IFPR-Labtelecom: Rede IFPR Alunos

Rede IFPR-ALUNOS: Esse projeto consiste no estudo e desenvolvimento de uma rede sem fio (Wireless) distribuída para melhorar a conectividade no Campus Curitiba. Considerando os recursos disponíveis, esse projeto tem como objetivo principal estudar a melhor topologia e os métodos para interligar vários pontos de acesso (APs) de baixo custo disponíveis no laboratório a fim de formar uma rede distribuída com acesso sem fio utilizando a norma IEEE 802.11 (WiFi). Para isso foram desenvolvidas algumas ferramentas para analisar e monitorar a rede. Por exemplo, no gráfico abaixo é apresentado o monitoramento dos dispositivos conectados diariamente na rede, mais detalhes técnicos sobre o monitoramento no projeto CMS - Conexões de Rede.

Com o método de monitoramento de banda, mais detalhes técnicos no projeto CMS - taxa [bps], é possível visualizar a banda de download e upload das redes sem fio. Os switches multilayer realizam o processo de roteamento e os switches de distribuição conectam os pontos de acesso das estações sem fio.

No servidor DNS local é possível visualizar as conexões de rede nas últimas 24 horas e o conteúdo filtrado conforme apresentado nas figuras 7 e 8.

A infraestrutura da rede está integrada com o laboratório conforme diagrama apresentado em Labtelecom - Infraestrutura

INTRODUÇÃO - ALGUNS DETALHES TÉCNICOS DO PROJETO

É importante salientar que esses pontos de acesso são projetados para uso doméstico, ou seja, é utilizado por poucos dispositivos conectados simultaneamente. No monitoramento foi verificado em um ensaio piloto uma média de 373 dispositivos conectados durante um dia na estação de acesso da sala 307. Além disso, com o método de monitoramento de banda, verificou-se uma quantidade maior de acesso durante os 3 turnos (manhã, tarde e noite) durante de segunda a sexta-feira conforme gráfico abaixo no período de 30/09/2019 até 05/10/2019.

Se consideramos o ponto de acesso da sala 307 com 373 dispositivos conectados em média por dia e com um consumo de banda distribuídos durante os 3 turnos, podemos estimar no pior dos casos que existem 373/3, isto é, aproximadamente 124 clientes conectados simultaneamente no ponto de acesso. Evidentemente, muito acima da quantidade de conexões residenciais. Além disso, considerando a forma de acesso mais simples dos equipamentos (IEEE 802.11g) onde a taxa máxima é de 54 Mbps, pode-se estimar um consumo de banda de 54 Mbps/124 dispositivos, ou seja, 435 kbps para cada dispositivo conectado. Isso sem considerar interferências e atrasos na rede que certamente vão diminuir as taxas de transmissão.

Nesse contexto, podemos por exemplo de forma mais simples montar uma estação sem fio com 3 pontos de acesso no mesmo local, com o mesmo nome da rede (SSID), porém com canais diferentes, por exemplo os canais 1, 6 e 11 que não tem sobreposição do espectro de frequência para a norma IEEE 802.11g. Consequentemente, para o mesmo cenário descrito anteriormente podemos ter no melhor dos casos 3x54 Mbps, ou seja, 162 Mbps de acesso.

Os equipamentos mais modernos implementam as técnicas de acesso descritas na norma IEEE 802.11n que fornecem acessos de 150 Mbps em um único canal com o uso de múltiplas antenas devido a melhoria das técnicas de codificação e modulação, contudo o custo é mais elevado. Além disso, outro fator relevante é a quantidade de clientes conectados simultaneamente. Nesse caso, ao utilizar os 3 pontos de acesso ao invés de um equipamento com 150 Mbps, é distribuída a carga de processamento do equipamento, ou seja, cada equipamento vai gerenciar uma quantidade menor de clientes, otimizando o tempo de resposta da rede.

FASE I - IMPLANTAÇÃO DOS PONTOS DE ACESSO EW303, EW305 e EW307 

A topologia básica de uma estação wireless é apresentada na figura 5, onde os 3 pontos de acesso (com canais 1, 6 e 11) são conectados no Switch Multilayer 3650 que cria 3 redes distintas e possibilita a medição do tráfego de download e upload da rede. Lembrando que o link de 300 Mbps é formado por agregação de link (LAg) conforme implementado no projeto Rede Ópticas 2/2019. O servidor Linux Debian realiza a captura dos parâmetros do Multilayer 3650 permitindo analisar o tráfego de rede e a quantidade de dispositivos conectados.

Figura 5- Topologia básica de uma estação wireless com 3 pontos de acesso

Um fator relevante também é o posicionamento dos pontos de acesso, uma vez que o objetivo é utilizar vários equipamentos porém com o mesmo SSID gerando a impressão para o usuário de uma rede única. Se posicionados na mesma localidade e com antenas omnidirecionais os pontos de acesso tem a mesma área de cobertura, podendo assim dividir de maneira uniforme a quantidade de dispositivos conectados. 

Visando distribuir melhor o sinal Wifi e considerando a estrutura da rede atual do Labtelecom, os pontos de acesso foram deslocados conforme a topologia apresentada na figura 6, onde tem-se dois links de Internet (nuvem IFPR), sendo o principal no ARD B no Firewall ASA5512-X e um secundário no ARD A fornecido pelo roteador 1921. Esse equipamentos também interligam as redes de computadores das sala 303 e 305. Para separar o tráfego de rede são utilizados endereços de redes distintos e cada rede possui uma VLAN específica visando separar o tráfego nos links de transporte (trunks) que interligam os armários. Além disso, se o ponto de acesso não estiver conectado em um switch multilayer é possível transportar as informações da rede para o roteador mais próximo utilizando VLANs distintas com a técnica de roteamento dot1q.

FASE II - EXPANSÃO DA REDE COM ESTAÇÕES EW11, EW21 E EW31

Na fase II o projeto foi ampliado com o projeto final da turma 2021 do Curso Técnico em Telecomunicações. A proposta executada está detalhada no documento abaixo.

Nas figuras abaixo são mostradas as fotos das estações implementas EW11, EW21 e EW31. Além disso, é apresentado o armário com o switch de distribuição na sala 307.

Esse trabalho foi apresentado na Jornada Científica do Campus Curitiba em 08/10/2022, conforme pôster logo abaixo.

FASE III - ESTAÇÃO WIFI TÉRREO (EW1) E CABEAMENTO DO LABORATÓRIO 04

Na fase III o projeto foi ampliado com o projeto final da turma 2022 do Curso Técnico em Telecomunicações. A proposta executada está detalhada no documento abaixo.

Na figura 3 é apresentada a estação EW01 com 3 pontos de acesso interligados ao rack no piso térreo com uma estrutura de rede e monitoramento.

No ano 2022 foram apresentados  os trabalhos  e Rede IFPR-IoT e Cabeamento Estruturado do Laboratório 03 nos eventos IFTech e SeCIF em 08/10/2022.

FASE IV - ESTAÇÃO WIFI TÉRREO (EW02), AUDITÓRIO (EW12) E SEGUNDO ANDAR (EW22)

Na fase IV o projeto foi ampliado com o projeto final da turma 2023 do Curso Técnico em Telecomunicações. A proposta executada está detalhada no documento abaixo.

Nas figuras abaixo são mostradas as estações implementadas (EW02, EW12 e EW 22) durante a fase IV.

No ano 2023 foram apresentados os trabalhos Rede WiFi6, GPON e Cabeamento Estruturado do Laboratório 03 nos eventos IFTech e SeCIF em 16/11/2023.