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Uma Proposta para Detecção de Sobreposição de Sinais em
Redes Sem Fio
Mariana Dornelles1, Gerson Battisti1, Sandro Sawicki1
1Departamento de Tecnologia – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio
Grande do Sul (UNIJUI)
Caixa Postal – 98900.000 – Santa Rosa – RS – Brasil
Grupo de Análise, Simulação e Computação Aplicada
{mariana.dornelles,battisti,sawicki}@unijui.edu.br
Abstract. This paper presents a proposal for intersection signal detection. The
proposed model is targeting to wireless networking and it is based on
microwave transmission model (without any obstacles). The proposed model
uses the circle mathematical model.
Resumo. Este artigo apresenta uma proposta para a detecção de interseções
de sinal em redes sem fio. O modelo proposto é baseado no modelo de
transmissão de micro-ondas no ar (sem interferências) e usa como resolução
o método matemático da intersecção entre circunferências.
1. Introdução
As redes sem fio representam uma forma rápida para estimular o acesso e o
compartilhamento de informações de forma rápida e produtiva. Elas formam uma
grande onda que se justifica pela busca incessante da praticidade e conhecimento. Entre
os benefícios para a utilização de redes sem fio, pode-se destacar: (i) a conveniência:
praticamente todos os equipamentos móveis tais como, laptops e telefones celulares são
equipados com tecnologia sem fio; (ii) produtividade: o acesso fácil a informação
estimula a cooperação entre profissionais; (iii) mobilidade: pode-se permanecer
conectado a rede, sem a imposição de conexões físicas; (iv) custo: elimina ou reduz os
custos com cabeamento durante mudanças ou reconfigurações.
Percebe-se, por sua vez, que as redes sem fio padrão IEEE 802.11 estão
espalhadas nos mais diversos lugares (escritórios, bares, restaurantes, parques)
propiciando acesso fácil aos usuários. A instalação desse tipo de rede em pequenos
ambientes é uma tarefa relativamente simples, pois normalmente deseja-se cobertura
total do local e apenas um equipamento já é suficiente para essa cobertura.
Ao mesmo tempo em que propicia mobilidade, as transmissões sem fio passam
barreiras físicas como paredes e móveis. Se por um lado isso interfere na qualidade do
sinal e prejudica a recepção, por outro lado o sinal pode se propagar para fora da área
desejada caracterizando problemas de segurança.
A implantação de redes sem fio em ambientes complexos demanda a análise de
inúmeras variáveis, tais como, múltiplos pontos de acesso, espessura das paredes,
interferências eletromagnéticas, número de usuários, restrições de cobertura (áreas que
não devem ser cobertas ou locais onde o sinal não deve “vazar”), entre outros.
Este trabalho propõe um modelo para a detecção de interseções de sinal em redes
sem fio baseado de modelo de circunferências. A Seção 2 apresenta os trabalhos
relacionados. A Seção 3 descreve a formulação do problema de sobreposição de sinais e
o modelo de detecção de interseções proposto por este trabalho. A Seção 4, demonstra
como este modelo é aplicado na meta-heurística baseada em fenômenos naturais,
chamada Simulated Annealing [1]. Finalmente, a Seção 5 apresenta as conclusões e
trabalhos futuros.
2. Trabalhos Relacionados
Gómara et. al. [2] apresentam um método de análise de desempenho aplicado em
um centro de eventos. Esse modelo reproduz no ambiente o comportamento dos
usuários em um evento. O modelo proposto melhora os recursos de rede de forma
flexível, sempre que a rede novos recursos forem exigidos.
Bisatto et. al [3] propõe a implantação de algoritmos para obtenção da
localização de estações sem fio, baseada na técnica de trilateração. Os autores concluem
que a técnica de trilateração obtém um aumento de erro de aproximadamente 1 metro no
resultado final. Entretanto, essa abordagem possui maior facilidade de implementação
em comparação com a análise realizada com o método fingerprinting.
Morais et al. [4] apresenta um modelo de localização de pontos de baseada em
sniffers. O objetivo desse trabalho é melhorar a precisão de um sistema de calibragem,
estimando-se o decaimento de sinal provocado por obstáculos entre o ponto de acesso e
o sniffer sem-fio. O modelo analítico de propagação de sinal utilizado para construção
do modelo de localização é capaz de refletir de forma mais realista o ambiente
monitorado. Esta modificação melhora a precisão em ate 13% em erro médio, quando
não se utiliza qualquer informação sobre o ambiente monitorado.
Lopes et. al. [5] descreve um modelo de propagação para interiores, baseado em
uma analise teórica. O modelo de propagação proposto é aferido com medidas a
2,4GHz. Com base nessas medidas, descreve uma tabela de atenuação para os
obstáculos no percurso do rádio em interiores.
Hoffmann e Gómez [6] apresentam a modelagem inicial de um protótipo de um
Sistema de Informação Geográfica (SIG), o qual auxilia na tomada de decisão de
posicionamento de torres de radiotransmissão. O problema é abordado de duas
maneiras, a primeira define os locais a serem instaladas as antenas visando o máximo de
pontos possíveis, e a segunda visa o mínimo de antenas possíveis, dado um numero total
de pontos a serem atendidos.
3. Modelo Proposto para Detecção de Interseções
O modelo de detecção proposto é baseado no modelo de propagação de
transmissão de micro-ondas no ar, sem interferência. A propagação é definida como o
raio de alcance de cada ponto de acesso, de acordo com a potência da antena. O
funcionamento da propagacao das ondas eletromagne^ticas emitidas por um ponto de
acesso a rede sem fio com uma antena omni, é ilustrada nas figuras 1 e 2.
Figura 1: Modelo de Propagação
A solução inicial do modelo proposto fornece um posicionamento aleatório dos
APs. De posse dessas informações sabe-se as posições a e b que representam o centro de
cada elemento. O raio é representado pelo alcance do sinal emitido do centro do
elemento para todos os lados, formando assim um círculo. Tal informação é fornecida
de acordo com as características de cada dispositivo e passadas como um dos
parametros para a meta-heurística de otimização.
Figura 2: Representação do Ap
Para encontrar a localização dos pontos da intersecção, utiliza-se a soma das
equações dos círculos. Sendo x e y os pontos intersecção e a e b os pontos do centro, a
fórmula do círculo é representada pelas equações 1 e 2:
(1)
(2)
Sendo d a distância entre os pontos p1(a1,b1) e p2(a2,b2), representada pela
equação 3, abaixo. Sua abordagem é utilizada para encontrar o ângulo entre o raio e as
interseções.
x
−
a
1
2
y
−
b
1
2
=
r
1
2
x
−
a
2
2
y
−
b
2
2
=
r
2
2
(3)
Os ângulos do semicírculo das circunferências são encontrados por meio da
fórmula 4 e 5. O ângulo do semicírculo da circunferência é representado por O e
calculado pela razão entre a distância d jutamente com a multiplicação do raio r.
(4)
(5)
A área de intersecção entre circulos é apresentada na equação 6. Essa
abordagem calcula a área hachurada da Figura 2.
Figura 3: Intersecção entre Circunferências
4. Ambiente de Execução
O modelo proposto atua em um ambiente que busca evitar a sobreposição de
sinais. O ambiente é baseado na meta-heurística chamada Simulated Annealing [1], que
é baseada em fenômenos naturais (Figura 3), tais como a cristalização de metais,
diferente da proposta apresentada por [7] que simula um sistema de molas utilizando
atração e repulsão de elementos. A cada perturbação da meta-heurística, sua função de
custo retorna um novo resultado baseado no modelo de sobreposição descrito na Seção
3. O Simulated Annealing atua inicialmente em altas temperaturas, aceitando qualquer
resultado. No momento que inicia-se o processo de resfriamento, as avaliações são mais
O
2
=
2
⋅
arc s in
d
2r
2
A
=
O
1
⋅
r
1
2
O
2
⋅
r
2
2
360
−
d
4
⋅
4
⋅
r
1
2
−
d
2
4
⋅
r
2
2
−
d
2
d
p
1,
p
2
=
a
1
−
a
2
2
b
1
−
b
2
2
O
1
=
2
⋅
arcs in
d
2r
1
(x2,y2)
(x1,y2)
d
p
1,
p
2
=
a
1
−
a
2
2
b
1
−
b
2
2
seletas, tornando-se um algoritmo guloso no momento que a temperatura se aproxima de
zero.
Figura 4: Meta-Heurística Simulated Annealing [1]
6. Conclusões e Trabalhos Futuros
Este trabalho apresentou a proposta de um método para a detecção de
sobreposição de sinais em redes sem fio. Utilizou-se como referência o modelo de
propagação de transmissão de micro-ondas no ar, sem interferência. A abordagem
explora as equações da circunferência. Este trabalho está inserido em um ambiente de
otimização baseado na meta-heuristica Simulated Annealing.
A próxima etapa deste trabalho é avaliar a propagação dos sinal com
interferência do meio (resistência dos materiais) e desenvolver novos modelos de
sobreposição e propagação, juntamente com a simulação e obtenção de resultados com
parâmetros reais.
Referências
[1] KIRKPATRICK, S.; GELATT, C. D.; VECCHI, M. P. Optimization by Simulated
Annealing. Science, Number 4598, 13 May 1983, [S.l.], v.220, 4598, p.671–680,
1983.
[2] GÒMARA, Sonia; JUIZ, Carlos; Estudio en rendimiento de redes en un palacio de
congresos mediante simulacion; In: XXXV Latin American Informatics
Conference, CLEI 2009.
[3] BISATTO, Ana Paula; PERES, André. Localização de Estação Sem Fio Utilizando
Trilateração; X Salão de Iniciação Científica e Trabalhos Acadêmicos, 2009.
[4] MORAES, Luis Felipe; NUNES, Bruno; FERNANDES, Rafael. Utilizando
Características do Ambiente Monitorado Para Aumentar a Precisão na Localização
de Dispositivos Wi-Fi Evitando a Calibragem. In: Simpósio Brasileiro de Redes de
Computadores e Sistemas Distriuídos, SRBC, 2008
[5] LOPES, R.; FREIXO, P.; SERRADOR, A., Modelo de Propagação para WLANs.
In: Terceiras Jornadas de Engenharia de Electrónica e Telecomunicações e de
Computadores. , JETC'05. Lisboa, Portugal, Novembro, 2005.
[6] HOFFMANN, L. T. ; GÓMEZ A. T.; Desenvolvimento de um Protótipo de um Sis-
tema de Informação Geográfica para Auxílio à Tomada de Decisão de Posiciona-
mento de Torres de Radiotransmissão. Trabalho de Conclusão de Curso, Unissinos,
2002.
[7] VISWANATHAN, N.; PAN, M.; CHU, C. C.-N. FastPlace: an analytical placer for
mixed-mode designs. In: ISPD ’05: PROCEEDINGS OF THE 2005 INTERNA-
TIONAL SYMPOSIUM ON PHYSICAL DESIGN, 2005, New York, NY, USA.
Anais. . . ACM Press, 2005. p.221–223.
