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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Ethanol: uma plataforma SDN para redes wi-fi
Authors: Henrique Duarte Moura
First Advisor: Daniel Fernandes Macedo
First Co-advisor: Marcos Augusto Menezes Vieira
First Referee: Marcos Augusto Menezes Vieira
Second Referee: Christian Rodolfo Esteve Rothenberg
Third Referee: Italo Fernando Scota Cunha
Abstract: As redes sem fio estão presentes em quase todos os ambientes empresariais, e, também, nas residências com acesso Internet de banda larga. Para suportar a crescente demanda dos usuários móveis, notamos uma tendência para redução da área de cobertura do sinal de rede sem fio de um ponto de acesso e ao mesmo tempo o aumento na quantidade destes dispositivos. Diversas soluções proprietárias procuram resolver os problemas decorrentes do adensamento dos pontos de acesso, como maior interferência e maior quantidade de troca das estações entre antenas. Isso faz com que a introdução de qualquer novo dispositivo de rede, a manutenção ou correção de problemas em um dispositivo existente seja um trabalho tedioso e sujeito a erros, porque requer a reconfiguração de cada um dos numerosos dispositivos de rede. O gerenciamento dos dispositivos de rede é penoso para os administradores de rede, que sofrem pela falta de interoperabilidade entre as soluções dos diversos fabricantes e por não conseguirem soluções sob medida para suas necessidades. Software-Defined Networking (SDN) é uma abordagem para redes de computadores que permite gerenciá-las por meio de uma abstração na qual há o desacoplamento do sistema que toma decisões sobre o fluxo de dados (plano de controle) dos sistemas subjacentes que encaminham os dados (o plano de dados). As soluções SDNs atuais, que utilizam principalmente o protocolo OpenFlow, são insuficientes para tratar o dinamismo de uma rede sem fio, suas necessidades de segurança e os aspectos de qualidade de serviço (QoS). O protocolo OpenFlow não implementa primitivas capazes de atuar sobre os aspectos de configuração e gerenciamento. Para melhorar o desempenho dessas redes são necessárias novas abordagens, que não são possíveis em controladoras WLAN (Wireless Local Area Networks) proprietários e fechados. Uma solução é a utilização de API (Application Programming Interfaces) abertas que permitam o desenvolvimento de aplicações e algoritmos de controle sensíveis ao contexto. Nesta dissertação propomos uma arquitetura SDN para redes sem fio IEEE 802.11, denominada Ethanol, cuja API permite que sejam desenvolvidos softwares de controle customizados. O Ethanol refatora as funcionalidades do plano de controle e de dados entre os pontos de acesso sem fio e o controlador SDN, sem a necessidade de alteração dos clientes sem fio1. Este controlador centralizado possui uma visão global da rede. O controlador pode gerenciar os pontos de acesso sem fio que receberam o agente Ethanol. Isto permite, por exemplo, que controlador crie filas de prioridade de encaminhamento, atuando sobre a qualidade de serviço nos enlaces. Pode ainda modificar outros parâmetros dos enlaces sem fio. Desta forma, o controlador pode, por exemplo, gerenciar o handoff dos dispositivos e o processo de associação e desassociação de estações sem fio. Utilizando a arquitetura proposta foi criado um protótipo de um ponto de acesso Ethanol, sendo seu funcionamento e desempenho avaliado em quatro estudos de caso envolvendo a qualidade do serviço, o controle de associação cliente, a supressão de pacotes ARP e a identificação de problemas na interface sem fio de pontos de acesso. Os resultados obtidos nos estudos de caso mostram que a abordagem de redes sem fio definidas por software é factível e permite atuar sobre os diversos problemas de gerenciamento de redes sem fio densas. Como trabalhos futuros, sugerimos estender o Ethanol com os protocolos propostos pelo IEEE para auxiliar o funcionamento de redes 802.11, quando estes protocolos estiverem implementados nos drivers 802.11.
Abstract: Wireless networks are common in most enterprise environments, as well as in homes with broadband Internet access. To support mobile users growing demand, we noticed a tendency to reduce the coverage area of an access points wireless signal while the number of these devices increases. Several proprietary solutions seek to solve the problems arising from the densification of access points, such as increased interference and greater amount of stations roaming among acess points changing antennas. The introduction of a new network device, the devices maintenance or correcting problems in an existing device makes the administrator work tedious and error prone, because that requires the reconfiguration of each of the numerous network nodes. The management of network stations is painful for network administrators, which suffer from a lack of interoperability between different manufacturers solutions and fail to obtain solutions tailored to their needs. Software-defined networking (SDN) is an approach to computer networks that allows us to manage it through an abstraction in which the system that makes decisions about the data flow (control plane) is decoupled from the underlying systems that forward data (data plane). Current SDN solutions, that use the OpenFlow protocol, are insufficient to deal with the dynamicity of wireless networks, their security needs and their aspects of quality of service (QoS). To improve the performance of these networks requires new approaches, which are not possible in commercial WLAN (Wireless local area networks) controllers, since they are proprietary and closed. One solution is to use open APIs that enable the development of applications and context sensitive control algorithms. In this Masters thesis we propose an SDN architecture for wireless networks based on IEEE 802.11, called Ethanol, whose API allows the development of custom control software. Ethanol refactors the control and data plane functionalities between wireless access points and the SDN controller without changing the wireless stations. This centralized controller, which has a global view of the network, operates the wireless APs, controlling the quality of service in the links, client mobility and the process of association and disassociation of wireless stations as well as other wireless links parameters. Using the Ethanol architecture we create an Ethanol access point prototype, whose operation and performance were evaluated on four case studies involving quality of service, client association control, suppression of ARP packets and identification of problems at the wireless interfaces. Our case studies results show that the approach of software defined wireless networks is feasible, and SDN allows to act upon various management problems of dense wireless networks. As future work, we propose to extend Ethanol to comply with other IEEE protocols proposed to assist the operation of 802.11 networks when these protocols are implemented in the 802.11 drivers, and also test it under a mesh network.
Subject: Sistemas de comunicação sem fio
Computação
Redes de computadores
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/ESBF-9ZPNXT
Issue Date: 10-Jul-2015
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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