Affiliation, Autonomy and the Wellbeing of others

Este capítulo tem como objetivo relatar as abordagens e metodologias utilizadas para realização de testes, com objetivo de validar a construção do projeto concebido e detalhado nos capítulos anteriores.

6.1

Criação automática de peer links com dispositivos

reais

Para os testes de inserção de um nó com hardware real em uma rede LVWNet, uti- lizamos uma interface wireless USB compatível com SoftMAC. O modelo escolhido foi o WBN900 da Intelbras. Ele é compatível com IEEE 802.11s (mesh), que foi o tipo de rede escolhida para a realização dos testes.

Foi criada uma rede com 3 nós virtuais e 1 real. A tabela 1 traz a lista de todos os endereços MAC e dos endereços IP dos nós envolvidos.

Tabela 1: Endereços MAC Ethernet e WLAN dos nós para teste de inserção de um nó real Nó Ethernet(ens9) WLAN (wlan0) IPv4

nó 01 aa:aa:aa:00:01:01 02:00:00:00:01:01 10.1.1.11/8 nó 02 aa:aa:aa:00:01:02 02:00:00:00:01:02 10.1.1.12/8 nó 03 aa:aa:aa:00:01:03 02:00:00:00:01:03 10.1.1.13/8 nó real fe:54:00:32:2d:dc 00:1a:3f:a5:74:e7 10.1.1.99/8

A posição inicial dos 4 nós (3 virtuais e 1 real) no espaço é especificada na tabela 2. O nó real foi propositalmente colocado em um espaço de interseção dos nós 01 e 02, de forma que ele deva estabelecer dois peer links individuais com cada um desses hosts. O nó 03 não tem comunicação com nenhum outro nó.

Para os testes, utilizaremos uma rede IEEE 802.11s simples, mas que permite constatar a criação dos peer links e realizar testes básicos de conectividade.

Tabela 2: Posições iniciais dos nós virtuais e do real Nó x y z nó 01 500m 500m 10m nó 02 600m 1300m 10m nó 03 1200m 500m 10m nó real 700m 800m 10m

Na máquina real, uma vez carregados o módulo mac80211 modificado, o lvwnet_node e inserida a interface de rede USB (que realiza a carga dos módulos necessários automati- camente), é preciso definir a interface como sendo do tipo mesh. Tal tarefa está mostrada na figura 13, onde deve-se observar que a interface Wifi dessa máquina, que havíamos citado como wlan0, é de fato chamada de wlp0s26f7ulu3.

Figura 13: Definindo a interface real como sendo do tipo mesh.

Uma vez que a interface está definida corretamente e é realizado o scan inicial, é possível observar os peer links criados com os nós virtuais na figura 14.

Finalmente, pode-se realizar um teste de conectividade básico com ping, e verificar a tabela de encaminhamento de layer 2 do mesh na figura 15.

Figura 14: Peer links do host real com as máquinas virtuais.

Figura 15: Teste básico de conectividade e tabela de encaminhamento layer 2.

6.2

Simulação de mobilidade de um nó

O objetivo desse teste é verificar o estabelecimento e o cancelamento de peer links a medida que um nó (virtual) se movimenta. A alteração das coordenadas que indicam a posição do nó será feita utilizando o sysfs.

Nesse experimento, temos apenas 3 nós de forma a facilitar a visualização dos links estabelecidos entre eles decorrentes da mobilidade. Os endereços dos nós são mostrados na Tabela 3.

Tabela 3: IPs e endereços MAC ethernet e WLAN dos nós

Nó Ethernet(ens9) WLAN (wlan0) IPv4 nó 01 aa:aa:aa:00:01:01 02:00:00:00:01:01 10.1.1.11/8 nó 02 aa:aa:aa:00:01:02 02:00:00:00:01:02 10.1.1.12/8 nó 03 aa:aa:aa:00:01:03 02:00:00:00:01:03 10.1.1.13/8

Todos os nós estão com a mesma coordenada z, o que implica em um deslocamento 2D, como em um espaço plano.

Serão realizados alguns cálculos para encontrar o alcance máximo de um nó, assumindo que todos eles tem uma potência de transmissão de 20dBm e sensitividade de recepção de −75dBm.

Como já visto no capítulo 4, a equação de cálculo de perda no espaço livre, já simpli- ficada é dada por 6.1.

LF S = 32.45 + 20log10(f ) + 20log10(D) (6.1)

Uma vez que sabe-se tanto a potência de transmissão como sensitividade de recepção, e se quer encontrar o alcance de um determinado nó, pode-se modificar a equação de forma como está apresentada na equação 6.2.

LF S = 32.45 + 20log10(f ) + 20log10(d)

20log10(d) = LF S−32.45 − 20log10(f )

(6.2)

Como já é conhecida a potência de transmissão (20dBm) e a sensitividade de recepção é de −75dBm, logo a maior perda no espaço livre possível para essas duas características será de −95dBm. Para a frequência de 2412 MHz, temos a equação dada em 6.3.

LF S = 32.45 + 20log10(f ) + 20log10(d) 20log10(d) = 95 − 32.45 − 20log10(2412) 20log10(d) = 62.55 − 20(3.38237730347) 20log10(d) = 62.55 − 67.6475460694 d = 556.06133m (6.3)

Vê-se na equação 6.3 que a distância onde se tem uma perda de exatamente 95dBm é de aproximadamente 556 metros. Em um ambiente real esse valor seria bem menor, pois teríamos outros fatores de interferência, como objetos no caminho, outras transmissões em frequências próximas etc. Além disso, isso seria um valor limítrofe entre um estado de comunicação e não comunicação. Contudo, em transmissores reais quanto menor a potência do sinal, menor também a taxa de transmissão, que no pior caso de se estar muito próximos do limite de 556 metros, também se estaria na menor taxa de transferência possível. Entretanto, nenhum desses fatores é levado em consideração nesse ambiente.

Em nosso teste, o primeiro nó está localizado na posição x = 500, y = 500 e z = 10 metros. Já o segundo nó está na posição x = 600, y = 1300 e z = 10 metros. Eles estão propositalmente afastados o suficiente para que se possa observar como um nó estabelece os peer links a medida que se movimenta no espaço. Ambos os nós 01 e 02 estão fixos e localizados à 806 metros um do outro, e tem uma perda em espaço livre entre eles de 98dBm. Já o terceiro nó, irá iniciar na posição x = 1200, y = 500 e z = 10 metros. Ele está

na mesma coordenadad y do nó 01, mas afastado exatamente 700 metros na coordenada x (LF S = 97dBm) o que torna ele inalcançável pelo nó 01 neste momento. Na tabela 4

temos as coordenadas de todos os nós antes do nó 03 começar a se movimentar.

Tabela 4: Posições iniciais dos nós

Nó x y z

nó 01 (fixo) 500m 500m 10m nó 02 (fixo) 600m 1300m 10m nó 03 (móvel) 1200m 500m 10m

Nessa configuração, não há nehuma comunicação entre os nós. Definimos as posições para análise do nó 03 como milestones. No milestone 01, ele está na posição x, y, z = 1200, 500, 10 metros. Na tabela 5, temos uma lista de todos as posições do nó 03.

Tabela 5: Posições de cada um dos milestones do nó 03

Milestone x y z Sinal nó 01 Sinal nó 02 milestone 01 1200m 500m 10m -97dBm (700m) -100dBm (1000m) milestone 02 700m 500m 10m -86dBm (200m) -98dBm (806m) milestone 03 900m 700m 10m -93dBm (447m) -96dBm (670m) milestone 04 700m 800m 10m -91dBm (360m) -94dBm (509m) milestone 05 900m 1300m 10m -99dBm (894m) -89dBm (300m) milestone 06 900m 1800m 10m -99dBm (894m) -89dBm (300m)

Figura 16: Estado do nó 03 no milestone 01 (sem nenhum peer link).

A Figura 21, que aparece no final dessa seção, mostra o movimento realizado pelo nó 03.

Analisando a partir do milestone 01, temos que neste primeiro, o nó 03 não tinha comunicação com nenhum dos outros 2 nós. A perda em espaço livre para ambos os

nós a partir do nó 03 era de 97dBm e 100dBm para os nós 01 e 02 respectivamente. Como já mencionado antes, para haver comunicação a atenuação máxima gerada pela perda em espaço livre deve ser de 95dBm, dada as características definidas de potência de transmissão e sensitividade de recepção definidas na carga do módulo. O estado do nó 03 enquanto ainda não está estabelecido nenhum peer link pode ser visto no screen do host da figura 16.

Já no segundo momento do milestone 02, o nó 03 entrou na área de cobertura do nó 01, com uma perda em espaço livre de 86dBm, bem menor que os 95dBm necessários para que exista comunicação. Ainda no milestone 02, não existe comunicação entre o nó 03 e o 02, pois a atenuação é de 98dBm. Os peer links criados podem ser vistos na figura 17. O milestone 03 é somente uma continuação do segundo, tendo em vista que não há mudanças dos links estabelecidos, somente uma atenuação maior dada a distância também maior. Por isso, não será mostrada nenhuma figura para esse caso.

Figura 17: Estado do nó 03 no milestone 02 (peer link com o nó 01).

No quarto milestone, o nó 03 entra em uma pequena zona de interseção entre a área de cobertura do nó 01 e do nó 02. Nesse momento, ele consegue estabelecer um peer link tanto com o nó 01 como com o nó 02, como mostra a figura 18. Nessa zona de interseção, a atenuação é de 93dBm e de 94dBm (muito próxima do limite de 95dBm) para os nós 01 e 02 partindo do nó 03 respectivamente.

No próximo milestone, o nó 03 saiu da área de cobertura do nó 01. Apesar disso, para o nó 03, o nó 01 ainda está com um peer link estabelecido, como pode ser visto na figura

Figura 18: Estado do nó 03 no milestone 04 (peer link com o nó 01 e nó 02).

19.

Figura 19: Estado do nó 03 no milestone 05 (peer link com o nó 01 e nó 02). O peer link com o nó 01 está aguardando ser excluído.

Figura 20: Estado do nó 03 no milestone 05 (peer link com o nó 02). O peer link com o nó 01 foi excluído após 1800 segundos.

Isso se deve à implementação do mesh do módulo mac80211. Nessa implementa- ção, a função responsável por realizar possíveis limpezas de links não mais disponíveis é a ieee80211_mesh_housekeeping. Ela é chamada por um timer com tempo de expira- ção de 60 segundos (através do define IEEE80211_MESH_HOUSEKEEPING_INTERVAL (60 * HZ)). Contudo, essa função só “limpa” peer links com tempo de inatividade maior que 1800 segundos (30 minutos). Esse tempo está informado no módulo mac80211 através do define IEEE80211_MESH_PEER_INACTIVITY_LIMIT (1800 * HZ). Ou seja, o

peer link só será removido entre 1800 e 1860 segundos depois do nó não estar mais dispo- nível. Essa operação pode ser vista na figura 20.

Na esquerda da figura, temos o link ainda estabelecido com o peer 02:00:00:00:01:01, mas com o tempo já de pouco mais de 1800 segundos. Após alguns segundos, o peer link desaparece, e resta somente o com o nó 02:00:00:00:01:02, que está ao alcance do host.

Figura 21: Caminho percorrido pelo nó 03 entre os 6 milestones.

No sexto e último milestone, temos o nó saindo do alcance dos nós 01 e 02. Existe a mesma característica do milestone 5, onde é necessário esperar o tempo de 1800 segundos para que o peer link não esteja mais disponível. Contudo da mesma forma do caso anterior, a comunicação já não é mais possível a partir do momento que ocorre a mobilidade.

Na figura 21 é possível observar todo o caminho percorrido pelo nó 03, bem como uma disposição aproximada de como os 3 nós estão no espaço. Também é possível observar através da linha tracejada o caminho percorrido pelo nó 03.