Frequency management in a campus-wide Wi-Fi deployment

Over the past years, Internet is spreading more and more. And not only in home devices, but also in other personal devices thus producing a collective mobile lifestyle. At the beginning of its rise, cable solution was the most applied technology. However, in a world becoming a “mobile world”, wired networks can’t fulfil all new challenges. Thus, Wireless networks are increasingly encroaching on the niche of traditional access technologies. In fact, mobile broadband is exponentially being integrated into every aspect of life; and that seems to be only the beginning of what is to come, as the several millions of people using the latest trend gadgets ratify. One of the key technologies that enable mobile Internet access is IEEE 802.11, commonly known by its trademark, Wi-Fi, which assures interoperability and backward compatibility between products. Part of the popularity achieved by Wi-Fi is due to the use of unlicensed (i.e. free) spectrum. Traditionally, only three of the fourteen frequency channels established in the 2.4GHz are used. This is so in order to avoid interference, as these channels (1, 6 and 11) belong to non-overlapping frequencies. However, the recent explosive growth in the number of wireless devices together with the multitude of wireless protocols operating in the unlicensed radio spectrum bands and sharing the same spectrum, lead to a saturation of the limited available spectrum, thus causing the frequency channels assigned to be repeated in close cells. Definitely, it results in interference and performance degradation, and broadly, a non-optimal performance of the network. Within this context, in which the number of users is very large but the radio resources are scarce, efficient channel allocation becomes crucial for the successful deployment and operation of IEEE802.11-based WLANs. And this is indeed the main purpose of this Master Thesis, in which a system able to establish communication with a controller and set a new channel distribution according to a renowned mathematical algorithm is exposed. The presented system has been tested in CBL – UPC Barcelona Tech campus, giving satisfactory outcomes and conclusions as a result. But before going deep into the process details, this work also reviews WLAN 802.11 standards and radio resource management techniques used nowadays, so the reader will easily understand the context which encompasses this work and how the system presented is able to improve an already settled technology.Castellà: Desde hace unos años, Internet se está extendiendo cada vez más. Y no sólo en los hogares, sino también en aparatos de uso personal que están convirtiendo nuestro estilo de vida en un estilo “móvil”. Al principio de su aparición, la tecnología cableada era la más recurrida. Sin embargo, en este mundo cada vez más móvil, nos encontramos con que las redes cableadas no pueden satisfacer los nuevos retos. Es por esto que las redes inalámbricas están invadiendo el espacio de las tecnologías de acceso tradicionales. De hecho, la banda ancha móvil se está acoplando a un ritmo vertiginoso en muchos aspectos de nuestra vida; y esto parece ser sólo el comienzo, como demuestran los varios millones de personas que utilizan los aparatos tecnológicos más modernos. Una de las tecnologías clave que permiten acceso móvil a Internet es IEEE 802.11, más conocida como Wi-Fi, término comercial que asegura interoperabilidad y compatibilidad entre productos. Parte de su popularidad se debe al uso del rango de frecuencias libres de licencia. Tradicionalmente, sólo tres de los catorce canales que establece la banda de 2,4GHz son asignados. Esto ha sido siempre así para evitar interferencias, ya que estos canales (1, 6 y 11) pertenecen a frecuencias que no se solapan. Sin embargo, la reciente explosión en el número de dispositivos inalámbricos así como la cantidad de protocolos que trabajan en el mismo rango frecuencial, provocan una saturación de este espectro limitado, haciendo así que se asignen los mismos canales en celdas cercanas. Sin duda, esto se traduce en interferencias, y en general, hace que el comportamiento de la red no sea el óptimo. En este contexto, en el que el número de usuarios es elevado pero los recursos radio escasos, la asignación eficiente de canales se vuelve crucial para tener buen despliegue y funcionamiento de las redes WLAN basadas en IEEE802.11. Y éste es de hecho el propósito principal de esta Master Thesis, que presenta un sistema capaz de establecer comunicación con una controladora y decidir una nueva distribución de canales según un conocido algoritmo matemático. El sistema que se presenta ha sido probado en el campus CBL–UPC Barcelona Tech, obteniendo resultados y conclusiones satisfactorios. Pero antes de entrar en los detalles del proceso, este trabajo también analiza los estándares IEEE 802.11 así como las técnicas actuales utilizadas en la gestión de recursos, de manera que el lector entenderá fácilmente el contexto en el que este trabajo se realiza y cómo el sistema presentado es capaz de mejorar una tecnología ya asentada

Uso de canales solapados en una red de área de campus inalámbrica con IEEE 802.11

Las redes de área local inalámbricas (WLAN) basadas en la familia de estándares IEEE 802.11 utilizan mayoritariamente la banda industrial científica y médica (ISM) de 2,4GHz en la que compiten con un número cada vez mayor de dispositivos. En aquellos escenarios con una mayor densidad de puntos de acceso, esta situación puede derivar en un rendimiento de las celdas WLAN por debajo sus expectativas en condiciones ideales. En este artículo se estudia un escenario real de este tipo: un campus universitario con cerca 200 puntos de acceso y bajo condiciones de tráfico real. En primer lugar, se seleccionan y determinan una serie de parámetros radio con el fin de caracterizar el escenario en términos de carga e interferencias. Este objetivo se consigue a partir de la interacción con las herramientas de gestión de la propia red. A continuación, se implementa una solución de asignación de canales dinámica que interacciona con las mencionadas herramientas de gestión. La gestión de canales implementada se basa en un algoritmo resultado de investigaciones anteriores que, como aspecto novedoso, tiene en cuenta los canales solapados parcialmente. Para terminar, se presentan una serie de pruebas obtenidas del escenario real que permiten demostrar cómo esta aproximación mejora el rendimiento de la tradicional asignación con tres canales ortogonales (i.e. 1, 6 y 11).Postprint (published version

Gestão remota para pontos de acesso de redes sem fios

Dissertação de mestrado em Engenharia InformáticaNo âmbito de uma rede de um provedor de internet sem fios, faz todo o sentido afirmar que é essencial a existência de um sistema de monitorização com capacidades de acesso remoto e funcionalidades automatizadas. Desta forma, consegue-se reduzir a carga nos administradores da rede, bem como melhorar o tempo de resposta a vários eventos, tais como perda de rendimento da rede e aumento de colisões. Procura-se também que este sistema tenha baixas percentagens de uso da largura de banda. Para atingir esta finalidade, recorre-se a tecnologias normalizadas facilmente disponibilizadas como o SNMP ou NETCONF. Depois de um breve estudo comparativo entre as tecnologias referidas, serão analisadas em detalhe as MIBs mais relevantes relativamente a pontos de acesso sem fios. A existência de nodos escondidos, pela sua importância na degradação da largura de banda de redes sem fios, foi estudada em particular. Um dos algoritmos mais relevantes para a mitigação deste problema utiliza dinamicamente o mecanismo RTS/CTS através da monitorização de parâmetros, tais como o número de retransmissões e número de tramas com erros, activando-o tendo em conta os valores dos parâmetros monitorizados, evitando a introdução de overhead na rede devido ao seu uso desnecessário. Tal algoritmo foi introduzido na aplicação de gestão implementada e testada, sendo que os resultados obtidos não permitiram concluir da relevante bondade deste mecanismo quando aplicado somente do lado ponto de acesso.On the scope of an Internet service provider’s wireless network, it makes all sense to declare that it is essential the existence of a monitoring system with remote access and automated capabilities. With such system it is possible to reduce the network administrators workload, as well as improve the response time to several events, like loss of throughput of the network or increasing collisions. Ideally that system would have low percentages of bandwidth usage. To achieve this, standardized technologies like SNMP or NETCONF will be used. Then it will take place a brief comparative study between those two technologies, followed by a detailed analysis of the most relevant MIBs present on wireless access points. The existence of hidden nodes, for its importance in bandwidth degradation in a wireless network, was studied in particular. One of the most relevant algorithms used for mitigation of this problem dynamically uses the RTS/CTS mechanism through parameter monitoring, such as number of retransmissions and number of frames with errors, activating the mechanism accordingly with the monitored parameters, avoiding overhead addition to the network caused by the unnecessary utilization of the mechanism. Such algorithm was introduced on the implemented and tested management application, though the obtained results didn’t allow to achieve any conclusions relatively to the mechanism when applied only to the access point’s end

Data Communications and Network Technologies

This open access book is written according to the examination outline for Huawei HCIA-Routing Switching V2.5 certification, aiming to help readers master the basics of network communications and use Huawei network devices to set up enterprise LANs and WANs, wired networks, and wireless networks, ensure network security for enterprises, and grasp cutting-edge computer network technologies. The content of this book includes: network communication fundamentals, TCP/IP protocol, Huawei VRP operating system, IP addresses and subnetting, static and dynamic routing, Ethernet networking technology, ACL and AAA, network address translation, DHCP server, WLAN, IPv6, WAN PPP and PPPoE protocol, typical networking architecture and design cases of campus networks, SNMP protocol used by network management, operation and maintenance, network time protocol NTP, SND and NFV, programming, and automation. As the world’s leading provider of ICT (information and communication technology) infrastructure and smart terminals, Huawei’s products range from digital data communication, cyber security, wireless technology, data storage, cloud-computing, and smart computing to artificial intelligence

Modelo de gestão para redes wireless banda larga

Dissertação apresentada à Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro para obtenção do grau de Mestre em Informática, orientada por Vítor Manuel de Jesus Filipe e António Manuel de Jesus Pereira.Actualmente, devido a questões de índole financeira, as operadoras de acesso à Internet não investem em zonas rurais porque não existe compensação financeira adequada ao investimento, nem uma solução tecnicamente válida. Este facto origina cada vez mais o aparecimento das designadas redes WBL (Wireless Banda Larga), que permitem fornecer acesso à Internet às populações discriminadas por esta circunstância. Os aspectos relacionados com a gestão destas redes são normalmente esquecidos e actualmente existe uma carência de soluções economicamente viáveis que possam auxiliar com eficiência esta função. Após uma pesquisa intensiva de soluções comerciais e opensource, de gestão de redes WBL, verificou-se a inexistência de uma solução economicamente viável, assim como, a ausência de um modelo de gestão para as zonas rurais. Este trabalho contribui para a definição de um modelo de gestão, assim como para parte da sua implementação. A proposta do modelo assenta numa solução centralizada, que congrega várias módulos de software opensource, capazes de responder ao conjunto de funcionalidades identificadas como essenciais ao modelo. Os testes efectuados mostram que o modelo apresentado representa uma solução completa, capaz de abranger as várias áreas do processo de gestão de redes WBL em zonas rurais

A study of the applicability of software-defined networking in industrial networks

173 p.Las redes industriales interconectan sensores y actuadores para llevar a cabo funciones de monitorización, control y protección en diferentes entornos, tales como sistemas de transporte o sistemas de automatización industrial. Estos sistemas ciberfísicos generalmente están soportados por múltiples redes de datos, ya sean cableadas o inalámbricas, a las cuales demandan nuevas prestaciones, de forma que el control y gestión de tales redes deben estar acoplados a las condiciones del propio sistema industrial. De este modo, aparecen requisitos relacionados con la flexibilidad, mantenibilidad y adaptabilidad, al mismo tiempo que las restricciones de calidad de servicio no se vean afectadas. Sin embargo, las estrategias de control de red tradicionales generalmente no se adaptan eficientemente a entornos cada vez más dinámicos y heterogéneos.Tras definir un conjunto de requerimientos de red y analizar las limitaciones de las soluciones actuales, se deduce que un control provisto independientemente de los propios dispositivos de red añadiría flexibilidad a dichas redes. Por consiguiente, la presente tesis explora la aplicabilidad de las redes definidas por software (Software-Defined Networking, SDN) en sistemas de automatización industrial. Para llevar a cabo este enfoque, se ha tomado como caso de estudio las redes de automatización basadas en el estándar IEC 61850, el cual es ampliamente usado en el diseño de las redes de comunicaciones en sistemas de distribución de energía, tales como las subestaciones eléctricas. El estándar IEC 61850 define diferentes servicios y protocolos con altos requisitos en terminos de latencia y disponibilidad de la red, los cuales han de ser satisfechos mediante técnicas de ingeniería de tráfico. Como resultado, aprovechando la flexibilidad y programabilidad ofrecidas por las redes definidas por software, en esta tesis se propone una arquitectura de control basada en el protocolo OpenFlow que, incluyendo tecnologías de gestión y monitorización de red, permite establecer políticas de tráfico acorde a su prioridad y al estado de la red.Además, las subestaciones eléctricas son un ejemplo representativo de infraestructura crítica, que son aquellas en las que un fallo puede resultar en graves pérdidas económicas, daños físicos y materiales. De esta forma, tales sistemas deben ser extremadamente seguros y robustos, por lo que es conveniente la implementación de topologías redundantes que ofrezcan un tiempo de reacción ante fallos mínimo. Con tal objetivo, el estándar IEC 62439-3 define los protocolos Parallel Redundancy Protocol (PRP) y High-availability Seamless Redundancy (HSR), los cuales garantizan un tiempo de recuperación nulo en caso de fallo mediante la redundancia activa de datos en redes Ethernet. Sin embargo, la gestión de redes basadas en PRP y HSR es estática e inflexible, lo que, añadido a la reducción de ancho de banda debida la duplicación de datos, hace difícil un control eficiente de los recursos disponibles. En dicho sentido, esta tesis propone control de la redundancia basado en el paradigma SDN para un aprovechamiento eficiente de topologías malladas, al mismo tiempo que se garantiza la disponibilidad de las aplicaciones de control y monitorización. En particular, se discute cómo el protocolo OpenFlow permite a un controlador externo configurar múltiples caminos redundantes entre dispositivos con varias interfaces de red, así como en entornos inalámbricos. De esta forma, los servicios críticos pueden protegerse en situaciones de interferencia y movilidad.La evaluación de la idoneidad de las soluciones propuestas ha sido llevada a cabo, principalmente, mediante la emulación de diferentes topologías y tipos de tráfico. Igualmente, se ha estudiado analítica y experimentalmente cómo afecta a la latencia el poder reducir el número de saltos en las comunicaciones con respecto al uso de un árbol de expansión, así como balancear la carga en una red de nivel 2. Además, se ha realizado un análisis de la mejora de la eficiencia en el uso de los recursos de red y la robustez alcanzada con la combinación de los protocolos PRP y HSR con un control llevado a cabo mediante OpenFlow. Estos resultados muestran que el modelo SDN podría mejorar significativamente las prestaciones de una red industrial de misión crítica