograron que me esmerara para alcanzar mis objetivos y hacer de mi una persona integral y valiosa para la sociedad. Rafael Julio Roncallo Kelsey

 

 

Autor:

DIANA MARGARITA ACUÑA MARTINEZ

RAFAEL JULIO RONCALLO KELSEY

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE BOLIVAR FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA COMUNICACIONES Y REDES

CARTAGENA DE INDIAS 2007

Partes: 1, 2, 3, 4