Consumo de Energia Elétrica e Perda de Pacotes em Redes Sem Fio

CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA E PERDA DE PACOTES EM REDES SEM FIO

Wendler Augusto Zacariotto Lorenzo Campos Coiado Lia Toledo Moreira Mota Alexandre de Assis Mota Grupo de pesquisa: Eficiência Energética Pontifícia Universidade Católica de Campinas

1. Resumo Este trabalho trata da realização de testes e estudos visando a análise da relação entre o consumo de energia elétrica de um computador de bordo, ou equivalente automotivo, capaz de se conectar a uma rede sem fio e a perda de pacotes de dados entre o servidor e o cliente. Posteriormente, os dados obtidos podem ser utilizados para avaliação da Qualidade do Serviço da rede de comunicação.

Palavras-chave: Qualidade de Serviço (QoS), IEEE 802.11, Wi-Fi, Consumo de Energia Elétrica, Automóveis elétricos

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1. Introdução Com a expansão mundial do setor de telecomunicações, o consumo de energia associado às redes de comunicações vem crescendo de forma significativa, sendo que esse crescimento pode estar associado ao aumento do número absoluto de equipamentos, ao aumento do consumo de energia (potência ativa) desses equipamentos e ao aumento do tempo de utilização diário da rede. Contudo, outro fator que deve influenciar de forma importante o aumento do consumo de energia em uma rede de comunicação é o desempenho da mesma. É esperado que o consumo de energia elétrica aumente com a degradação da qualidade de serviço, pois o esforço associado à repetição da informação requer, na realidade, que um maior número de tentativas de transmissão seja feito. Portanto, em função das características de desempenho da rede como, por exemplo, relação sinal-ruído, perda de pacotes, necessidade de retransmissão de dados, pode haver um aumento do consumo de energia

necessário

para

a

realização

da

troca

de

informação.

Assim, a determinação do consumo de energia de uma rede deve considerar a modelagem tanto dos equipamentos presentes na própria rede quanto da influência dos parâmetros de desempenho no consumo de energia associado à rede em análise. Dessa maneira, o consumo de energia de uma rede de comunicação pode ser entendido, então, como um parâmetro de Qualidade de Serviço da mesma. Tornase, então, de fundamental importância a avaliação do consumo de energia elétrica nessas redes, considerando todos os componentes das mesmas, em especial as redes sem fio regidas pelo padrão IEEE802.11, dado seu atual grau de penetração na sociedade (BIAZOTTO,2014). Outra iniciativa é a avaliação do consumo energético de redes IEEE 802.15 (“Bluetooth”) em automóveis elétricos, constituindo um mercado em busca de expansão; nesse sentido, a análise do consumo energético de computadores de bordo desses veículos que utilizam esse padrão de comunicação (IEEE 802.15) também é importante e pode ser analisada futuramente. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo avaliar a relação entre o consumo de energia associado a equipamentos componentes de uma rede de comuni-

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cação sem fio (padrãoIEEE802.11) e a qualidade da comunicação estabelecida, em especial ao que se refere à perda de pacotes na comunicação.

2. Metodologia 2.1

Desenvolvimento

2.1.1

Estudos sobre Politica de Qualidade de redes e de Qualidade de serviço

Inicialmente, foi realizada uma revisão bibliográfica sobre a Política de Qualidade de Redes (QoS) e sobre a Perda de Pacotes. De forma mais específica, foram utilizadas as referências (FONTOLAN, 2010) e (RUBINSTEIN & REZENDE, 2002).

2.1.2

Medição do Consumo de Energia

Para analisar o consumo de energia associado a computadores em uma rede IEEE 802.11, foi utilizada uma placa (visualizada na Figura 1), responsável por determinar a potência demandada pelo computador bem como seu consumo de energia; as medições foram realizadas inicialmente em computadores sem conexão com qualquer rede; em seguida, foi feita a análise do mesmo computador, porém conectado a uma rede Wi-Fi IEEE 802.11. Seqüencialmente, foi utilizado também um Wattímetro digital ET-4091 com o mesmo intuito, ou seja, determinar a potência e o consumo de energia associados aos computadores em análise, conforme a Figura 2.

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Figura 1 – Placa de medição de Potência e Consumo de Energia Elétrica

Figura 2 – Alicate Wattímetro Digital ET-4091

2.1.3

Estudos sobre a Anomalia da MAC em uma rede IEEE 802.11

Também estudou-se a anomalia MAC através da referência (CARVALHO & REZENDE, 2004), que aborda a identificação da ocorrência da anomalia da MAC a partir de análise realizada por meio da utilização de dois notebooks utilizando os daPONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE CAMPINAS – RELATÓRIO FINAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA 4

dos de um mesmo AP com apenas um ponto de acesso. Com a utilização de dois notebooks (estações de acesso), foram criados diferentes cenários para a instalação da anomalia da MAC, pois essas estações são móveis. Essa topologia criada entre as duas estações (A e B) está ilustrada pela Figura 3.

Figura 3 – Arquitetura para a instalação da anomalia da MAC

Foi montada uma arquitetura de ambiente computacional para que pudesse ser coletado o consumo de energia elétrica sendo que nesta arquitetura esteja instalada a anomalia da MAC. Nesse ambiente, foram utilizados um equipamento de medição de consumo de energia elétrica, um microcomputador com uma placa MicrotikRouterboard RB14 capaz de tornar o microcomputador um ponto de acesso a rede IEEE 802.11 e duas estações conectadas a esse ponto de acesso, sendo que, nesse computador, e no microcomputador com a placa, estava instalado o software “sniffer” Wireshark para que se pudesse analisar a perda de pacotes de toda a arquitetura montada.

2.1.4

Metodologia para a medição da perda de pacotes na comunicação

Para a realização das medições associadas à perda de pacotes na rede, utilizou-se o software gratuito chamado “Jperf” seguindo uma metodologia similar a da referência (BIAZOTTO, 2012). Mediu-se a Qualidade de Rede de um ponto de acesso para os dois notebooks gerando um gráfico com os dados obtidos durante varias medições em diferentes pontos. A interface do “Jperf” pode ser observada pela Figura 4.

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Figura 4 – Interface do Software Jperf, configurado como Servidor

Com os dados obtidos pelo “Jperf” utilizou-se outro software chamado “Wireshark” o qual, partiu desses dados obtidos pelo programa anterior referente à análise do tráfego gerado pelo servidor e cliente (configurados incialmente pelos notebooks A e B), produzindo então um segundo gráfico, conforme ilustra o item 3 desse documento.

2.1.5 Metodologia para relacionar o consumo de energia elétrica e a perda de pacotes em uma rede IEEE 802.11

Finalmente, nessa etapa buscou-se a análise da relação entre o consumo de energia e a perda de pacotes na rede Wi-Fi. A tela do software “Wireshark” utilizado nessa tarefa encontra-se ilustrada na Figura 5.

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Figura 5 – Interface do programa Wireshark

3. Resultados e Análise Foram consolidados os estudos sobre energia elétrica, formas de obtenção do consumo de energia em relação à perda de pacotes em redes IEEE802.11, e o estudo sobre os softwares “Wireshark” e “Jperf” que auxiliaram na análise da perda de pacotes da rede. Os resultados obtidos mostram que a metodologia utilizada para a determinação do consumo de energia é válida, conforme a Figura 6, utilizando um microcomputador com uma placa MicrotikRouterboard RB14 (Figura 7), capaz de possibilitar a realização de testes com uma rede Wi-Fi, uma placa de medição, para a captação do consumo de energia elétrica das estações e do próprio microcomputador e o software “Wireshark” para a análise da quantidade de pacotes perdidos referente aos dados obtidos pelo “Jperf”.

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Figura 6 – Ambiente para medição do consumo de energia

Figura 7 - Placa MicrotikRouterboard

Por meio do software “Jperf”, gerou-se um gráfico no notebook configurado como cliente, observando-se no eixo das abscissas o tempo dado em segundos e no eixo das ordenadas a quantidade de Bytes trafegados, conforme a Figura 8.

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Figura 8 – Gráfico gerado pelo Jperf da quantidade de dados

A partir desses dados obtidos pelo “Jperf”, utilizou-se o software “Wireshark“ para gerar um gráfico da UDP (UserDatagramProtocol) o qual pode ser visto e analisado pela Figura 9, onde tem-se no eixo das abcissas o tempo em segundos e no eixo das ordenadas a quantidade de pacotes perdidos.

Figura 9 – Gráfico gerado pelo Wireshark da quantidade de pacotes perdidos na UDP

Uma vez que foram desenvolvidas metodologias que possibilitaram a coleta de dados referentes ao consumo de energia e à perda de pacotes, é possível, futura-

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mente, estabelecer uma relação, fundamentada em modelos matemáticos, entre o consumo de energia e a perda de pacotes em redes IEEE802.11.

4. Conclusão A arquitetura computacional montada tornou possível a obtenção de dados referentes ao consumo de energia elétrica e à perda de pacotes em uma rede Wi-Fi IEEE 802.11. Foi captada uma grande quantidade de pacotes perdidos na comunicação em decorrência da presença de ofensores na rede (instalação da anomalia da MAC) e da distancia dos pontos entre as medições. Notou-se também a presença de paredes e outros computadores influenciando na perca de pacotes. Conclui-se que más condições de conexão acabam derrubando a vazão da rede, pois a máquina nessa situação força a rede a cumprir com a taxa negociada e demora mais para servir os pacotes para a estação ofensora, sendo assim, retarda o serviço nas outras estações conectadas ao mesmo AP. Foi possível observar, ainda, uma relação entre a quantidade de pacotes perdidos e o consumo de energia na rede IEEE 802.11, que poderá ser determinada, futuramente, utilizando-se modelos matemáticos.

5. Referências Bibliográficas BLOODSHED DEV-C++ (2010). Full-featured Integrated Development Environment (IDE) for the C/C++ programming language. Disponível online em http://www.bloodshed.net/devcpp.html. Acesso em 23-11-2010. FONTOLAN, L. F. “Política de QoS para Redes IEEE802.11 com seleção de taxa de serviço baseada em índice de justiça”. Dissertação de Mestrado (Mestrado profissional em Gestão de Redes Telecomunicações) – Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Ciências Exatas, Ambientais e de Tecnologias, Pontifícia Universidade Católica de Campinas – PUC-Campinas.(2010).

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WIRESHARK

–

protocol

analyzer

(2010).

Disponível

online

em

http://www.wireshark.org/. Acesso em 29-5-2014. CARVALHO, C. B.; Rezende, J. F. "Seleção Dinâmica de Parâmetros de QoS na Resolução da Anomalia de Performance do IEEE 802.11 b." XXI Simpósio Brasileiro de Telecomunicações (2004). RUBINSTEIN, M. G.; Rezende, J. F. "Qualidade de serviço em redes 802.11." XX Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores (SBRC2002) (2002). BIAZOTTO, Luiz Henrique. “Consumo de energia e qualidade do serviço em redes IEEE802.11”. Dissertação de Mestrado. (Mestrado profissional em Gestão de Redes Telecomunicações) – Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Ciências Exatas, Ambientais e de Tecnologias, Pontifícia Universidade Católica de Campinas – PUC-Campinas. (2012). IPERF,

(2012)

disponível

em



acesso

em

12/05/2014.

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