Introduzione
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Introduzione
La rapida diffusione delle tecnologie Wireless nell’ultimo decennio, in particolare dei sistemi WLAN (Wireless LAN) 802.11, ha portato allo sviluppo di nuove applicazioni e scenari di utilizzo. Le Wireless Mesh Network (WMN) nascono da una naturale evoluzione delle WLAN, nelle quali sostituiscono il sistema di distribuzione tra i nodi della rete con tecnologia completamente wireless. A differenza delle reti ad-hoc multi-hop, che hanno trovato poco interesse pratico da parte del mercato consumer, le WMN emergono come una estensione flessibile e a basso costo delle infrastrutture cablate, trovando un riscontro pratico in una vasta gamma di applicazioni general-purpose.
Questa architettura si presenta quindi come una soluzione promettente, e, sebbene sia ancora poco matura e negli stadi iniziali di sviluppo, molti testbed sono nati in ambito accademico e diversi prodotti mesh sono già presenti sul mercato.
La tecnologia sui cui si tende a fare maggiore sperimentazione è ovviamente IEEE 802.11 che offre, oltre ad una notevole capillarità sul mercato, una vasta gamma di strumenti applicativi e di sviluppo. La
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comunità open source ha sviluppato, nel corso degli anni, molti strumenti applicativi e soluzioni basate sullo standard IEEE 802.11, che, spesso, rappresentano una risorsa fondamentale per lo sviluppo di prototipi di nuove soluzioni. La ricerca nel campo delle WMN, pertanto, è partita dalla rivisitazione dei protocolli esistenti per le attuali reti wireless IEEE 802.11, in particolare quelle ad-hoc multi-hop, cercando di adattarli alle esigenze delle mesh networks. Lo standard IEEE 802.11 prevede allo stato attuale la possibilità di costruire reti WLAN con sistema di distribuzione wireless (Wireless Distribution System), tuttavia mancano tutti quei servizi che contraddistinguono le WMN, quali auto configurabilità ed inoltro multi-hop; ne deriva che, nella maggior parte delle proposte esistenti, tutti questi servizi fondamentali vengono implementati a livello tre dello stack ISO/OSI, e, spesso, ciò rende le varie architetture non interoperabili. Anche i prodotti esistenti sul mercato sono destinati a costituire isole di tecnologie proprietarie, e sebbene possano essere adatti a particolari scenari limitati, hanno lo svantaggio di non essere interoperabili con le altre soluzioni.
Allo scopo di permettere uno sviluppo efficiente delle WMN basate su IEEE 802.11 e garantire l’interoperabilità delle varie soluzioni, la IEEE ha iniziato un processo di standardizzazione che mira a definire un framework di base per lo sviluppo di reti WMN, introducendo le funzionalità di base come un estensione logica del MAC 802.11. In questo modo lo sviluppo di servizi aggiuntivi proprietari può avvenire in modo trasparente ai livelli superiori dello stack ISO/OSI garantendo l’interoperabilità con le altre soluzioni.
L’obiettivo di questa tesi è stato quello di progettare e realizzare una architettura WMN completamente a livello due, basandosi sulle direttive del
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nascente standard IEEE 802.11s. In particolare è stato realizzato un framework software che garantisce un supporto comune a tutti i servizi previsti dallo standard, dalle funzionalità di autoconfigurazione, alla gestione distribuita della topologia e del protocollo di routing a livello due.
Il sistema è stato realizzato come una estensione logica del livello MAC, gestita esternamente ai driver della scheda di rete, cercando di introdurre i meccanismi previsti dallo standard al di sopra delle classiche implementazioni statiche dei Wireless Distribution System. A causa delle limitazioni tecniche dell’architettura scelta e alle direttive ancora non complete dello standard, si sono dovuti estendere alcuni dei meccanismi con algoritmi e scelte progettuali dedicate, cercando tuttavia di rimanere il più possibile fedeli alle ultime ratifiche dell’ente di standardizzazione. Considerando le applicazioni tipiche di questa tecnologia, che mirano a fornire l’accesso ad Internet agli utenti della rete mesh, si è scelto di sviluppare con particolare attenzione il protocollo di routing per la formazione dei percorsi di instradamento verso il punto di interconnessione della rete mesh come le reti esterne. Allo stesso tempo è stato implementato il supporto allo sviluppo del routing on-demand per l’instaurazione della connessione peer-to-peer tra dispositivi interni alla rete.
Uno degli obiettivi nella realizzazione della piattaforma software è stato quello di garantire una facile estendibilità e supporto all’introduzione delle funzionalità aggiuntive previste dallo standard, per costruire un framework completo sulla cui base effettuare nuovi studi e sperimentazioni.
Nel primo capitolo viene fatta una panoramica sulle caratteristiche e le problematiche delle wireless mesh network, mettendo in evidenza le principali problematiche nello sviluppo di applicazioni reali. Il secondo
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capitolo descrive lo standard IEEE 802.11s, con particolare attenzione agli aspetti sviluppati nel corso di questa tesi. Il terzo capitolo descrive il progetto e le caratteristiche funzionali dell’architettura, mentre nel quarto capitolo viene presentata sommariamente l’architettura del software. Il quinto capitolo, infine, riporta alcuni test funzionali a dimostrazione delle effettive capacità del framework realizzato.
