Plataforma para la experimentación con redes MANET

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Plataforma para la experimentación con redes MANET.. Autor: Meyli Lucy Guevara Martín Tutor: Msc. Carlos Rodríguez López Msc. José Omar Padrón Ramos. Santa Clara 2012 "Año 54 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Plataforma para la experimentación con redes MANET. Autor: Meyli Lucy Guevara Martín [email protected]. Tutor: Msc. Carlos Rodríguez López Profesor Auxiliar, Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica, Facultad de Ingeniería Eléctrica, UCLV. [email protected]. Msc. José Omar Padrón Ramos Profesor Auxiliar, Departamento de Automática y Sistemas Computacionales, Facultad de Ingeniería Eléctrica, UCLV. [email protected] Santa Clara 2012 "Año 54 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. Los caminos del saber son como los senderos de montaña, escabrosos y empinados, pero, como cuando se arriba a la cumbre, no existe un mejor paisaje a observar que aquel que nos tiene reservado nuestro esfuerzo..

(5) ii. DEDICATORIA. A mis padres, mi hermano y mi abuela, por estar a mi lado apoyándome siempre, y a Jose por su infinito amor y ayuda incondicional..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. Agradezco a Dios por escuchar siempre mis plegarias, y por haberme dado salud y fuerza todos estos años. Agradezco a mi mamá, mi papá, y a mi abuela por tantos sacrificios para ver realizados los sueños de su niña. Agradezco a Jose por estar siempre conmigo en las buenas y en las malas, y por brindarme su invaluable ayuda e infinito amor. Agradezco a mis profesores y a mi tutor por estos cinco años de conocimiento y ejemplo de profesionalismo. Agradezco a mi hermano y a Mairelis por su apoyo y por los momentos de alegría. Agradezco a mis primos, a mis tíos Osvaldo y Avelito y mis tías por su apoyo y preocupación. Agradezco a todos los que me ayudaron en la realización de este trabajo, especialmente a: Diamir que a pesar de la distancia me ayuda siempre, Erick, Erisbel, Julio y Adriana. Agradezco a mis amigos del aula, especialmente a Marisabel, Dayana, Patricia, Naivy, Daily, Ana Amalia, Yany, Midiala, Ale, Loenel, Yunier, Damian y Eddy por ser tan especiales, por estar siempre dispuestos a ayudarme, y por haberme permitido la inmensa suerte de conocerlos, porque sin ellos estos cinco años no hubieran sido lo mismo. Agradezco a mis amigas del cuarto Yalina, Anilet, Tania y Eneida por los momentos felices y por su ayuda incondicional, y a las que ya se fueron Yanet, Sandra, Yadianis e Idy por hacer memorable mi vida en la UCLV..

(7) iv Y por último agradezco a mis amigas del preuniversitario Beatriz Rodríguez, Beatriz Moreno, Janhna, Darlén, Lisandra y Sandra, que hace mucho tiempo son parte de mi familia..

(8) v. RESUMEN. Las redes MANET como aplicación de redes inalámbricas han alcanzado gran auge y utilización en el mundo actual, por la comodidad que implica su uso al poseer una red sin necesidad de contar con una infraestructura preestablecida, por la gran popularidad de las tecnologías inalámbricas, y por las importantes aplicaciones en diversas situaciones de una red “ad-hoc”. Este interés ha fomentado la implementación de métodos de evaluación con características, beneficios y desventajas particulares para cada caso. La emulación cuenta con una gran aceptación como método de investigación y su implementación resulta atractiva, pero la especificidad y difícil adquisición de muchas de sus implementaciones provoca problemas a la hora de seleccionar una herramienta en particular. En el presente trabajo se realizó un estudio de los emuladores que se encuentran en utilización actualmente, para que sirva como referencia en el estudio del estado de desarrollo en estos ámbitos, además se propone una plataforma específica, que puede ser utilizada para la realización de experimentos en redes MANET. Esta plataforma es sometida a pruebas de validación que garantizan su correcto funcionamiento..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA..................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 Organización del informe ................................................................................................... 5 CAPÍTULO 1.. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones. inalámbricas………………… ................................................................................................ 6 1.1. Introducción al capítulo ............................................................................................ 6. 1.2. Redes Inalámbricas ................................................................................................... 6. 1.2.1. Evolución de las redes inalámbricas ............................................................... 7. 1.2.2. Clasificaciones de las redes inalámbricas ....................................................... 8. 1.2.3. Características de las redes inalámbricas ........................................................ 9. 1.2.4. Deficiencias ................................................................................................... 10. 1.2.5. Ventajas y Aplicaciones ................................................................................ 11. 1.2.6. Formas de evaluación .................................................................................... 12. 1.2.7. Parámetros de calidad de servicio ................................................................. 12. 1.2.8. Perspectivas futuras ....................................................................................... 13.

(10) 7 1.3. Redes MANET ....................................................................................................... 15. 1.3.1. Historia y evolución de las redes MANET ................................................... 16. 1.3.2. Propiedades de las redes MANET ................................................................ 17. 1.3.3. Deficiencias de las redes MANET: ............................................................... 18. 1.3.4. Aplicaciones de redes MANET..................................................................... 21. 1.3.5. Protocolos de ruteo para las redes MANET .................................................. 22. 1.3.6. Propiedades de los protocolos de ruteo de MANET ..................................... 23. 1.3.7. Métodos de evaluación de redes MANET .................................................... 25. 1.4. Consideraciones finales del capítulo ...................................................................... 27. CAPÍTULO 2.. Materiales y métodos para la investigación.............................................. 28. 2.1. Introducción al capítulo .......................................................................................... 28. 2.2. Criterios de evaluación ........................................................................................... 28. 2.3. Compendio de testbeds ........................................................................................... 30. 2.3.1. APE ............................................................................................................... 30. 2.3.2. Orbit .............................................................................................................. 32. 2.3.3. Gray et al ....................................................................................................... 33. 2.3.4. Kaba and Raichle .......................................................................................... 34. 2.3.5. Judd and Steenkiste ....................................................................................... 35. 2.3.6. Lin et al.......................................................................................................... 37. 2.3.7. Engel et al. ..................................................................................................... 38. 2.3.8. EWANT ........................................................................................................ 39. 2.3.9. Ritter et al. ..................................................................................................... 40. 2.3.10. DAWN .......................................................................................................... 41. 2.3.11. Maltz et al. ..................................................................................................... 42.

(11) 8 2.3.12. MobiEmu ....................................................................................................... 43. 2.3.13. MobiNet ........................................................................................................ 44. 2.3.14. MNE .............................................................................................................. 46. 2.3.15. JEMU ............................................................................................................ 47. 2.3.16. RAMON ........................................................................................................ 48. 2.3.17. ManTS ........................................................................................................... 49. 2.3.18. MASSIVE ..................................................................................................... 50. 2.3.19. NE.................................................................................................................. 51. 2.3.20. EMWIN/EMPOWER .................................................................................... 52. 2.3.21. MiNT ............................................................................................................. 53. 2.3.22. TrueMobile .................................................................................................... 55. 2.3.23. NET ............................................................................................................... 56. 2.3.24. NEMAN ........................................................................................................ 58. 2.4. Comparación ........................................................................................................... 59. 2.4.1. Conclusiones de la comparación ...................................................................... 61. 2.5. Particularidades del testbed de APE ....................................................................... 61. 2.6. Consideraciones finales del capítulo ...................................................................... 62. CAPÍTULO 3.. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................... 63. 3.1. Introducción al capítulo .......................................................................................... 63. 3.2. Requerimientos técnicos ......................................................................................... 63. 3.2.1 Requerimientos de los nodos participantes ....................................................... 63 3.2.2. Requerimientos del nodo colector .................................................................... 64. 3.2.3. Dispositivos WaveLAN soportados.................................................................. 64. 3.3. Ejecutando la distribución APE ............................................................................. 64.

(12) 9 3.3.1 Ejecutando el script de APE .............................................................................. 64 3.3.2 Sincronismo de inicio del test ............................................................................ 65 3.3.3 Colección de los ficheros .log ............................................................................ 65 3.4. Ficheros .log............................................................................................................. 65. 3.5. Escenarios ................................................................................................................ 65. 3.6. Prueba de validación ................................................................................................ 66. 3.8. Problemas con el APE ............................................................................................. 70. 3.8.1 Construcción y personalización del testbed para la experimentación con tráfico de voz sobre IP .............................................................................................................. 71 3.9. Consideraciones finales del capítulo........................................................................ 73. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.................................................................... 74 Conclusiones ..................................................................................................................... 74 Recomendaciones ............................................................................................................. 75 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 76 ANEXOS .............................................................................................................................. 79 Anexo I. Plataforma de Experimentación de Redes MANET. ....................................... 79. Anexo II Fichero del escenario utilizado para realizar la prueba de validación. ............ 86 Anexo III Ficheros de salida del nodo 0. ......................................................................... 88.

(13) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. La comunicación surgió en tiempos muy remotos como resultado de la necesidad de los hombres de compartir ideas, transmitir pensamientos, trabajar en conjunto y vivir en comunidad. Iniciándose con los más rústicos sonidos y señales, la comunicación, en su manifestación verbal, fue evolucionando hasta convertirse en los diversos lenguajes estructurados y coherentes que existen en la actualidad. No fue solo la comunicación oral el único fin comunicativo que persiguió la humanidad, las comunicaciones a larga distancia o telecomunicaciones pronto fueron una necesidad de los hombres, e innumerables fueron las invenciones ideadas para crearlas y desarrollarlas. Todas estas formas y métodos han existido mientras ha sido factible su utilización, y han sido, el avance tecnológico y el desarrollo científico, los encargados de ir dejando obsoletas unas tecnologías para dar paso a otras más cómodas, eficientes y acordes al ritmo de las necesidades de la humanidad. Toda esta evolución de métodos ha permitido que se cuente con formas de comunicación muy eficientes, de las que indisolublemente dependen la vida y el desarrollo moderno. El desarrollo de la sociedad actual está caracterizado por un gran avance tecnológico en todos los aspectos de la vida social, económica, política o militar; y este avance está apoyado cada vez más en las telecomunicaciones, fundamentalmente en el intercambio de información a través de redes informáticas. Estas redes pueden ser separadas atendiendo a varias categorías, pero uno de los aspectos más generales para su clasificación es de acuerdo al medio de comunicación, el cual las divide en dos tipos: redes cableadas y redes inalámbricas. Las redes cableadas son aquellas que utilizan como método de comunicación a cables de disímiles orígenes. Estas redes ofrecen gran utilidad gracias a su estabilidad, funcionamiento, adaptación y rapidez en la conexión, factor en el que superan a las redes.

(14) INTRODUCCIÓN. 2. inalámbricas. La amplia gama de productos desarrollados por las empresas de tecnologías de redes, como los hub, los switches y los routers, unido al descubrimiento de medios físicos que permiten obtener muy elevadas cifras de razón de transmisión, como la fibra óptica, han logrado obtener un mejor desempeño y una mayor conectividad a lo largo de los años para las redes cableadas. Pero aún así las redes cableadas carecen de una cualidad muy valorada en la actualidad: la movilidad, que es aprovechada por las redes inalámbricas para lograr gran aceptación y ser centro en la actualidad de grandes investigaciones para maximizar su uso, mejorar su desempeño y ser incorporadas a la cotidianidad. El término red inalámbrica, se utiliza para designar la conexión de nodos sin necesidad de una conexión física. Esta tecnología debe su aplicación a las ondas electromagnéticas que son utilizadas como el medio de transporte de la información. Estas redes facilitan el acceso a recursos en lugares donde se imposibilita la utilización de cables, como zonas rurales poco accesibles, además pueden ampliar una ya existente y facilitar el acceso a usuarios que se encuentran en un lugar remoto, sin la necesidad de conectar sus computadoras a un hub o switch por intermedio de cables. En la actualidad existen diversos tipos de redes que utilizan la tecnología inalámbrica como método de conexión, una de estas es la MANET1. Según Wiberg (2002) la red MANET es una red que consiste en dos o más nodos móviles, donde cada nodo actúa como estación y router a la vez. Este tipo de red no necesita de la existencia de una infraestructura preexistente, y se forma por demanda, de manera que solo se necesita que los nodos estén lo suficientemente cercanos unos de otros, para establecer la conexión. Este tipo de red, debido a las características que posee, ha encontrado extraordinarias aplicaciones, entre ellas podemos citar su utilización en situaciones donde ocurran desastres naturales o humanos que puedan dañar las redes convencionales. También pueden ser utilizadas en edificios donde la instalación de redes cableadas puede ser difícil, imposible o muy cara, por ejemplo en edificios antiguos que no puedan ser modificados. Realizar una investigación en redes MANET resulta atractivo por el hecho de que, añadido a las posibilidades de las redes inalámbricas, están los resultados positivos de la utilización. 1. Movil Ad-hoc Network.

(15) INTRODUCCIÓN. 3. de las MANET y sobre todo las posibilidades que se construyen con la vinculación a este tipo de redes de otras tecnologías. Para lograr aplicaciones sobre redes MANET con un desempeño adecuado se necesitan que los parámetros de calidad de servicio en estos entornos se encuentren en rangos aceptables, para lo que resultaría muy valioso el conocimiento del porcentaje de afectación que introducen los protocolos de ruteo en estos ámbitos. Resulta entonces necesaria la posibilidad de contar con un método de evaluación para estas redes que brinde información sobre estos parámetros y permita por lo tanto evaluar los niveles de desempeño de esta red. En el trabajo “Living Document- A Survey of Real-world and Emulation Testbeds for Mobile Ad hoc Networks”(Kropff, Krop et al. 2006) se establecen los diversos métodos de investigación en MANET, uno de los más atractivos, por su rigor y transparencia, resulta la emulación de la red a través de plataformas de pruebas específicas conocidas como testbeds. Existe gran variedad de testbeds que son utilizados en el mundo actualmente, y aunque la utilización de la emulación como técnica de investigación es muy deseable, el momento de elegir cuál de estas plataformas utilizar se vuelve engorroso, pues muchos de los testbeds no poseen un costo asequible, o la especificidad de su funcionamiento se convierte en un inconveniente para trabajar con ellos. A pesar de haberse desarrollado varios trabajos relacionados con temáticas referentes a redes inalámbricas, dentro del Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, ninguno de ellos incluye a las redes MANET, y además los ya existentes fuera de la institución no están sustentados en la experimentación. Esto se debe a la ausencia de una plataforma adecuada por la poca flexibilidad o privatización de las existentes actualmente. Para darle solución a esta problemática se planteó como objetivo general de este trabajo: . Contribuir, con estudios y creación de herramientas informáticas, a la investigación en redes MANET.. Para llegar a cumplir este objetivo general se definieron los siguientes objetivos específicos: 1. Realizar un trabajo que funcione como referencia y que contenga el estado de desarrollo actual de los testbeds que se usan en la emulación de redes MANET..

(16) INTRODUCCIÓN. 4. 2. Evaluar el funcionamiento de un testbed seleccionado. 3. Comenzar el desarrollo de un testbed personalizado para la experimentación con redes MANET, que pueda ser continuado en trabajos posteriores.. Para lograr estos objetivos se propusieron realizar las siguientes tareas: 1. Realización de una revisión bibliográfica sobre métodos y herramientas de evaluación en redes inalámbricas. 2. Análisis comparativo de los testbeds más utilizado en el estudio de redes de telecomunicaciones inalámbricas. 3. Determinación de las características y funcionalidades que debe tener un testbed para la realización de pruebas en redes MANET. 4. Elección y puesta a punto de un testbed para el estudio de redes MANET. 5. Inicio de la programación y configuración de un testbed propio que se pueda continuar en otros trabajos de investigación posteriores. 6. Conjunción del informe.. Las redes MANET ofrecen grandes utilidades que deben ser explotadas por las necesidades modernas, es por esta razón que el presente trabajo pretende hacer un estudio sobre la evolución y desarrollo de los testbeds, que funcione como referencia para la utilización de esta información en investigaciones y experimentos futuros, y permita además determinar una herramienta de investigación basado en la emulación, que aporte resultados valiosos y sea eficiente en su utilización, de modo que puedan ser probadas de forma efectiva las capacidades de la tecnología MANET..

(17) INTRODUCCIÓN. 5. Organización del informe El presente informe consta de introducción, tres capítulos, conclusiones, recomendaciones y tres anexos. En el primer capítulo se recoge aspectos teóricos relacionados con las tecnologías inalámbricas, orientado principalmente al conocimiento sobre la redes MANET. En el segundo capítulo se realiza un trabajo expositivo sobre el estado de desarrollo de testbeds utilizados en la actualidad, se realiza una comparación entre estos y se selecciona el más adecuado, según los consultados, para ser utilizado en una investigación. En el tercer capítulo se realiza la prueba de validación del testbed seleccionado, se exponen los resultados de esta y se realiza la discusión pertinente de los mismos..

(18) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. CAPÍTULO 1.. 6. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas. 1.1 Introducción al capítulo El capítulo que refiere a continuación, se basa en un extenso análisis y búsqueda bibliográfica para conformar un marco teórico, acerca del empleo y desarrollo de las redes inalámbricas MANET en la evolución tecnológica de las redes de computadoras. En las secciones iniciales del capítulo se convierten en protagonistas muchos conceptos relacionados con las tecnologías inalámbricas para la comunicación de datos y la evolución que han poseído estas en el desarrollo de redes informáticas. A partir de este conocimiento previo, se abordan en las secciones siguientes diversos aspectos relacionados con la problemática a la cual brinda solución este trabajo; estos aspectos son: las tecnologías actuales para la evaluación y experimentación con las redes inalámbricas y cuáles son los retos que enfrentan los especialistas en estos campos para lograr comunicaciones cada vez más eficientes.. 1.2. Redes Inalámbricas. Las redes informáticas surgieron con el propósito fundamental, de que todos los nodos que formaran parte de ella se encontraran en condiciones de compartir información y recursos. Según José Eduardo Aguirre (2009) con el trabajo en red se adquirieron ventajas como la disminución del costo de hardware al poder compartir los recursos, la disminución del costo de software debido a que es más económico adquirir un conjunto de licencias para.

(19) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 7. cada máquina de la red, que comprar el programa para cada computadora en particular, y además fue favorecido el intercambio de información, eliminando la utilización de memorias flash o discos para transportar la información de un lugar hacia otro. Fueron tan significativas las ventajas que se obtuvieron con la utilización de la conectividad, que se revolucionaron todos los ámbitos, hasta el punto de prácticamente creer imposible el desenvolvimiento de la vida actual tal como la conocemos sin la existencia de las redes informáticas. Existen dos tipos de redes atendiendo al medio en que se realiza la conexión: las redes cableadas y las redes inalámbricas. Las redes inalámbricas son un tipo de redes informáticas que establecen la conexión entre sus nodos sin necesidad de una conexión física o cables, utilizando como medio de propagación de la información a las ondas electromagnéticas (Aguirre 2009).. 1.2.1. Evolución de las redes inalámbricas. Las investigaciones sobre las redes inalámbricas comenzaron hace más de 30 años. En 1979 la empresa IBM1 publicaba los resultados de su experimento con infrarrojos en una fábrica suiza. La idea de los ingenieros era construir una red local en la fábrica. Los resultados se publicaron en el volumen 67 de los Proceeding del IEEE2, y han sido considerados como el punto de partida en la línea evolutiva de las redes inalámbricas (Stuedi and GustavoAlonso 2007). Las siguientes investigaciones se harían en laboratorios, siempre utilizando altas frecuencias, hasta que en 1985 la FCC3, órgano regulador del espectro radioeléctrico americano, asignó una serie de bandas al uso de IMS4 en los rangos de los 2,4 y los 5 GHz.. 1. International Business Machine. 2. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. 3. Federal Communication Commission. 4. Industrial Scientific and Medical.

(20) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 8. Esta asignación se tradujo a una mayor actividad en la industria y la investigación de las redes de área local inalámbricas, que comenzaban a enfocarse al mercado. Inmediatamente, la IEEE designa una comisión de trabajo para desarrollar una tecnología de red en dichas bandas: la 802.11. Seis años más tarde, en 1991, se publicaban los primeros trabajos de redes inalámbricas de área local propiamente dicha, ya que según la norma IEEE 802 solo se considera LAN1 a aquellas redes que transmitan al menos a 1 Mbps. La red inalámbrica de alcance local ya existía, pero su introducción en el mercado e implantación a nivel doméstico y laboral aún se haría esperar unos años. Uno de los factores que supuso un gran empuje al desarrollo de este tipo de red fue el asentamiento de laptops y PDA2 en el mercado, ya que este tipo de producto portátil reclamaba más la necesidad de una red sin cables. Fue así como las redes inalámbricas para intercambio de información fueron introducidas en el mercado y pasaron a ser parte de la vida moderna, convirtiéndose en nuestros días en una fuerte propuesta por la que están apostando todas las grandes industrias de las comunicaciones del mundo entero (Armando Mercado , Rafaelgil Berríos Figueroa et al. 2009).. 1.2.2. Clasificaciones de las redes inalámbricas. En el trabajo “Redes Inalámbricas” (Aguirre 2009) se establecen dos amplias categorías para las redes inalámbricas: Las de larga distancia: que son utilizadas para transmitir la información en espacios que pueden variar desde una misma ciudad o hasta varios países vecinos, sus velocidades de transmisión son relativamente bajas, de 4.8 a 19.2 Kbps. Las de corta distancia: que son utilizadas principalmente en redes corporativas cuyas oficinas se encuentran en uno o varios edificios que no se encuentran muy retirados entre sí, con velocidades del orden de 280 Kbps hasta los 2 Mbps, aunque actualmente estas trabajan a niveles más elevados de razón de transmisión.. 1. Local Area Network. 2. Personal Digital Assistant.

(21) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 9. Existen dos tipos de redes de larga distancia: Redes de Conmutación de Paquetes (públicas y privadas) y Redes Telefónicas Celulares. Las Redes Telefónicas Celulares son poco utilizadas para la transmisión de datos, esto se debe a que cuando se pasa de una célula a otra, ocurre una pérdida de la señal que la circuitería especial del módem del móvil restablece, aunque este hecho es de muy corta duración establece una demora; esta pérdida de señal no es problema para la comunicación de voz, debido a que el retraso en la conmutación dura unos cuantos cientos de milisegundos, lo que provoca que sea intrascendente este efecto, pero en la transmisión de información puede provocar graves consecuencias. La otra opción que existe en redes de larga distancia son las denominadas: Red Pública De Conmutación De Paquetes Por Radio. Estas redes no tienen problemas de pérdida de señal debido a que su arquitectura está diseñada para soportar paquetes de datos en lugar de comunicaciones de voz. Las redes privadas de conmutación de paquetes utilizan la misma tecnología que las públicas, pero bajo bandas de radio frecuencias restringidas por la propia organización de sus sistemas de cómputo (Aguirre 2009).. 1.2.3. Características de las redes inalámbricas. Según el rango de frecuencias utilizado para transmitir, el medio de transmisión para las redes inalámbricas pueden ser: las ondas de radio, las microondas terrestres o por satélite, y los infrarrojos. Dependiendo entonces de la banda de frecuencias, la red inalámbrica tendrá unas características u otras:  Cuando la banda es la de las ondas de radio: las ondas electromagnéticas son omnidireccionales, así que no son necesarias las antenas parabólicas. La transmisión no es sensible a las atenuaciones producidas por la lluvia ya que se opera en frecuencias no demasiado elevadas. En este rango se encuentran las bandas desde la ELF1 que va de 3 a 30 Hz, hasta la banda UHF2 que va de los 300 a los 3000 MHz, es decir, comprende el espectro radioeléctrico de 30 1. Extra Low Frequency. 2. Ultra High Frequency.

(22) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 10. 3000000000 Hz.  Cuando la banda es la de las microondas terrestres: se utilizan antenas parabólicas con un diámetro aproximado de unos tres metros. Tienen una cobertura de kilómetros, pero con el inconveniente de que el emisor y el receptor deben estar perfectamente alineados. Por eso, se acostumbran a utilizar en enlaces punto a punto en distancias cortas. En este caso, la atenuación producida por la lluvia es más importante ya que se opera a una frecuencia más elevada. Las microondas comprenden las frecuencias desde 1 hasta 300 GHz.  Cuando la banda es la de las microondas por satélite: se hacen enlaces entre dos o más estaciones terrestres que se denominan estaciones base. El satélite recibe la señal (denominada señal ascendente) en una banda de frecuencia, la amplifica y la retransmite en otra banda (señal descendente). Cada satélite opera en unas bandas concretas. Las fronteras frecuenciales de las microondas, tanto terrestres como por satélite, con los infrarrojos y las ondas de radio de alta frecuencia se mezclan de manera muy seguida, así que pueden haber interferencias con las comunicaciones en determinadas frecuencias.  Cuando la banda es la de los infrarrojos: se enlazan transmisores y receptores que modulan la luz infrarroja no coherente. Deben estar alineados directamente o con una reflexión en una superficie. No pueden atravesar las paredes. Los infrarrojos van desde 300 GHz hasta 384 THz .. 1.2.4. Deficiencias. La tecnología inalámbrica no está exenta de deficiencias. La primera de ellas es la velocidad, mientras que las redes cableadas hace años que trabajan a velocidades 100 Mbps, las redes inalámbricas escasamente superan las velocidades de 54 Mbps. Otro punto por tener en cuenta es la seguridad. Muchas redes inalámbricas sufren accesos no debidos, aprovechando brechas en la seguridad que pudieran ser dejadas por el personal que realizó la instalación y configuración de la red. Los ataques incluso se pueden llevar a cabo desde dispositivos de menor jerarquía, como por ejemplo Palms, PDA o pequeños dispositivos portátiles. Otro punto débil presente en las redes inalámbricas consiste en su propensión a.

(23) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 11. interferencias, debido al rango de señal en el cual trabajan, que suele ser interferido por artefactos de uso común en cualquier casa u oficina, como teléfonos inalámbricos (Scoot 2010).. 1.2.5. Ventajas y Aplicaciones. Según Scoot (2010) la principal ventaja que supone una red inalámbrica, y que tan popular ha hecho su uso, es la movilidad. Esta característica es requerida en muchos escenarios de la vida moderna, por ejemplo por usuarios y empleados de empresas que requieren para sus tareas acceder en forma remota a sus archivos, trabajos y recursos; la existencia de una red inalámbrica posibilita el acceso a esta información sin realizar ninguna tarea compleja de conexión o configuración, evitando que cada usuario viaje hasta su empresa o su casa para poder acceder a los recursos de su red de datos. En síntesis, las redes inalámbricas, a diferencia de sus antecesoras, son: más simples de instalar, escalables muy fácilmente, y menos complejas en su administración. El hecho de que no posean cables, permite adaptarlas a casi cualquier estructura, y prescindir de la instalación de pisos técnicos y la instalación de cables. A través de esta tecnología, puede disponerse de conexión a Internet casi en cualquier lugar donde se cuente con tal servicio y, de esta forma, también a todas las ventajas que ofrece la Red de redes (Scoot 2010). Otra ventaja también pudiera ser el aspecto económico de estas redes, puesto que las redes inalámbricas eliminan o reducen los costes de cableado, y su funcionamiento puede resultar más económico que el de las redes por cable (Aguirre 2009). Las redes inalámbricas, como se explicaba con anterioridad, funcionan en dependencia de su aplicación en las diferentes bandas de frecuencias, siendo así, las que operan en el rango de las ondas de radio, que abarcan varias bandas, se utilizan por ejemplo en comunicaciones en navegación y submarinos usando la banda VLF1. En el ámbito de las microondas terrestres, existen diferentes aplicaciones basadas en protocolos como Bluetooth para interconectar ordenadores portátiles, PDAs, teléfonos u otros aparatos. Los infrarrojos tienen aplicaciones como la comunicación a corta distancia de los ordenadores 1. Very Low Frequency.

(24) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 12. con sus periféricos. En general las aplicaciones inalámbricas y fundamentales las de las redes informáticas son muy utilizadas actualmente y son su gran desempeño y funcionalidad los que las han hecho muy popular actualmente (SAXENA and SINHA 2011).. 1.2.6. Formas de evaluación. En la actualidad existe una amplia gama de herramientas de evaluación de desempeño en redes de computadoras, lo que ofrece a investigadores y administradores de red múltiples opciones con las cuales trabajar. Según el trabajo “Análisis Comparativo de Herramientas de Evaluación de Desempeño en Redes de Computadores” (Velásquez and Gamess 2009) entre estas herramientas existen algunas que se destacan más que otras por su popularidad, por ser proyectos activos y por ofrecer resultados sobre diferentes características, lo que brinda un rango más amplio para el análisis. Entre estas herramientas de interés se pueden citar ocho herramientas diferentes de medición de throughput y capacidad de transferencia en lote: Netperf, D-ITG, NetStress, MGEN, LANforge, Network Traffic Generator, Rude & Crude, y WlanTV. Estas no son las únicas que existen, como se mencionaba con anterioridad, sino que forman parte de un abultado número de implementaciones para el estudio de las redes. A pesar de que este hecho suene alentador, la existencia de muchas vías podría dificultar el proceso de selección de la herramienta apropiada. Incluso, algunas veces los usuarios se ven forzados a usar más de una herramienta hasta encontrar la que sea capaz de calcular el indicador deseado.. 1.2.7. Parámetros de calidad de servicio. Los indicadores de calidad de servicio son utilizados para establecer el desempeño de un sistema. En el trabajo “VoIP over MANET (VoMAN): QoS & Performance Analysis of Routing Protocols for Different Audio Codecs” (Brak, Bouhorma et al. 2011) se establecen métricas de desempeño, con parámetros como: demora o latencia, pérdida de paquetes y ancho de banda. El throughput es el número total de bits que son enviados a través del canal en un segundo..

(25) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 13. En el caso de las redes inalámbricas el canal es una frecuencia electromagnética, siendo el ancho de banda el número máximo de bits que pueden ser enviados en un segundo a través de la red. La demora es la medida del tiempo desde el instante en que un paquete deja la NIC1 del nodo emisor, hasta el instante en que es recibido por la del nodo receptor. La demora incluye todos los tiempos necesitados para calcular una nueva ruta, así como también se incluyen las demoras de ruteo tales como el procesamiento en los routers y las demoras en colas. La pérdida de paquetes es una medida del porcentaje de paquetes perdidos en el extremo receptor en relación con los que fueron enviados en el extremo transmisor. Para las métricas de desempeño de las redes, la pérdida de paquetes puede ser estimada por la razón de paquetes entregados conocida como PDR2, la cual es la razón del número total de paquetes de datos entregados exitosamente en el destino con respecto al número total de paquetes generados por la fuente, expresado en por ciento (Brak, Bouhorma et al. 2011).. 1.2.8. Perspectivas futuras. Con el creciente auge de Internet fundamentalmente se ha propiciado la inclusión y popularidad de las redes inalámbricas en todos los ámbitos sociales. La facilidad de acceso a este servicio que posee la tecnología inalámbrica, han propiciado en muchas ciudades del mundo la implementación de la tecnología inalámbricas. Éste es el caso de lugares públicos que ofrecen acceso a Internet en forma inalámbrica, como avenidas, estaciones de servicios y aeropuertos, donde es posible acceder a la Red de redes mediante cualquier dispositivo inalámbrico (Scoot 2010). Recientemente, varias empresas especializadas en el desarrollo de las tecnologías Wi-Fi3 presentaron durante la tercera jornada del Internet Global Congress (IGC) sus proyectos. 1. Network Interface Card. 2. Paket Delivery Rate. 3. Wireless Fidelity.

(26) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 14. sobre nuevas aplicaciones WLAN1 para crear redes de trabajo sin cables, entre los que se encuentra la creación de sistemas que permitirán a los clientes de un restaurante de comida rápida o de un hotel hacer sus pedidos desde un teléfono celular o conectarse a Internet desde un tren (Scoot 2010). Por ejemplo, la empresa Eurona Wi-Fi Networks propone la creación de una red con tecnología Wi-Fi en el ámbito rural. Esta iniciativa, entre otras cosas, permitiría el acceso a Internet mediante la tecnología Wi-Fi a parajes muy pequeños o que se encuentren apartados de las grandes ciudades, proyecto que beneficiaría enormemente a la comunicación en ámbitos rurales. La ciudad de Filadelfia (Estados Unidos) planea ofrecer acceso inalámbrico a Internet en toda su área urbana próximamente. Otras pequeñas ciudades, como Grand Haven (Michigan) ya lo ofrecen y en Europa, ciudades como Amsterdam (Holanda) también tienen proyecciones para crear redes Wi-Fi que permitan acceso inalámbrico y de alta velocidad a Internet desde cualquier PDA, PC2 o Notebook que cuente con la tecnología adecuada (Scoot 2010). La tendencia actual de sistemas de comunicaciones e informática está volcada al desarrollo de la operatividad de dispositivos móviles. En esta carrera ninguna gran empresa de telefonía, software, hardware o servicios afines quiere quedar atrás, tal parece un campo de batalla donde la victoria es obtenida a quien más usuarios gane y para ello las armas que participan son: calidad de dispositivos móviles con gran conectividad a través de Internet, servicios de comunicación con cobertura a nivel mundial, millones de aplicaciones que permiten desde localización por GPS3 hasta millones de juegos. Tal es la vorágine, que hasta las tradicionales empresas de sistemas operativos, han apostado sus últimas versiones dirigidas a este tipo de aparatos, donde la facilidad de acción no la posee un mouse, sino el dedo sobre la pantalla táctil.. 1. Wireless Local Area Network. 2. Personal Computer. 3. Global Position System.

(27) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 15. 1.3 Redes MANET El término “ad-hoc” viene del latín y se refiere a algo improvisado, en comunicaciones el propósito de “ad-hoc”, o comunicación entre iguales, es proporcionar flexibilidad y autonomía aprovechando los principios de auto-configuración (Armando Mercado, Rafaelgil Berríos Figueroa et al. 2009). Una red MANET, que es una implementación de red “ad-hoc”, consiste en un grupo de ordenadores o dispositivos móviles que se comunican cada uno directamente con los otros a través de las señales de radio, sin usar un punto de acceso, como lo muestra la Figura 1.1. Estas conexiones se basan únicamente en las capacidades de comunicación inalámbrica y de interconexión de cada nodo que participa en la red, estando todos estos en igualdad de condiciones, y careciendo entonces la red de una administración central. Las configuraciones “ad-hoc”, son comunicaciones de tipo punto a punto, donde solamente los ordenadores dentro de un rango de transmisión definido pueden comunicarse entre ellos. De modo que, en la tecnología “ad-hoc”, cada terminal de comunicación se comunica con sus compañeros. En estas redes las conexiones son establecidas por la duración de una sesión.. Figura 1.1 Red MANET.. Las redes MANET poseen una gran variedad de dispositivos de diferentes características que la pueden formar, como lo muestra la Figura 1.2. Cada nodo en la red actúa de dos formas a la vez: como estación móvil y como router (Brak, Bouhorma et al. 2011)..

(28) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 16. Figura 1.2 Dispositivos que pueden convertirse en nodos de una red MANET.. 1.3.1. Historia y evolución de las redes MANET. De acuerdo a Armando Mercado (2009) las raíces de las redes MANET se pueden seguir hasta 1968, cuando se iniciaron los trabajos en la red ALOHA para conectar centros educativos en Hawai. Posteriormente en el año 1973, cuando se crea la red PRnet1 o red de paquetes de radio, se establece una red de saltos múltiples. En este contexto salto múltiple significaba que los. nodos cooperaban en la retransmisión del tráfico para llegar a. estaciones distantes que de otra manera quedarían fuera de su alcance. Cuando se estaba desarrollando el estándar para redes de área local inalámbricas IEEE 802.11 el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos sustituyó el término de red de paquetes de radio a red “ad-hoc”, que rápidamente fue asociado a las redes salto múltiples de las operaciones militares o de rescate a gran escala, para dar lugar a las redes MANET que hoy conocemos. Actualmente la visión de la formación de redes MANET incluye escenarios como aeropuertos, por ejemplo, donde las personas llevan dispositivos que pueden conectarse en red en régimen “ad-hoc”. Los dispositivos pueden tanto interconectarse entre sí como hacerlo a puntos de información local por ejemplo, para consultar actualizaciones de salidas de vuelos, cambios de puerta, así como cualquier otra información que necesite el cliente y que sea brindada por el punto. De esta manera la utilización de las redes MANET ha ido 1. Packet Radio net.

(29) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 17. cobrando espacio en la vida moderna hasta formar parte de la cotidianidad (Armando Mercado , Rafaelgil Berríos Figueroa et al. 2009).. 1.3.2. Propiedades de las redes MANET. En el trabajo “Porting AODV-UU Implementation to ns-2 and Enabling Trace-based Simulation” (Wiberg 2002) se establece que la cualidad más importante de las redes MANET se centra en que éstas solo necesitan para su formación que los nodos estén lo suficientemente cercanos unos de otros para establecer la conexión, o sea esta se basa en un método por demanda. Esta peculiaridad elimina la necesidad de componentes de red estacionarios, tales como routers y estaciones base, así como cables y administración central. Los nodos en una red MANET deben hacer circular el tráfico de la red que no va destinado a ellos mismos, en beneficio de los otros. Si estos se rehusaran a hacer esta operación, la conectividad en la red se verá gravemente afectada. De modo que la funcionalidad y utilidad de una red MANET depende del comportamiento participativo de los nodos que conforman la red. Las redes MANET son regularmente autónomas en el sentido de que ellas solamente ofrecen conectividad entre los nodos participantes, pero no realizan la conectividad hacia redes exteriores como Internet. En teoría, sin embargo, nada impide que la existencia de un nodo multi-homed (nodo con conexión a la red MANET y a redes exteriores) actúe como gateway entre estas redes. La topología dinámica impuesta por las redes MANET es otra de las propiedades importantes de esta red. Debido a la libertad de movimiento de los terminales, los nodos pueden asociarse y desasociarse de la red de forma espontánea. No obstante, al tratarse de un sistema autónomo, los elementos son capaces de reorganizarse. Como la topología está sujeta a frecuentes cambios, dados por la movilidad de los terminales y el cambio en el ambiente que rodea a la red, se deben tomar especiales consideraciones cuando son seleccionados los protocolos de ruteo para los nodos. Esto se manifiesta fundamentalmente en que los protocolos de enrutamiento utilizados en redes.

(30) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 18. cableadas no son válidos ni eficientes y protocolos tradicionales como el OSPF1 y el protocolo RIP2 fallarán en la adaptación eficiente a la topología dinámica de una red MANET, ya que frecuentes cambios en la topología no son parte de su operación normal; por lo tanto en redes MANET es necesaria la utilización de nuevos protocolos más adecuados a las características particulares de estas redes. En una red MANET el ruteo es realizado por los nodos, cada uno de ellos tiene la habilidad de reenviar el tráfico hacia otros nodos siendo esta habilidad la que hace posible que fluya el tráfico por la red en múltiples saltos. A diferencia de un router fijo en una red convencional, un nodo en una MANET no tiene que tener muchas interfaces ya que toda la comunicación es usualmente hecha en un solo canal. Otra característica de las redes MANET es el establecimiento de enlaces unidireccionales que complicarían el ruteo, como resultado de diferencias en el radio de transmisión y recepción de los nodos, así como diferentes rangos de transmisión y sensibilidad de recepción. Esta deficiencia se basa fundamentalmente en que el equipamiento de comunicación puede diferir entre los nodos, así como también pueden diferir entre los participantes otros recursos como la capacidad de la batería, de la CPU3 y de memoria. De modo que a la hora de establecer la cantidad de servicios que cada nodo va a proveer, se deberá tener en cuenta las habilidades que poseen cada uno de ellos (Wiberg 2002).. 1.3.3. Deficiencias de las redes MANET:. Los nodos de las redes MANET usan comunicación inalámbrica, de modo que muchas de las deficiencias que se encuentran en las LANs inalámbricas estarán presentes en las redes MANET también. A continuación se establecerán una serie de deficiencias muy comunes en redes MANET.. 1. Open Shortest Path First. 2. Routing Information Protocol. 3. Central Processing Unit.

(31) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 19. Problema de acceso al medio Según Wiberg (2002) los nodos “ad-hoc” usan un medio inalámbrico para transmitir información, el acceso a este medio debe ser controlado para evitar que los nodos transmitan información simultáneamente. Este control lo provee un protocolo MAC1 como IEEE 802.11. Un problema en este contexto es el del terminal escondido. Este ocurre cuando dos nodos, fuera de sus radios de alcance, tratan de transmitir información simultáneamente a un nodo intermedio que está en el radio de alcance de los dos nodos transmisores, como muestra la Figura 1.3. Ninguno de los nodos esperará a que el otro culmine su transmisión, causando una colisión en el nodo intermedio.. Figura 1.3 Problema del terminal escondido. Para evitar este problema, se utiliza el protocolo RTS-CTS2. Con este protocolo un nodo que desea enviar información debe pedir autorización antes de iniciar la transferencia. Aunque este mecanismo no provee de una protección perfecta al problema del terminal escondido, logra solucionar grandes problemas que existían con anterioridad. Otro problema en el acceso al medio inalámbrico es el del nodo expuesto. Este ocurre como resultado de la solución al problema anterior, cuando un nodo oye que está a punto de ocurrir una transmisión y decide no transmitir ninguna información, incluso cuando los datos que él posee no están destinados al nodo que está siendo objeto de destino en la transmisión en curso, como muestra la Figura 1.4. Este problema crea una subutilización 1. Media Access Control. 2. Ready To Send-Clear To Send.

(32) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 20. del medio inalámbrico. Algunas de las soluciones propuestas han sido el uso de antenas direccionales o canales separados para los mensajes de control y para los de datos (Wiberg 2002).. Figura 1.4 Problema del nodo expuesto.. Problema de enlaces de capacidad variable y ancho de banda limitado Los enlaces inalámbricos entre los nodos de una red “ad-hoc” tienen un ancho de banda limitado y son propensos a errores de transmisión, provocados por unos niveles de ruido, atenuación e interferencia superiores al de las infraestructuras fijas. Se debe añadir también que las rutas disponibles pueden variar constantemente. Estos dos factores favorecen que las rutas y vecindades se modifiquen de forma repentina y con ello el retardo y/o validez presente en los enlaces, que altera el retardo final de la comunicación y el ancho de banda disponible para la misma (SAXENA and SINHA 2011).. Problema del consumo de energía La eficiencia energética es un aspecto sumamente importante en la redes MANET, puesto que todos los terminales utilizan algún tipo de batería como alimentación. Dichas baterías tienen capacidades limitadas, por lo que son un recurso escaso a tener en cuenta. Este aspecto ocasiona que la implementación física sea distinta a la de los terminales fijos. Los dispositivos de estas redes son habitualmente ligeros y portables para facilitar su movilidad, y suelen tener opciones de períodos de inactividad o letargo, con el objetivo de una mayor conservación de la energía. La reducción en el consumo energético afecta al rendimiento de la comunicación, ya que.

(33) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 21. puede limitar la capacidad de procesado, almacenamiento, las potencias de transmisión y recepción e incluso influir en el diseño de los protocolos de comunicación (SAXENA and SINHA 2011).. Problema de seguridad de la red El carácter descentralizado de este tipo de red, generan una robustez contra ataques que actúan. sobre un único punto. Sin embargo, una red inalámbrica “ad-hoc” presenta. inherentes vulnerabilidades, especialmente frente a ataques de tipo “eavesdropping”, “spoofing” y “denial-of-service”. Además la transmisión de información sensible, reenviada por nodos intermedios cuyas intensiones son desconocidas, se puede convertir en un asunto extremadamente cuidadoso y delicado Las medidas que se suelen tomar para resolver este tipo de problemas, consiste en la utilización de técnicas criptográficas. Esta solución, no obstante,. podría ocasionar. repercusiones negativas en redes MANET, dado la limitación de recursos de sus terminales (Wiberg 2002).. 1.3.4. Aplicaciones de redes MANET. Según el trabajo “Porting AODV-UU Implementation to ns-2 and Enabling Trace-based Simulation” (Wiberg 2002) muchas aplicaciones de redes MANET han sido propuestas e implementadas. Algunas de las más comunes y utilizadas han sido: . Redes espontáneas: donde colegas de negocios o participantes de un encuentro, reunión o conferencia pueden utilizar una red MANET para compartir documentos, materiales de presentación y notas, sin necesidad de tener una infraestructura de red establecida en la sala.. . Áreas de desastres naturales: en el caso de ocurrir un desastre como un temblor de tierra o un incendio, la infraestructura de la red existente puede quedar dañada. En este caso las redes MANET pueden ser usadas por el personal de urgencias como policías, personal médico o brigada de rescate, para establecer una red de comunicaciones, con el objetivo de ahorrar tiempo y agilizar todas las tares relacionadas con el salvamento..

(34) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas. . 22. Zonas de difícil acceso: estas aplicaciones se realizan en lugares donde no es posible o no resulta rentable instalar una red cableada, como por ejemplo la comunicación de transportes marítimos.. . Redes comunitarias: en este tipo de escenarios tienen como objetivo crear redes multimedia de forma esporádica entre puntos de acceso correspondiente a subredes diferentes. Dentro de esta categoría se hallarían las comunidades de vecinos o redes en lugares públicos como aeropuertos y estadios.. . Edificios con redes inalámbricas: donde pueden ser utilizadas en edificios donde la instalación de redes cableadas es difícil, imposible o muy costoso. Ejemplo de ello pueden ser edificaciones muy antiguas que no pueden ser modificadas o que han sido construidas de forma tal que el cableado resulta difícil de lograr. En estos casos los nodos pueden reemplazar a las estaciones base y a los servidores.. . Redes de sensores inalámbricos: esta constituye otra aplicación de redes MANET, donde miles de sensores pueblan la red. Estos sensores colectan la información y envían reportes hacia nodos preestablecidos cada determinado intervalo de tiempo. La información acumulada puede ser usada por ejemplo en estudios computacionales, con la intensión de generar estadísticas promedio basada en un gran número de reportes. Redes de sensores inalámbricos pueden ser usados en áreas militares o esferas meteorológicas.. . Redes de comunicación vehicular: las redes VANET1 estudian. los escenarios. relacionados con vehículos en carretera. Esta comunicación se puede producir tanto vehículo a vehículo (V2V), como con la infraestructura (I2V y V2I).. 1.3.5. Protocolos de ruteo para las redes MANET. Para un paquete que intente alcanzar su destino en una red MANET, este debe realizar una determinada cantidad de saltos. El propósito fundamental de un protocolo de ruteo es el de establecer y mantener una tabla de rutas, que contenga información sobre el encaminamiento que debe tener cada paquete que arriba a un nodo, la cual es usada por estos para lograr que los paquetes alcancen sus destinos. 1. Vehicular Ad Hoc Network.

(35) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 23. Las redes convencionales utilizan protocolos de ruteo como OSPF y RIP, los que han existido por un largo tiempo y su utilización ha sido muy amplia. Sin embargo, estos protocolos unidos a otros que son comunes para redes normales no cumplen con los requisitos para convertirse en protocolos de ruteo para redes MANET. Las razones que sustentan este hecho son las siguientes: Los protocolos de ruteo utilizados en redes convencionales fueron diseñados con una topología cuasi estática en mente. En una red MANET, con cambios frecuentes en la topología, estos protocolos pueden fallar al converger o alcanzar un estado estable. Los protocolos de ruteo utilizados en redes convencionales fueron diseñados para una red cableada. En estos tipos de redes los enlaces son bidireccionales, en una red MANET, este no es siempre el caso. Diferencias de hardware de los nodos de la redes inalámbricas o fluctuaciones de la señales de radio pueden causar enlaces unidireccionales, por lo tanto los protocolos de ruteo fallarían. Otro problema resulta que los protocolos de ruteo tratan de mantener rutas hacia todos los destinos posibles. En una red MANET con un gran número de nodos esto puede ser imposible porque se necesitaría un gran número de rutas poco factible para ser contenido en una tabla. En las redes MANET flujos periódicos de información de ruteo, que se utilizan en las redes cableadas para actualizar las tablas de ruta, resulta costoso pues en estas redes los nodos compiten por el acceso al medio inalámbrico. Resulta entonces evidente que los protocolos de ruteo normalmente utilizados en redes cableadas no poseen aplicación en las redes MANET (Wiberg 2002).. 1.3.6. Propiedades de los protocolos de ruteo de MANET. Los protocolos de ruteo de redes MANET poseen métricas específicas para el trabajo en este tipo de redes. Métricas Cualitativas:  Operación distribuida: esta característica es esencial en las redes MANET. Como.

(36) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. las redes MANET. 24. no se sustentan en una infraestructura preexistente, su. operación debe ser distribuida y descentralizada.  Libertad de lazo: esta característica es deseada pero no estrictamente necesitada. Esta característica evita que ocurran circulaciones de paquetes de manera indeterminada en la red.  Operación basada en demanda: a instancias de mantener una tabla de rutas con información de rutas entre todos los nodos, el protocolo de ruteo puede encontrar rutas si lo necesita. Esta propiedad evita malgastos de ancho de banda y de energía, con el costo de incrementar la demora por el descubrimiento de rutas.  Operación proactiva: si la búsqueda de rutas por demanda no es aceptable por una aplicación en específico y los recursos de la red y sus nodos lo permiten, una operación proactiva es deseable, con el inconveniente del malgasto de ancho de banda y energía.  Seguridad: es deseable que los protocolos de ruteo tengan la habilidad de utilizar técnicas de seguridad para prohibir modificaciones de la operación de los protocolos.  Operación con períodos sleep: debido a que en los nodos MANET generalmente tienen una cantidad limitada de energía, es deseable que los protocolos de enrutamiento tengan la habilidad de ahorrarle energía a los nodos.  Soporte para enlaces unidireccionales: dado que no está garantizado que los enlaces sean bidireccionales en una red MANET, la habilidad de usar enlaces unidireccionales en los dos sentidos de la transmisión para reemplazar un enlace bidireccional puede tener un gran valor en caso de que una situación como esta ocurra. Métricas Cuantitativas:  Throughput: Medida estadística del comportamiento del ruteo de los datos, la que provee de mediciones de eficiencia básica y desempeño.  Tiempo de adquisición de ruta: el tiempo para establecer una ruta puede ser una medida importante, especialmente cuando se consideran algoritmos reactivos operando en un ambiente altamente dinámico y móvil..

(37) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 25.  Porcentaje de entrega “fuera de orden”: una métrica externa de desempeño de ruteo no orientado a la conexión. Es de un particular interés para protocolos de la capa de transporte que prefieren la entrega ordenada como TCP1.  Eficiencia: expresa la efectividad interna de un algoritmo. Esta puede ser estimada a través de las siguientes razones: – Número promedio de bits de datos transmitidos/ bits de datos entregados: puede ser entendido como la eficiencia de bits de datos transmitidos en la red. Indirectamente indica el promedio de saltos tomados por paquete de datos. – Número promedio de bits de control transmitidos/ bits de datos entregados: indica la eficiencia de la transmisión de control sobre la de datos. No solo incluye los bits en los paquetes de control, sino además los bits de las cabeceras de los paquetes de datos. – Número promedio de paquetes de control y de datos/ paquetes de datos entregados: esta razón indica la eficiencia del canal de protocolos Actualmente existen muchas especificaciones de protocolos de ruteo que han sido desarrollados por el grupo de trabajo IETF2, que centra sus proyectos en redes MANET. Estos protocolos son: AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector), DSR (Dynamic Source Routing), ZRP (Zone Routing Protocol), OLSR (Optimized Link State Routing), FSR (Fisheye State Routing), IERP (Interzone Routing Protocol), IARP (Intrazone Routing Protocol), LANMAR (Landmark Routing Protocol) y TBRPF (Topology Broadcast based on Reverse-Path Forwarding) (Wiberg 2002).. 1.3.7. Métodos de evaluación de redes MANET. Actualmente existen muchos métodos para brindar soporte a las investigaciones en redes MANET. Según Kropff (2006), para el análisis y comparación de diferentes protocolos y 1. Transport Control Protocol. 2. Internet Engineering Task Force.

(38) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 26. algoritmos en MANET, son aplicadas cuatro técnicas: el modelado analítico, la simulación de la red, los experimentos reales y la emulación de la red. El modelado analítico brinda las más elevadas mediciones del mundo real con el menor grado de abstracción, es una técnica costosa y poco factible para realizar experimentos con fines académicos o cuyo fin no sea sustentado por una inversión poderosa que tenga un especial interés en obtener resultados íntegramente reales. La simulación es basada en un modelo abstracto de las capas de la red, mientras que la experimentación de la red se basa en implementaciones existentes. La simulación tiene muchas ventajas: es fácil de ejecutar y puede ser conducida por una sola persona, posee un fácil acceso a herramientas muy potentes como el ns-2, las métricas cuantitativas de desempeño son generalmente fácilmente evaluadas, así como es muy simple acceder a la información colectada, además los efectos del contexto de red son más fácilmente evaluados en este método que en otros. No obstante, las técnicas de modelado para crear simuladores pueden diferir significativamente unas de otras, lo que crea grandes diferencias con referencia a los resultados entre los simuladores, además estos resultados poseen un gran nivel de abstracción y divergen con respecto a los resultados reales. La emulación de la red realiza una aproximación híbrida, en la cual capas reales de la red son combinadas con capas simuladas mediante una capa emulativa para la encapsulación. En general, los emuladores pueden ser vistos como una extensión de un sistema simulado, donde las capas de emulación vinculan eventos del mundo real con eventos simulados y viceversa. Para los emuladores la mayor problemática se centra en la dificultad para repetir un escenario dado, o repetir una prueba precisamente igual a otra realizada con anterioridad. Debido a este problema tanto la repetición de resultados como la comparación de diferentes protocolos de ruteo para un mismo escenario pueden ser difíciles. La emulación de la red en el área de las MANET ha sido ampliamente utilizada para probar modelos analíticos, verificar resultados simulados o prepara experimentos reales. Con los emuladores de la red se incrementa el conocimiento práctico sobre el comportamiento en el mundo real y sobre la actuación según los conceptos de las demostraciones. De esta manera la emulación combina muchas ventajas valiosas:.

(39) CAPÍTULO 1. Las redes MANET como aplicación de las comunicaciones inalámbricas.. 27. • Nuevas aplicaciones pueden ser probadas en tiempo real, tomando en cuenta las limitaciones específicas de los dispositivos, por ejemplo el procesamiento de la energía, el tamaño del buffer o las demoras. Esto permite probar y poner a punto implementaciones de protocolos del mundo real, a la vez que provee de un ambiente de desarrollo adecuado para la investigación, le educación y la producción • De manera similar a la simulación, muchos emuladores permiten el control de los efectos de las capas inalámbricas de forma adecuada y entonces reconstruir la estructura de la red. La fidelidad de la capa de emulación controla la precisión de la repetitividad • Adicionalmente, la emulación ahorra tiempo y recursos para reimplementaciones de protocolos, cuando se cambia de la emulación a pruebas reales. Esta reduce la cantidad de software a utilizar así como el mantenimiento en caso de que haya que reescribir el código de simulación para un sistema específico. La realización de la emulación de la red se lleva a cabo a partir de plataformas de pruebas específicas denominadas testbeds. Los resultados que se obtienen utilizando este tipo de software no llegan a ser tan exactos como pudieran ser los que se obtienen de una experimentación, pero si poseen una veracidad mucho mayor que la que brinda una simulación. De estos tipos de herramientas existe un número considerable en utilización que han alcanzado gran desarrollo en la optimización de sus características de desempeño, aunque son una tecnología relativamente novedosa (Kropff, Krop et al. 2006). 1.4 Consideraciones finales del capítulo El estudio de redes inalámbricas específicamente redes MANET son una buena esfera en la cual desarrollar investigaciones por todas las ventajas que. han sido discutidas con. anterioridad. Como se ha visto estos estudios se basan en la implementación de determinado método de investigación. La emulación como método a utilizar se destaca por sus ventajas sobre las otras vías de evaluación, pero como se ha mencionado la gran variedad de implementaciones de este método dificulta el proceso de elección de una de ellas. Por esta razón el capítulo siguiente se encargará de realizar un trabajo referativo sobre los testbeds con el objetivo de servir como guía para la selección de una plataforma eficiente para realizar pruebas en redes MANET..