Transcript

1 ιπλωµατική Εργασία Μεταπτυχιακού ιπλώµατος Ειδίκευσης «Παρατήρηση και µελέτη των Ασύρµατων ικτυακών Κοινοτήτων, εξετάζοντας την περίπτωση του Ασύρµατου Μητροπολιτικού ικτύου Αθηνών» Γεωργία Ε. Πλακιά Επιβλέπων Γεώργιος Κ. Πολύζος, Καθηγητής ΟΠΑ Αθήνα, Ιούνιος 2009

2 Ευχαριστίες Η παρούσα πτυχιακή εργασία εκπονήθηκε από τη φοιτήτρια Γεωργία Πλακιά του Μεταπτυχιακού Τµήµατος «Επιστήµη Υπολογιστών» του Οικονοµικού Πανεπιστηµίου Αθηνών. Η συγγραφή του παρόντος θα ήταν αδύνατο να ολοκληρωθεί χωρίς την άµεση ή έµµεση συνεισφορά των ακόλουθων προσώπων. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή µου κύριο Γεώργιο Πολύζο για την υποστήριξη, την καθοδήγηση και την βοήθειά του καθ όλη τη διάρκεια της διεκπαιρέωσης της παρούσας πτυχιακής µελέτης. Τον ευχαριστώ θερµά για τις γνώσεις που µου παρείχε, αλλά και για το αµείωτο ενδιαφέρον και τη συµπαράστασή του τόσο κατά την εκτέλεση των πειραµάτων και των µετρήσεων που πραγµατοποίησα όσο και κατά την συγγραφή και την διόρθωση της µελέτης. Επίσης τον ευχαριστώ ιδιαίτερα για την εµπιστοσύνη που µου έδειξε κατά την διάρκεια της συνεργασίας µας και για την ευκαιρία που µου έδωσε να ασχοληθώ µε πολύ ενδιαφέροντα πράγµατα που µου προσέφεραν γνώσεις και µοναδικές εµπειρίες. Ιδιαίτερες ευχαριστίες θα ήθελα να απευθύνω στον Παντελή Φραγκούδη για την βοήθειά του, το ενδιαφέρον του και τον χρόνο που αφιέρωσε για την εκπόνηση της εργασίας.

3 Περίληψη Τα Ασύρµατα ίκτυα Κοινοτικού Χαρακτήρα που εκτείνονται συνήθως σε µεγάλες διαστάσεις καλύπτοντας ακόµα και ολόκληρες πόλεις έχουν κάνει την εµφάνισή τους αρκετά έντονη κατά τα τελευταία χρόνια. Χρησιµοποιώντας τις περισσότερες φορές την τεχνολογία του Wi-Fi (Wireless - Fidelity) δηµιουργούν ασύρµατες συνδέσεις ανάµεσα σε κόµβους που κατασκευάζονται µε σχετικά µικρό κόστος και µπορούν να παρέχουν πρόσβαση στο δίκτυο, µέσα από τα διάφορα σηµεία πρόσβασης, χωρίς να στηρίζονται σε κανέναν πάροχο. Ο τρόπος που είναι οργανωµένα τα δίκτυα αυτά, η δηµοκρατική τους φύση και η ιεράρχηση που υπάρχει στους συµµετέχοντες θυµίζουν αρκετά από τα χαρακτηριστικά των πραγµατικών κοινωνιών που οι άνθρωποι έχουν χτίσει και γι αυτό χαρακτηρίζονται ως κοινοτικά. Συνήθως συνδέονται άτοµα που έχουν ήδη κάποιες τεχνολογικές γνώσεις ή που επιθυµούν να τις αποκτήσουν κι έτσι το δίκτυο απαρτίζεται από µέλη µε κοινά ενδιαφέροντα και στόχους. Οργανώνονται σε συναντήσεις φυσικές ή δικτυακές και προσπαθούν να υλοποιήσουν διάφορα σχέδια, µε τα οποία θα παρέχουν περισσότερες υπηρεσίες στο δίκτυο και θα το κάνουν πιο λειτουργικό. Ο κυριότερος σκοπός τους είναι η προσφορά ευρυζωνικών υπηρεσιών στα µέλη του και η ανάπτυξη διαφόρων τεχνολογιών που βασίζονται σε ασύρµατες ψηφιακές τηλεπικοινωνίες. Το σηµαντικότερο ίσως χαρακτηριστικό αυτών των δικτύων είναι ο εθελοντισµός που τα τροφοδοτεί, καθώς δεν υπάρχουν κερδοσκοπικά οφέλη µέσα από τη συµµετοχή σε αυτά. Ένα σηµαντικό θέµα που προκύπτει έχει να κάνει µε τους λόγους για τους οποίους συνδέονται και συµµετέχουν ενεργά σε τέτοια δίκτυα. Θα προσπαθήσουµε να παρατηρήσουµε και να µελετήσουµε το µεγαλύτερο Ασύρµατο ίκτυο Κοινοτικού Χαρακτήρα που υπάρχει αυτή τη στιγµή στην Ελλάδα, το οποίο δραστηριοποιείται στην περιοχή των Αθηνών. Η µελέτη θα γίνει τόσο από τεχνική άποψη, όσο και από κοινωνική ώστε να δοθούν κάποιες απαντήσεις σχετικά µε την τόσο µεγάλη συµµετοχή που έχει παρουσιάσει. Επικεντρωνόµαστε στο πώς το δίκτυο επεκτάθηκε σε µέγεθος και πολυπλοκότητα, καθώς και στις υπηρεσίες που προσφέρει στα µέλη του. Θα παρουσιαστούν και θα αναλυθούν οι τεχνολογίες που χρησιµοποιούνται και θα δώσουµε τα βασικά στοιχεία που περιγράφουν από τεχνική άποψη ένα δίκτυο µεγάλης κλίµακας. Επίσης θα προσπαθήσουµε να το συγκρίνουµε µε άλλα παρόµοια δίκτυα, καθώς και µε το ιαδίκτυο όταν αυτό βρισκόταν σε

4 πρώιµο στάδιο και η τοπολογία του ήταν πιο περιορισµένη σε σχέση µε σήµερα. Για το λόγο ότι το Ασύρµατο Μητροπολιτικό ίκτυο Αθηνών παρέχει διάφορες ευρυζωνικές υπηρεσίες και στηρίζεται στην ελεύθερη συµµετοχή και δραστηριοποίηση αναµένεται ότι θα υπάρξουν αρκετές οµοιότητες µε το ιαδίκτυο.

5 Abstract Wireless Community Networks that usually cover big areas and sometimes even whole cities have emerged really powerfully during the last years. Most of the times using Wi-Fi (Wireless Fidelity) technology they create wireless connections between nodes that are constructed with relatively low cost and can provide network access through the access points that they operate without any provider support. The way that these Wireless Community Networks are organized, their democratic character and the hierarchy that exists among their participants remind of many of the characteristics that regulate the true communities that people have built, and that is why these networks are characterized as Community Networks. Most of the times their members are people who already have some technological knowledge or who really want to obtain some and thus the network consists of individuals with common interests and goals. They are organised in physical or networking meetings and try to implement various plans in order to provide more services for the network and make it more functional. Their main goal is the provision of broadband connections to their members and the development of various technologies that are based on digital wireless telecommunications. Perhaps the most important characteristic of these networks is the voluntarism that feeds them, as there are no profit advantages when someone takes part in them. A main issue that comes up, therefore, has got to do with the reasons that make the individuals participate in such networks. We will try to observe and study the largest Wireless Community Network that exists today in Greece, which takes action in the area of Athens. The study will take place from a technical but also a social point of view, so that we are able to give some answers about the enormous participation that it has presented. We focus on how the network was spread in size and complexity and also on the services that provides. The technologies that are used are going to be presented and analyzed and we are going to give the basic characteristics that describe from a technical point of view a large scale network. What is more, we will try to compare it with other similar networks, as well as with the Internet when it was in its premature phase and its topology was more restricted relatively to the today s topology. As the Athens Wireless Metropolitan Network provides many broadband services and is based on free participation and free actions it is expected that there are going to be many similarities with the Internet.

6 Περιεχόµενα 1 Ασύρµατα ίκτυα Κοινοτικού Χαρακτήρα Εισαγωγή Κατηγοριοποίηση των Ασύρµατων ικτύων Ασύρµατα ίκτυα Κοινοτικού Χαρακτήρα ανά τον κόσµο Η Αρχιτεκτονική των Ασύµατων ικτύων Κοινοτικού Χαρακτήρα Η Εµφάνιση των Ασύρµατων ικτύων Κοινοτικού Χαρακτήρα Κίνητρα για τη Συµετοχή Επιβάλλοντας Συνεισφορά και Υπακοή Κοιτάζοντας στο Μέλλον Το Ασύρµατο Μητροπολιτικό ίκτυο Αθηνών Ιστορικά στοιχεία για το ΑΜ Α Τεχνικά χαρακτηριστικά του ΑΜ Α Η βάση WiND Μελέτη του Ασύρµατου Μητροπολιτικού ικτύου Αθηνών Στόχοι - Μέθοδοι που χρησιµοποιήθηκαν Στατιστικά στοιχεία Κατανοµή backbone κόµβων µε βάση το πλήθος των κόµβων-πελατών Κατανοµή των backbone κόµβων µε βάση το πλήθος των διασυνδέσεων κορµού Κατανοµή των διασυνδέσεων ανάλογα µε το µήκος τους Ο αριθµός των νεο εισαχθέντων κόµβων Ο συνολικός αριθµός των κόµβων µε βάση την WiND Συνολικός αριθµός µε βάση τις µετρήσεις µας Στοιχεία για τις διαθέσιµες υπηρεσίες Στατιστικά στοιχεία για τις διαθέσιµες υπηρεσίες µε βάση τις µετρήσεις µας Υπολογισµός της διαµέτρου του δικτύου Υπολογισµός της διαµέτρου µε βάση την WiND Σύγκριση µε το ιαδίκτυο Η συχνότητα εµφάνισης των βαθµών των κόµβων Η κατάταξη των κόµβων µε βάση τον βαθµό τους Το µέγεθος της Γειτονιάς Συµπεράσµατα Εισαγωγή οµή του ΑΜ Α Εξέλιξη του ΑΜ Α Υπηρεσίες Το ΑΜ Α και οι Εκθετικοί Νόµοι...69

7 3.4.6 Το ΑΜ Α ως Μικρογραφία του ιαδικτύου...70

8 1 Ασύρµατα ίκτυα Κοινοτικού Χαρακτήρα 1.1 Εισαγωγή Για τις ασύρµατες τηλεπικοινωνίες η εµφάνιση του πρωτοκόλλου ΙΕΕΕ ήταν µια πραγµατική επανάσταση. Χάρη στο χαµηλό κόστος και την ευκολία της χρήσης του συγκεκριµένου πρωτοκόλλου έγινε απαραίτητο για τους φορητούς υπολογιστές και της διάφορες συσκευές χειρός σαν την κύρια τεχνολογία για την ασύρµατη δικτύωσή τους. Το γεγονός ότι αυτή η οικογένεια πρωτοκόλλων λειτουργεί σε µη αδειοδοτηµένο φάσµα συχνοτήτων διευκόλυνε την ανάπτυξή της µιας και ήταν κατάλληλη για εµπορικούς και ακαδηµαϊκούς σκοπούς ή απλά ερασιτέχνες που ασχολούνταν µε τις ασύρµατες επικοινωνίες και δεν επιθυµούσαν να ζητήσουν κάποια άδεια για να λειτουργήσουν σε ένα συγκεκριµένο φάσµα συχνοτήτων. Στις σύγχρονες και πυκνοκατοικηµένες αστικές περιοχές η κάλυψη των περιοχών από ασύρµατα τοπικά δίκτυα αυξάνεται συνεχώς. Προσπαθώντας κανείς να ανιχνεύσει τέτοια σύρµατα δίκτυα που παρέχονται από διάφορα σηµεία πρόσβασης που «στήνονται», θα παρατηρήσει ότι πιο σηµαντικό πλέον είναι το θέµα των παρεµβολών και οχι της κάλυψης σε µια περιοχή. Παράλληλα µε την ανάπτυξη ασύρµατων τοπικών δικτύων που παρέχονται από τα σπίτια µας, εταιρίες, δήµους και κοινότητες ή από πανεπιστήµια έχουν κάνει τα τελευταία χρόνια την εµφάνισή τους και τα Ασύρµατα ίκτυα Κοινοτικού Χαρακτήρα (Wireless Community Networks, WCN). Αυτά βασίζονται σε ερασιτεχνικές κινήσεις που αποσκοπούν σε µια ανέξοδη και ανεξάρτηση ασύρµατη διαδικτύωση µε αποτέλεσµα να δηµιουργούνται τέτοιες δικτυακές κοινότητες. Η επιτυχία µιας τέτοιας κοινότητας έχει να κάνει και µε τοπικούς κοινωνικούς παράγοντες, όπως για παράδειγµα ο βαθµός της διείσδυσης της ευρυζωνικότητας σε µια περιοχή, κατά πόσο οι άνθρωποι διακρίνονται από εθελοντισµό και συνεργατικότητα κτλ. Πολλές φορές οι άνθρωποι έχουν στραφεί σε τέτοια δίκτυα σαν εναλλακτική λύση έναντι της ακριβής παροχής των ευρυζωνικών συνδέσεων από διάφορες εταιρίες τηλεπικοινωνιών. Βασιζόµενοι στην ασύρµατη διαδικτύωση αυτά τα δίκτυα έχουν σαν στόχο να παρέχουν στα µέλη τους διάφορες υπηρεσίες, συνήθως

9 σαν αυτές που συναντά κανείς στο ιαδίκτυο. Οι δωρεάν τηλεφωνικές συνδιαλέξεις µέσω του VoIP και η ανταλλαγή αρχείων µέσω του FTP είναι στην κορυφή της λίστας των πιο συνηθισµένων υπηρεσιών που παρέχονται. Οι αρχιτεκτονική των WCN και τα χαρακτηριστικά που τα κάνουν να λειτουργούν και να πληθαίνουν ανά τον κόσµο είναι άξια παρατήρησης. Μια καλύτερη κατανόηση των θεµάτων που σχείζονται µε τα WCN είναι απαραίτητη για να χτιστούν µηχανισµοί που θα διεγείρουν την συµµετοχή σε αυτά και θα κάνουν την χρήση τέτοιων υποδοµών ένα γενικότερο αγαθό που δεν θα περιορίζεται µόνο σε λίγους. Αυτοί οι µηχανισµοί αποτελούν το κλειδί για ένα µελλοντικό περιβάλλον στο οποίο η τεχνολογία στην φορητή και την ασύρµατη µορφή της θα υπάρχει παντού και θα είναι ελεύθερη για όποιον επιθυµεί να την χρησιµοποιίησει. 1.2 Κατηγοριοποίηση των Ασύρµατων ικτύων Τα ασύρµατα δίκτυα διαχωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες µε βάση τις αρχικούς λόγους για τους οποίους δηµιουργήθηκαν και τον χαρακτήρα που απέκτησαν στη συνέχεια. Έτσι έχουµε: 1) Ασύρµατα δίκτυα µε κοινωνικό χαρακτήρα: Πρόκειται για τα δίκτυα κοινοτικού χαρακτήρα που µελετάµε στην παρούσα έρευνητική δραστηριότητα. Είναι το αποτέλεσµα συλλογικής προσπάθειας εθελοντών και λειτουργούν σε µη κεροσκοπική βάση. Σε κάποιες περιπτώσεις τα µέλη αυτών των κοινοτήτων «στήνουν» σηµεία πρόσβασης για να προσφέρουν πρόσβαση και σε «περαστικούς» ή ακόµη υπάρχουν κάποιοι που µοιράζονται µε το υπόλοιπον δίκτυο την ευρυζωνική τους σύνδεση και έτσι κάνουν δυνατή την έξοδο προς το ιαδίκτυο. Αυτές οι εθελοντικές ενέργειες µπορεί να βασίζονται είτε στον καθαρό αλτρουϊσµό είτε στην προσµονή για ανταπόδοση ανάλογων πράξεων από άλλα µέλη του δικτύου προς αυτούς όταν θα το έχουν ανάγκη. 2) Ασύρµατα δίκτυα µε εµπορικό χαρακτήρα: Υπάρχουν εταιρίες οι οποίες παρέχουν υπηρεσίες ασύρµατης πρόσβασης έναντι κάποιου χρηµατικού αντιτίµου. Η εταιρία FON για παράδειγµα έχει προτείνει τον διαµοιρασµό των σηµείων πρόσβασης, όπου οι κάτοχοί τους θα το κάνουν είτε για να

10 λάβουν καποιο χρηµατικό αντίτιµο είτε για να έχουν την ίδια µεταχείρηση από τους άλλους όταν και αυτοί βρεθούν στην ίδια θέση. Η FON αναλαµβάνει θέµατα εγγραφής και αυθεντικοποίησης χρηστών και κρατά κάποιο τµήµα των χρηµάτων που οι χρήστες ανταλλάσσουν µεταξύ τους για την πρόσβαση στο ασύρµατο δίκτυο. 3) Ασύρµατα δίκτυα δηµοτικού χαρακτήρα: Έτσι ονοµάζονται τα δίκτυα που ελέγχονται και παρέχονται από τους δήµους και τις κοινότητες σε µια περιοχή, προσφέροντας πρόσβαση στους πολίτες τους. Σε αυτή την περίπτωση συνήθως απαιτείται κάποια αυθεντικοποίση των χρηστών και η ίσως η καταβολή κάποιου αντιτίµου. Συνήθως οι δήµοι έρχονται σε επαφή µε κάποιες εταιρίες τηλεπικοινωνιών και συµφωνούν να παρέχουν κάλυψη σε µια ευρύτερη περιοχή. Τέτοια παραδείγµατα έχουν γίνει πράξη στο Λονδίνο, καθώς και στην Φιλαδέλφεια των ΗΠΑ [3], όπου οι δήµοι συνεργάζονται µε εταιρίες για να παρέχουν πρόσβαση στους πολίτες τους µε προσιτό κόστος. Στη συνέχεια µπορούν να κατηγοριοποιηθούν µε βάση την αρχιτεκτονική τους, όπου διακρίνουµε τα mesh δίκτυα και αυτά που στηρίζονται στην hotspot αρχιτεκτονική. 1) Mesh ασύρµατα δίκτυα: ίκτυα µε αυτή την αρχιτεκτονική απαρτίζονται από κόµβους µε πολλαπλές ασύρµατες διεπαφές, οποίοι συνήθως είναι σταθεροί. Κάποιοι κόµβοι επίσης λειτουργούν και σαν πύλη προς το ιαδίκτυο. 2) Hotspot based ασύρµατα δίκτυα: Σε αντίθεση µε τα mesh ασύρµατα δίκτυα που αποσκοπούν στην ασύρµατη διασύνδεση των σταθερών µελών τους, τα hotspot based ασύρµατα δίκτυα συνήθως έχουν σαν στόχο την παροχή του ιαδικτύου σε κινητούς χρήστες. Συνήθως τα δίκτυα που δηµιουργούνται από δήµους για την εξυπηρέτηση των πολιτών τους είναι τέτοια δίκτυα.

11 1.3 Ασύρµατα ίκτυα Κοινοτικού Χαρακτήρα ανά τον κόσµο Εδώ θα προσπαθήσουµε να παρουσιάσουµε τα σηµαντικότερα Ασύρµατα ίκτυα Κοινοτικού Χαρακτήρα (WCN) που υπάρχουν σε όλο τον κόσµο. Τα στοιχεία που παρατίθενται παρακάτω ωστόσο δεν µπορεί να είναι απόλυτα ακριβή, καθώς τα WCN είναι αρκετά δυναµικά δίκτυα και µπορεί να µεταβάλλονται µε το χρόνο ή ακόµη και να µην καταγράφονται επίσηµα κάποιες ενέργειες (για παράδειγµα η σύνδεση ενός καινούργιου κόµβου στο δίκτυο να µην συνεπάγεται σε κάθε περίπτωση την επίσηµη καταγραφή του στην βάση που αποθηκεύει τέτοιου είδους δεδοµένα). Τα στοιχεία έχουν αντληθεί από διάφορες πηγές και µελέτες που παρέχονται στο ιαδίκτυο [6]. Επίσης είναι λογικό να µην παρατίθενται όλα τα WCN που υπάρχουν, αλλά τα πιο σηµαντικά από αυτά, όπως για παράδειγµα το SeattleWireless [4] που δηµιουργήθηκε από τις αρχές του 2000 και το NYCwireless [5]. Ελέγχονται από µη καρδοσκοπικές οργανώσεις και ο σκοπός τους είναι η ελέυθερη και ασύρµατη πρόσβαση στο δίκτυο για όποιον ενδιαφέρεται τόσο στις ΗΠΑ όσο και σε άλλες χώρες. Στην Ευρώπη διακρίνουµε ανάλογες σηµαντικές κινήσεις, όπως το Ασύρµατο Μητροπολιτικό ίκτυο Αθηνών (ΑΜ Α) [7], το οποίο εκτείνεται στην περιοχή της Αττικής και είναι ένα από τα µεγαλύτερα του κόσµου µε 2000 ενεργούς κόµβους περίπου. Το Wireless Leiden είναι µια ανάλογη περίπτωση της Ολλανδίας. Ο σκοπός του είναι η δηµιουργία ενός ελεύθερου ασύρµατου δικτύου στην περιοχή του Leiden, αλλά και στα γύρω χωριά όπου δεν υπάρχει η δυνατότητα για ευρυζωνική πρόσβαση µέσω κάποιας εταιρίας τηλεπικοινωνιών. Πρόσφατα η Freifunk κοινότητα έχει κερδίσει αρκετά µεγάλη δηµοτικότητα. Τα Freifunk δίκτυα mesh αρχιτεκτονικής έχουν εµφανιστεί σε διάφορες περιοχές της Γερµανίας, αλλά και της Αυστρίας και της Ελβετίας. Το αντίστοιχο δίκτυο στο Βερολίνο µετράει 316 ενεργούς κόµβους, σύµφωνα µε µια µελέτη που είχε γίνει το 2007 [6]. Ασχολείται µε την παροχή διαδικτυακής πρόσβασης στα µέλη του, ενώ πολλές πειραµατικές ενέργειες σε σχέση µε τα ad hoc πρωτόκολλα δροµολόγησης λαµβάνουν χώρα.

12 Το MIT Roofnet [8] έχει δηµιουργηθεί για πειραµατικές δραστηριότητες. Είναι mesh αρχιτεκτονικής και ξεκίνησε σε ερευνητικά πλαίσια κατά την µελέτη ασύρµατων πρωτοκόλλων δροµολόγησης καθώς και του ΙΕΕΕ , ενώ παράλληλα πρόσφερε πρόσβαση στο ιαδίκτυο στους κατοίκους της γύρω περιοχής. Σήµερα έχει περίπου 20 κόµβους, ενώ κατά το παρελθόν έχει φτασει και τους 50. κόσµο: Πιο κάτω φαίνεται µια συνοπτική εικόνα της κατάστασης των WCN ανά τον 1.4 Η Αρχιτεκτονική των Ασύµατων ικτύων Κοινοτικού Χαρακτήρα Υπάρχουν δύο τύποι κόµβων. Οι backbone κόµβοι είναι αυτοί που δηµιουργούν τον πυρήνα του δικτύου, πάνω στον οποίο στηρίζεται το υπόλοιπο δίκτυο και συγκεκριµένα οι κόµβοι πελάτες. Είναι αξιόπιστοι και σταθεροί κόµβοι και συνήθως διατηρούν πάνω από µια ασύρµατες διεπαφές. Κάποιοι από τους backbone κόµβους «στήνουν» σηµεία πρόσβασης πάνω στα οποία συνδέονται οι κόµβοι πελάτες. Οι τελευταίοι αποτελούν τα «φύλλα» του δικτύου. Οι backbone κόµβοι συνδέονται µεταξύ τους µε κατευθυντικές κεραίες. Το πρωτόκολλο που χρησιµοποιείται είναι το ΙΕΕΕ στις διάφορες εκδόσεις του. Αρχικά χρησιµοποιήθηκε αρκετά το ΙΕΕΕ b, αλλά µε την εµφάνιση του ΙΕΕΕ a αντικαταστάθηκε για να γίνουν οι συνδέσεις πιο αξιόπιστες και να µειωθούν οι παρεµβολές. Σήµερα το ΙΕΕΕ b χρησιµοποιείται κυρίως στα σηµεία πρόσβασης για να συνδέσουν κόµβους πελάτες.

13 Τα WCN που βασίζονται στην mesh αρχιτεκτονική εµφανίζουν πολλές οµοιότητες µε το ιαδίκτυο σε αρκετούς τοµείς. Αρχικά η διευθυνσιοδότηση των κόµβων τους γίνεται µε την βοήθεια των IP διευθύνσεων, όπως συµβαίνει και στο ιαδίκτυο. Εδώ συνήθως εκλέγονται κάποιοι κόµβοι ως οι αρµόδιοι για να ελέγχουν την απόδοση των IP διευθύνσεων στους κόµβους. Συγκεκριµένα τους αποδίδεται ένα συγκεκριµένο εύρος διευθύνσεων για το οποίο είναι υπεύθυνοι να το διαχειριστούν όπως θέλουν. Το πρωτόκολλο δροµολόγησης που συνήθως χρησιµοποιείται είναι το BGP, το πρωτόκολλο του ιαδικτύου, µε κάθε κόµβο να αποτελεί ένα Αυτόνοµο Σύστηµα. Σε κάποια δίκτυα όπου οι κόµβοι δεν είναι σταθεροί για πειραµατικούς σκοπούς χρησιµοποιείται και το πρωτόκολλο δροµολόγησης OLSR. Τέλος άλλη µια βασική οµοιότητα µε το ιαδίκτυο είναι ότι σε αυτά τα δίκτυα υλοποιούνται και παρέχονται υπηρεσίες όµοιες ή παρόµοιες µε τις διαδικτυακές. Οι πιο δηµοφιλείς είναι η ανταλλαγή αρχείων µε το FTP πρωτόκολλο και η επικοινωνία µέσω VoIP. Επίσης είναι αξιόλογο το γεγονός ότι πολλοί µοιράζονται την ευρυζωνική σύνδεσή τους µε το υπόλοιπο δίκτυο «στήνοντας» WCN-to-Internet proxies. 1.5 Η Εµφάνιση των Ασύρµατων ικτύων Κοινοτικού Χαρακτήρα Η εµφάνιση των WCN τοποθετείται στα τέλη της δεκαετίας του 90 και στις αρχές του 2000, περίοδοι που τα πρωτόκολλα ΙΕΕΕ για την ασύρµατη επικοινωνία είχαν κάνει την εµφανισή τους. Αρχικά, ερασιτέχνες που ασχολούνταν µε τις ασύρµατες επικοινωνίες ήταν οι πρώτοι που χρησιµοποίησαν την νέα αυτή τεχνολογία και πειραµατίστηκαν µε τη δηµιουργία διασυνδέσεων µεγάλου µήκους. Έτσι περιοχές οι οποίες δεν µπορούσαν µέχρι στιγµής να καλυφθούν από τις διάφορες εταιρίες τηλεπικοινωνιών όσον αφορά την παροχή ευρυζωνικότητας είχαν βρει έναν τρόπο να δοκιµάσουν την τεχνολογία αυτή. Μπορεί κανείς να πει εποµένως ότι τα πρώτα WCN προέκυψαν µέσα από την εξέλιξη των πειραµατισµών διαφόρων ερασιτεχνών. Όσο η ασύρµατη τεχνολογία «ωρίµαζε» και κέρδιζε δηµοτικότητα τα WCN αυξανόντουσαν σε µέγεθος και πολυπλοκότητα συνεχώς. Ωστόσο, ένας από τους

14 σηµαντικότερους παράγοντες που συνεισέφερε στην ανάπτυξή τους ήταν η χαµηλή διείσδυση των ευρυζωνικών συνδέσεων σε κάποιες περιοχές. Για παράδειγµα, το Ασύρµατο Μητροπολιτικό ίκτυο Αθηνών έχει γίνει ένα από τα µεγαλύτερα WCN στον κόσµο, τη στιγµή που οι συνδέσεις ADSL στην Ελλάδα ήταν από τις λιγότερες σε όλη την Ευρώπη. Επεκτάθηκε καθώς µπορούσε να προσφέρει ευρυζωνική σύνδεση και ίσως και τη δυνατότητα για χρήση ιαδικτύου χωρίς καµία χρέωση. Εκτός από το γεγονός ότι τα WCN παρείχαν κάλυψη σε περιοχές που δεν είχαν προηγουµένως τη δυνατότητα για χρήση ευρυζωνικότητας, µια άλλη σηµαντική χρήση τους ήταν για έρευνα και πειραµατισµό από µελέτες που γινόντουσαν πάνω στις ασύρµατες τεχνολογίες και των διαφόρων πρωτοκόλλων που υπήρχαν. Για να συνοψίσουµε, η ανάγκη για χρήση ευρυζωνικότητας µε χαµηλό κόστος, το ερασιτεχνικό και εθελοντικό πνεύµα που διέκρινε κάποιους, καθώς και η αξιοποίηση των WCN στον ερευνητικό τοµέα υπήρξαν οι κινητήριες δυνάµεις που οδήγησαν στην ανάπτυξη αυτών των δικτύων. 1.6 Κίνητρα για τη Συµετοχή Γιατί κάποιος θα ήθελε να συµµετέχει σε ένα WCN; Οι απαντήσεις προέρχονται κατευθείαν από τα ίδια τα µέλη των WCN. Συνήθως είναι ο ενθουσιασµός για πειραµατισµό µε νέες τεχνολογίες, καθώς και η χαρά της δηµιουργίας όταν κάποιος κατασκευάζει τον δικό του εξοπλισµό ή παραµετροποιεί τον κόµβο του για να µπορέσει να συνδεθεί. Ακόµα και οι υπηρεσίες που τρέχουν στο δίκτυο είναι δελεαστικές, κυρίως στην περίπτωση που οι αντίστοιχες υπηρεσίες του ιαδικτύου είναι χαµηλότερης ποιότητας ή δεν υπάρχουν καν. Κυρίως αυτοί που πιστεύουν ότι η ευρυζωνικότητα θα έπρεπε να είναι ένα πιο ελεύθερο και δηµόσιο αγαθό που θα µπορεί ο οποιοσδήποτε να έχει πρόσβαση είναι συνήθως οι πρώτοι που συνδέονται στα WCN. Με αυτή την έννοια τα WCN µπορούν να θεωρηθούν ως η νέα τεχνολογική «κίνηση». Η λειτουργία σε µη αδειοδοτηµένο φάσµα συχνοτήτων διευκολύνει την ανάπτυξή τους και σε συνδυασµό µε την

15 εκτεταµένη χρήση ανοιχτού λογισµικού καθορίζει τον ελεύθερο και ανεξάρτητο χαρακτήρα τους. 1.7 Επιβάλλοντας Συνεισφορά και Υπακοή Στα WCN η συνεισφορά και αλλά και η συµµόρφωση µε διάφορους κανονισµούς είναι απαραίτητα για την εύρωστη λειτουργία του δικτύου. Τα µέλη που δεν συµµορφώνονται µε τους κανονισµούς αυτούς αποκλείονται σιγά σιγά από την κοινότητα. Τα περισσότερα WCN µπορεί να είναι ανοιχτά για συµµετοχή αλλά έχουν µια συγκεκριµένη δοµή και η λειτουργία τους δε γίνεται µε αναρχικό τρόπο. Για να µπορεί το σύστηµά τους να υπάρχει χωρίς αναστατώσεις και διαταράξεις στην οµαλή τους λειτουργία οι κόµβοι θα πρέπει να ακολουθούν κάποιους κανονισµούς κυρίως όσον αφορά τις διαδικασίες της διευθυνσιοδότησης και της δροµολόγησης. Επίσης δε θα πρέπει να συµπεριφέρονται εγωιστικά, καθώς κάτι τέτοιο θα µπορούσε να προκαλέσει συµφόρηση σε συγκεκριµένες backbone συνδέσεις και κορεσµό σε κάποιες υπηρεσίες που ίσως θεωρούνται δηµοφιλείς. Στην περίπτωση που κάποιος κόµβος δεν συµπεριφέρεται σωστά υπάρχει µεγάλη πιθανότητα να αποκλειστεί από το υπόλοιπο δίκτυο. Ο αποκλεισµός αυτός από τεχνική σκοπιά µπορεί πολύ εύκολα να επιτευχθεί µε το να κλείσουν οι γειτονικοί κόµβοι τους συνδέσµους τους προς τον κόµβο που δεν ακολουθεί τους κανόνες του δικτύου. Στην περίπτωση του backbone συνδέσµου και τα 2 άκρα του έχουν να προσφέρουν, αλλά και να οφεληθούν από αυτό. Εάν αυτή η αµοιβαία συνεισφορά δεν λειτουργήσει τότε ο κόµβος που αδικείται θα διακόψει τη σύνδεση. Στην περίπτωση του συνδέσµου που δηµιουργείται από σηµεία πρόσβασης που στήνουν για την εξυπηρέτηση των κόµβων πελατών η συνεισφορά δεν είναι αµοιβαία. Για την ακρίβεια δεν υπάρχει συγκεκριµένο και άµεσο κέρδος για το σηµείο πρόσβασης και κατ επέκταση για τον κόµβο που το στήνει. Γι αυτό το λόγο γενικώς η κοινότητα αποθαρρύνει τους κόµβους να δηµιουργούν τέτοια σηµεία πρόσβασης. Ωστόσο όµως µακροπρόθεσµα υπάρχει όφελος για το δίκτυο, καθώς οι πελάτες που θα συνδεθούν θα φέρουν περισσότερο περιεχόµενο για το δίκτυο και επίσης υπάρχει η περίπτωση να αναβαθµιστούν σε backbone κόµβους. Έτσι, η εξυπηρέτηση των πελατών

16 θεωρείται σαν ένα µέσο για να προσελκύσουν προσοχή για το δίκτυο και σταδιακά να αυξήσουν τους πόρους τους. 1.8 Κοιτάζοντας στο Μέλλον Κοιτάζοντας το πρόσφατο παρελθόν οι ασύρµατες κοινότητας ανά τον κόσµο έχουν παρουσιάσει επεκτατικές τάσεις. Έχουν αυξηθεί τόσο σε αριθµό όσο και στο πλήθος των συµµετεχόντων και των υπηρεσιών. Ωστόσο είναι αρκετά δύσκολο να κάνει κανείς προβλέψεις για τη µελλοντική τους εξέλιξη. Για να πάρουµε µια ιδέα του πώς θα εξελιχθούν τα WCN θα πρέπει να ξαναδούµε τους παράγοντες που οδήγησαν στην εµφάνιση και την επέκτασή τους. Αρχικά, το βασικό πλεονέκτηµα των WCN ήταν η παροχή φτηνών ευρυζωνικών υπηρεσιών. Ωστόσο σήµερα σε κάθε σύγχρονη κοινωνία υπάρχει πληθώρα εταιριών που παρέχουν ευρυζωνικές συνδέσεις σε λογικές τιµές και µάλιστα µε αρκετά υψηλό εύρος ζώνης, ώστε να µπορεί κανείς να απολαύσει υψηλής ποιότητας υπηρεσίες από τη διαδικτυακή του σύνδεση. Από την άλλη πάλι ο ερχοµός της έκδοσης ΙΕΕΕ n του πρωτοκόλλου Wi Fi είναι πολλά υποσχόµενος και ίσως επαναφέρει δυναµικά το ενδιαφέρον για τα WCN και για την ανάπτυξη νέων υπηρεσιών. Επίσης αρκετά σηµαντικό είναι το ζήτηµα της παροχής ευρυζωνικής κάλυψης σε χρήστες που κινούνται, µε χαµηλό κόστος. Οι λύσεις που βασίζονται στην τεχνολογία του 3G είναι αρκετά ακριβές για ευρεία χρήση. Βασιζόµενοι στο γεγονός ότι στις σύγχρονες κοινωνίες η παροχή ασύρµατης κάλυψης είναι πολύ συχνό φαινόµενο στο µεγαλύτερο τµήµα τους ίσως η τεχνολογία των WCN να είναι η λύση και για τους κινητούς χρήστες. Για να γίνει αυτό εφικτό όµως θα πρέπει να αλλάξει ο χαρακτήρας των WCN και να µπορούν να είναι προσβάσιµα τόσο από τα µέλη τους αλλά και από διάφορους χρήστες που βρίσκονται εντός της εµβέλειάς τους και απλά επιθυµούν να συνδεθούν στο δίκτυο [1].

17 2 Το Ασύρµατο Μητροπολιτικό ίκτυο Αθηνών 2.1 Ιστορικά στοιχεία για το ΑΜ Α Το Ασύρµατο Μητροπολιτικό ίκτυο Αθηνών αποτελεί ένα ακόµη χαρακτηριστικό παράδειγµα ασύρµατου κοινοτικού δικτύου στην Ευρώπη. Αναπτύχθηκε πρόσφατα στην περιοχή της Αττικής και η κύρια µέριµνά του είναι η ασύρµατη συνένωση κόµβων σε ένα κοινό δίκτυο µε σκοπό την παροχή ευρυζωνικότητας, χωρίς να παρεµβάλλεται κάποιος πάροχος και χωρίς χρεώσεις. Το εγχείρηµα ξεκίνησε στις 2 Φεβρουαρίου 2002 όταν η ιδέα για τη δηµιουργία µιας κοινότητας προσανατολισµένης στην ασύρµατη τεχνολογία προξένησε το ενδιαφέρον πολλών. Οι ιδρυτές του δικτύου είχαν επηρεαστεί από ανάλογες κινήσεις που είχαν ήδη ξεκινήσει σε άλλες χώρες της Ευρώπης. Η ιδέα για τη δηµιουργία του δικτύου αυτού εµφανίστηκε σε µια περίοδο που η ευρυζωνικότητα ήταν άγνωστη έννοια στην Ελλάδα. Η τεχνολογία του ADSL δεν είχε ακόµη κάνει την εµφάνισή της και το ISDN ήταν ο πιο γρήγορος τρόπος για να συνδεθεί κανείς στο ιαδίκτυο µε αρκετά υψηλό κόστος όµως. Η παρουσίαση της ιδέας για τη δηµιουργία του δικτύου έγινε µε µια συντονισµένη κίνηση στα πιο σηµαντικά τεχνολογικά forums της εποχής. Παρουσιάστηκε αρχικά σαν ένας τρόπος να διασυνδεθούν ασύρµατα, µε χαµηλό κόστος διάφορα σηµεία της πόλης και σε δεύτερο επίπεδο για να χρησιµοποιήσουν την ευρυζωνικότητα. Οι περισσότεροι ήταν πρόθυµοι να διαθέσουν ένα µικρό ποσό για να αποκτήσουν τον αρχικό εξοπλισµό που αποτελούνταν από µια κεραία και µια ασύρµατη κάρτα δικτύου. Πολλοί µάλιστα αυτοσχεδίαζαν προσπαθώντας να κατασκευάσουν οι ίδιοι τον εξοπλισµό που θα χρησιµοποιούσαν. Γενικώς το εξέλαβαν σαν µια ευκαιρία να πειραµατιστούν και να επικοινωνήσουν µε άτοµα που τους απασχολούσαν κοινά τεχνολογικά ενδιαφέροντα. Αρχικό τους µέληµα ήταν η ασύρµατη διασύνδεση των κόµβων σε ένα δίκτυο και στην συνέχεια θα ακολουθούσε η χρήση της ευρυζωνικότητας πάνω από αυτό. Το πρώτο βήµα στέφθηκε από επιτυχία. Η πρώτη γενική συνέλευση του δικτύου έγινε στις 16 Ιουνίου του 2002, όπου βρήκαν µια νόµιµη οδό για να στηρίξουν τη χρήση αυτής της νέας τεχνολογίας. Συγκεκριµένα, την περίοδο εκείνη ψηφίστηκε στην Ελλάδα ένας νόµος σύµφωνα µε τον οποίο µπορούσε κανείς να εκπέµψει µόνο εάν δεν υπήρε εµπορική εκµετάλλευση και κάτω από τα νόµιµα όρια: 100mW και

18 20dBm. Το ΑΜ Α ήταν απόλυτα σύµφωνο µε αυτά τα όρια. Το Πολυτεχνείο της Κρήτης φιλοξένησε το πρώτο forum του δικτύου κάτω από την διεύθυνση Τον Αύγουστο του 2002 το όνοµα αλλάζει σε και οι διαδικτυακές σελίδες του δικτύου πλέον φιλοξενούνται από το Πολυτεχνείο Αθηνών. Την ίδια περίοδο το δίκτυο αναγνωρίζεται σαν σωµατείο από το Πρωτοδικείο Αθηνών. Οι πρώτοι σύνδεσµοι αρχίζουν να εµφανίζονται τον Νοέµβριο του Περισσότερο σχηµάτιζαν νησίδες παρά µια ενιαία µορφή συνεχούς δικτύου. Ο σκοπός τους ήταν να µπορέσουν να ξεπεράσουν τα διάφορα εµπόδια που υπήρχαν είτε φυσικά είτε τεχνικά και να βρούν τα κατάλληλα σηµεία πρόσβασης που θα τους έκαναν τµήµα του κύριου δικτύου. Ένα µεγάλο µέρος του προβλήµατος λύθηκε µε την τοποθέτηση µιας κεραίας στο λόφο του Λυκαβητού τον Μάρτιο του Στις 5 Ιανουαρίου του 2005 η συνένωση σε ένα ενιαίο δίκτυο είναι επιτέλους εφικτή. Τα τµήµατα της ανατολικής Αττικής που παρέµεναν ως τότε αποκοµµένα βρίσκουν τα σηµεία πρόσβασης που τους ενώνουν µε το υπόλοιπο δίκτυο. Σήµερα υπάρχουν 2450 ενεργοί κόµβοι σύµφωνα µε στοιχεία που δίνει το ίδιο το δίκτυο καθώς και 2901 σύνδεσµοι που τους διασυνδέουν. Η µεγαλύτερη πυκνότητα παρουσιάζεται όπως είναι φυσικό στο κέντρο της Αθήνας, ενώ ολόκληρη η έκταση του δικτύου φτάνει ακόµα και σε γειτονικές πόλεις. Η λειτουργία του βασίζεται κυρίως στον εθελοντισµό και στη συνεργασία. Παρέχουν έναν αρκετά µεγάλο αριθµό υπηρεσιών όπως µεταφορά αρχείων µε την τεχνολογία FTP, πραγµατοποίηση δωρεάν τηλεφωνικών συνδιαλέξεων µέσω του VoIP, φιλοξενία ιστοσελίδων, δικτυακών παιχνιδιών και πολλα άλλα που θα παρουσιαστούν και θα αναλυθούν στην συνέχεια. 2.2 Τεχνικά χαρακτηριστικά του ΑΜ Α Το ΑΜ Α είναι χαρακτηριστικό παράδειγµα ασύρµατου mesh δικτύου. Σύµφωνα µε αυτή την αρχιτεκτονική δηµιουργείται ένα ασύρµατο backhaul χρησιµοποιώντας την τεχνολογία του Wi Fi µε τους κόµβους να είναι σταθεροί και να διατηρούν περισσότερες από µια ασύρµατες διεπαφές ο καθένας. Μεταξύ τους συνδέονται συνήθως από σηµείο σε σηµείο µε κατευθυντικές κεραίες και επίσης

19 ενδέχεται να «στήνουν» σηµεία πρόσβασης µε τη χρήση πολυκατευθυντικών κεραιών για όποιον άλλο που πληροί τις προϋποθέσεις επιθυµεί να συνδεθεί στο δίκτυο. Η ιεραρχία του δικτύου υλοποιείται µέσα από τα δύο είδη κόµβων που µπορεί κανείς να συναντήσει. Αρχικά υπάρχουν οι backbone κόµβοι πάνω στους οποίους στηριζεται ο πυρήνας του δικτύου, δηλαδή το backhaul. Οι κόµβοι αυτοί θεωρούνται αρκετά σταθεροί και αξιόπιστοι, καθώς συνήθως τους διαχειρίζονται άτοµα που επιθυµούν να συµµετέχουν ενεργά και µε αρκετό ενδιαφέρον για το δίκτυο. Χάρη σε αυτή την αξιοπιστία τους είναι οι κόµβοι που µπορούν να υλοποιούν την δροµολόγηση πακέτων που διέρχονται από αυτούς µε τελικό προορισµό κάποιους άλλους κόµβους και επίσης παρέχουν αρκετές υπηρεσίες στους υπόλοιπους. Συνήθως διατηρούν περισσότερες από µία ασύρµατες διεπαφές και αυτό είναι το κυριότερο χαρακτηριστικό τους που τους διαχωρίζει από τους υπόλοιπους κόµβους, αλλά και επιβεβαιώνει την mesh αρχιτεκτονική του δικτύου. Επίσης κάτι τέτοιο είναι πολύ σηµαντικό γιατί διατηρεί τη συνοχή του δικτύου σε αρκετά υψηλό επίπεδο. Η διασύνδεσή τους µε άλλους οµότιµους κόµβους γίνεται µε τη χρήση κατευθυντικών κεραιών. Μπορούν όµως ακόµα, να «στήνουν» σηµεια πρόσβασης µε τη βοήθεια πολυκατευθυντικών κεραιών για να συνδέονται µέσω αυτών στο δίκτυο οι υπόλοιποι κόµβοι που ονοµάζονται κόµβοι πελάτες. Έτσι για να θεωρείται κάποιος κόµβος backbone θα πρέπει να διατηρεί τουλάχιστον 2 backbone συνδέσεις ή εναλλακτικά µια backbone σύνδεση και να έχει «στήσει» και ένα σηµείο πρόσβασης. Οι κόµβοι πελάτες είναι κόµβοι δευτερευούσης σηµασίας για το δίκτυο, καθώς δεν αναλαµβάνουν καµία από τις βασικές λειτουργίες που οργανώνουν και στηρίζουν το δίκτυο. Συνήθως δεν παρέχουν υπηρεσίες σε άλλους κόµβους, αλλά µπορούν να χρησιµοποιούν τις παρεχόµενες υπηρεσίες από τους backbone κόµβους. Το βασικό τους χαρακτηριστικό που τους διαχωρίζει από τους backbone κόµβους είναι ότι διατηρούν µια µόνο διεπαφή, αυτή µε την οποία συνδέονται στο σηµείο πρόσβασης που έχει «στήσει» για αυτούς ο backbone κόµβος. Μπορεί επίσης κανείς να παρατηρήσει ότι είναι πιο παροδικοί κόµβοι, µε την έννοια ότι γίνονται µέλη για µικρό χρονικό διάστηµα και ακόµη χωρίς να ενηµερώνουν τους διαχειριστές του δικτύου για αυτή τη συµµετοχή τους, δηλαδή χωρίς να εγγράφονται απαραίτητα στην βάση WiND. Χαρακτηριστικά λόγω της µοναδικής διεπαφής που διατηρούν ονοµάζονται και «φύλλα» του δικτύου. Οι διάφορες συνδέσεις στο δίκτυο υλοποιούνται µε ασύρµατες διεπαφές που µπορεί να είναι είτε συσκευές είτε ασύρµατες κάρτες δικτύου και µπορεί να

20 δηµιουργούν κεραίες κατευθυντικές ή πολυκατευθυντικές. Όπως είδαµε και προηγουµένως οι backbone κόµβοι χρησιµοποιούν κατευθυντικές κεραίες για να συνδέονται µε άλλους οµότιµους backbone κόµβους και έτσι να εξασφαλίζουν την απαιτούµενη σταθερότητα και αξιοπιστία στο δίκτυο, καθώς οι κατευθυντικές κεραίες εκπέµπουν µε µεγαλύτερη ισχύ προς µια συγκεκριµένη κατεύθυνση και έτσι ελαττώνουν τις διάφορες παρεµβολες που µπορεί να υπάρχουν από άλλες πηγές και αυξάνουν και το ρυθµο µετάδοσης δεδοµενων. Αυτές είναι οι λεγόµενες backbone συνδέσεις. Τυπικά, µπορεί κάποιος backbone κόµβος να «στήσει» ένα ή και περισσότερα σηµεία πρόσβασης, τα οποία υλοποιούνται µε πολυκατευθυντικές κεραίες και να καλύψει έτσι ένα τµήµα της περιοχής που εκτείνεται γύρω του. Με αυτό τον τρόπο από διάφορα γειτονικά σηµεία µπορούν να συνδέονται στο δίκτυο οι κόµβοι πελάτες. Σήµερα η δηµιουργία ενός τέτοιου σηµείου πρόσβασης προϋποθέτει αρκετή µελέτη για να µπορέσει να διαπιστωθεί εάν η λειτουργία του θα εξυπηρετήσει την περιοχή ή θα την επιβαρύνει δηµιουργώντας παρεµβολές σε άλλα σηµεία πρόσβασης που ήδη υπάρχουν. Σήµερα υπάρχουν 1239 backbone συνδέσεις και 1637 ανάµεσα σε κόµβους πελάτες και backbone κόµβους, σύµφωνα µε τα καταγεγραµµένα στοιχεία στην βάση WiND. Επίσης το µήκος των συνδέσεων ποικίλλει. Η απόσταση είναι ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει την ποιότητα και το ρυθµό µετάδοσης των δεδοµένων του συνδέσµου. Γι αυτό και υπάρχει βέλτιστη απόδοση όταν η απόσταση είναι γύρω στα 4 µε 5 χλµ. Στην πράξη συναντάµε από συνδεσεις που είναι πολύ κοντινές γύρω στα 8 µέτρα αλλά µέχρι και σπάνιες περιπτώσεις που φτάνουν τα 124 χλµ. Φυσικά σε τέτοιες περιπτώσεις ποικίλλει και η εκπεµπόµενη ισχύς, η οποία όµως δεν παύει να βρίσκεται εντός των επιτρεπόµενων ορίων. Ωστόσο η συντριπτική πλειοψήφία των συνδέσµων έχει µήκος γύρω στο 1 χλµ. Οι ασύρµατες συνδέσεις υλοποιούνται µε τα πρωτόκολλα IEEE a, IEEE b και IEEE g του Wi-Fi. Το Wi-Fi αποτελεί την πιο χαρακτηριστική λύση για την ασύρµατη επικοινωνία µεταξύ δύο συσκευών. Υπάρχουν διάφορες εκδόσεις του οι οποίες διαφέρουν σε τεχνικά χαρακτηριστικά. Το πρωτόκολλο a επιτυγχάνει ρυθµό µετάδοσης έως 54 Mbps και χρησιµοποιεί την ζώνη συχνοτήτων 5GHz. Γενικά όσο µεγαλύτερη είναι η συχνότητα τόσο µειώνονται οι παρεµβολές. Έτσι το a αποτελεί την καλύτερη λύση για την υλοποίηση των

21 backbone συνδέσεων µιας και σε αυτές τις συνδέσεις απαιτούνται αυξηµένος ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων και όσο το δυνατόν λιγότερες παρεµβολές. Το b µε ρυθµό µετάδοσης έως 11Mbps και φάσµα συχνοτήτων 2.4GHz χρησιµοποιείται κυρίως στις συνδέσεις ανάµεσα σε κόµβους πελάτες και backbone κόµβους, αλλά και σε backbone συνδέσεις. Κατά τα πρώτα χρόνια της δηµιουργίας του δικτύου χρησιµοποιήθηκε σχεδόν κατά αποκλειστικότητα το b ακόµα και για backbone συνδέσεις. Ωστόσο στη συνέχεια και για τους λόγους που παρουσιάστηκαν πιο πάνω το b αντικαταστάθηκε κυρίως στις backbone συνδέσεις από το a, µε αποτέλεσµα σήµερα 1028 backbone συνδέσεις να υλοποιούνται µε την τεχνολογία a και µόλις 71 µε την τεχολογία b. Σε µικρότερο βαθµό έχει χρησιµοποιηθεί και το πρωτόκολλο g, τόσο σε backbone συνδέσεις όσο και ανάµεσα σε πελάτες-κόµβους και backbone κόµβους, το οποίο είναι συµβατό µε το b και συνδυάζει το µεγάλο ρυθµό µετάδοσης δεδοµένων (έως 54Mbps) του a, αλλά και τη µεγαλύτερη εµβέλεια του b µε συχνότητα στα 2.4GHz [9]. Το ΑΜ Α θυµίζει αρκετά το ιαδίκτυο στον τρόπο µε τον οποίο υλοποιεί τις διαδικασίες της δροµολόγησης και της διευθυνσιοδότησης. Για την ακρίβεια υπάρχουν κάποιοι κόµβοι οι οποίοι εκλέγονται ως οι αρµόδιοι για να ασχολούνται µε τέτοια θέµατα. Το ΑΜ Α χρησιµοποιεί τις IP διευθύνσεις που υπάρχουν στο εύρος [10]. Σε κάθε backbone κόµβο που συνδέεται στο δίκτυο του ανατίθεται ένα εύρος 255 διευθύνσεων της µορφής 10.x.y.0 10.x.y.255 που ονοµάζεται IP C-Class, κατόπιν αίτησης, ανάλογα µε τον δήµο στον οποίο ανήκει ο αντίστοιχος κόµβος και σύµφωνα µε το σχέδιο πανελλήνιας διευθυνσιοδότησης του HellasWireless. Το σχέδιο αυτό έχει παραχωρήσει κάποιο εύρος IP διευθύνσεων σε κάθε νοµό της Ελλάδας ανάλογα µε τον πληθυσµό του, ώστε να µπορέσουν να δηµιουργήσουν και εκείνοι ανάλογα δίκτυα ή για να χρησιµοποιήσουν τι διευθύνσεις αυτές σε ανάλογες ασύρµατες κοινότητες που ήδη έχουν δηµιουργήσει ( Για την ενεργοποίηση IP C-Class για κάποιον καταχωρηµένο κόµβο πρέπει να ικανοποιείται µία απ' τις παρακάτω συνθήκες: Ο κόµβος να διαθέτει τουλάχιστον δύο backbone διασυνδέσεις µε άλλους κόµβους του backbone του δικτύου. Ο κόµβος να διαθέτει τουλάχιστον µία backbone διασύνδεση και ένα σηµείο πρόσβασης προσφέροντας σε κόµβους-πελάτες πρόσβαση

22 στο ΑΜ Α. Από αυτές τις διευθύνσεις θα πρέπει να παραχωρήσει κάποιες στους κόµβους πελάτες που θα υποστηρίξει µε το σηµείο πρόσβασης που θα λειτουργήσει ενώ τις υπόλοιπες τις διαχειρίζεται όπως επιθυµεί στις διάφορες υπηρεσίες που θα «τρέξει». Η δροµολόγηση στο δίκτυο γίνεται επίσης από κάθε backbone κόµβο, ενώ χρησιµοποιείται το πρωτόκολλο BGP (Boarder Gateway Protocol), όπως και στο ιαδίκτυο. Κάθε backbone κόµβος θεωρείται ως ένα AS (Autonomous System), δηλαδή η δοµή που χρειάζεται το πρωτόκολλο για να λειτουργήσει. Σύµφωνα µε το πνεύµα του πειραµατισµού και της αυτονοµίας που χαρακτηρίζει το δίκτυο δε θα µπορούσε να λείπει η χρήση του ανοιχτού λογισµικού καθώς και το χειροποίητο ερασιτεχνικό υλικό. Το υλικό που χρειάζεται κανείς για να συνδεθεί είναι κάποια κεραία (στην ιδανική περίπτωση κατευθυντική για να αποφεύγονται οι παρεµβολές), τοποθετηµένη στην ταράτσα ενός κτιρίου και ενισχυµένη µε κάποιο feeder. Η συνολική εκπεµπόµενη ισχύς δεν θα πρέπει να ξεπερνάει τα 20dBm για συχνότητα στα 2.4GHz και τα 30dBm για συχότητα στο φάσµα των 5GHz. Οι πολυκατευθυντικές κεραίες χρησιµοποιούνται στην περίπτωση που θέλει κάποιος να δηµιουργήσει ένα σηµείο πρόσβασης. Ένα οµοαξονικό καλώδιο που ονοµάζεται Pigtail χρησιµοποιείται για να συνδέσει το feeder της κεραίας µε έναν υπολογιστή που βρίσκεται και αυτός στην ταράτσα, τοποθετηµένος σε ειδικό κουτί για να µην επηρεάζεται από τις άσχηµες καιρικές και άλλες συνθήκες. Με τη βοήθεια Ethernet καλωδίου γίνεται η σύνδεση του υπολογιστή αυτού µε κάποιον άλλο υπολογιστή που βρίσκεται στον εσωτερικό χώρο του κτιρίου. Ένα από τα πρώτα βήµατα για να µπορέσει κανείς να γίνει µέλος στο δίκτυο είναι αρχικά να εγγραφεί στην βάση WiND καθώς και στο forum, από όπου θα µπορέσει να πάρει συµβουλές και βοήθεια από παλιότερα µέλη. Οι υπηρεσίες που οι χρήστες του ΑΜ Α απολαµβάνουν δεν διαφέρουν σηµαντικά από αυτές που µπορεί κανείς να συναντήσει στο ιαδίκτυο. Επιπλέον η ποιότητα της υπηρεσίας που παρέχεται είναι συνήθως αρκετά καλή και εφάµιλλη µιας υπηρεσίας που θα µπορούσε κάποιος να χρησιµοποιήσει µέσω του διαδικτύου διαθετοντας µια ADSL σύνδεση. Μια από τις πιο συνηθισµένες υπηρεσίες που «τρέχουν» είναι ο διαµοιρασµός διαφόρων αρχείων. Υπάρχουν backbone κόµβοι που λειτουργούν FTP servers µέσω των οποίων µπορούν να «ανεβάζουν» αρχεία µουσικής, ταινιών, ηλεκτρονικών βιβλίων και κάθε άλλου είδους αρχείο ενώ οι

23 υπόλοιποι κόµβοι έρχονται σε επαφή µε τον κόµβο αυτό και µε τους κατάλληλους κωδικούς µπορούν να «κατεβάζουν» τα αρχεία αυτά. Όπως και στο ιαδίκτυο το µεγαλύτερο ποσό κίνησης στο Α ΜΑ οφείλεται στην υπηρεσία ανταλλαγής αρχείων. Λόγω του µεγάλου αριθµού των κόµβων που συµµετέχουν στο δίκτυο, αλλά και της ενεργού συµµετοχής τους σε αυτό, υπάρχει διαθέσιµη πληθώρα τέτοιων αρχείων και έτσι µπορεί κανείς να βρει σχεδόν οτιδήποτε ψάξει ως µέλος του δικτύου. Η ζωντανή αναπαραγωγή video, υπηρεσίες VoIP, Game Servers είναι κάποιες από τις υπηρεσίες που επίσης παρέχονται συχνά στο Α ΜΑ. Σε κάποιες περιπτώσεις επίσης, κάποια µέλη µοιράζονται την ευρυζωνική τους σύνδεση που διαθέτουν από κάποιον πάροχο έναντι χρέωσης, µε το υπόλοιπο δίκτυο. Φυσικά κάτι τέτοιο γίνεται κάτω από προϋποθέσεις (συγκεκριµένες ώρες, και µέρος τους εύρους ζώνης), και δίνει την δυνατότητα στα µέλη του ΑΜ Α να χρησιµοποιήσουν και οι ίδιοι το ιαδίκτυο, χωρίς απολύτως καµία χρέωση. Για την παροχή αυτής της υπηρεσίας «στήνεται» ένας WCN- to- internet proxy. Υπάρχουν πολλοί κανονισµοί που θα πρέπει να ακολουθούνται µε σκοπό να εξασφαλίζεται η σωστή λειτουργία της κοινότητας. Για παράδειγµα κάποιος κόµβος, ο οποίος συµπεριφέρεται «εγωιστικά» και δεν προσφέρει στο δίκτυο ή και δηµιουργεί προβλήµατα σιγά σιγά θα αποµονωθεί ή και θα αποκλειστεί από τους υπόλοιπους κόµβους, οι οποίοι θα τον αποµονώσουν και ακόµα θα τον αποκλείσουν από το δίκτυο. Ο αποκλεισµός σε τέτοιες περιπτώσεις ασύρµατων δικτύων µπορεί πολύ εύκολα να πραγµατοποιηθεί, µε το να στρέψουν οι γειτονικοί του κόµβοι τις κεραίες τους προς άλλη κατεύθυνση και έτσι να «αποτύχουν» οι διασυνδέσεις µε τον κόµβο αυτό. Οι κανονισµοί αυτοί επιβεβαιώνουν το χαρακτηρισµό του δικτύου ως κοινότητα, καθώς είναι µια οµάδα ατόµων που επιθυµούν να επικοινωνήσουν, αλλά µε ένα συγκεκριµένο και οργανωµένο τρόπο, απορρίπτοντας ό,τι δυσκολεύει τους σκοπούς τους. 2.3 Η βάση WiND H Wireless Nodes Database ή αλλιώς WiND [11] είναι µια online βάση δεδοµένων για την διαχείριση των κόµβων που απεικονίζει γεωγραφικά πάνω σε

24 χάρτες (GoogleMaps) τους ενεργούς ή τους πιθανούς κόµβους ενός ασύρµατου δικτύου, παρέχοντας χρήσιµες πληροφορίες για κάθε έναν κόµβο ξεχωριστά. Πρόκειται για ένα ιδιαίτερα χρήσιµο εργαλείο για τα ασύρµατα δίκτυα αφού επιτρέπει την δυναµική καταγραφή-διαχείριση των κόµβων. Η WiND αναπτύχθηκε από µέλη του ΑΜ Α σε µια προσπάθεια να καλυφθούν οι αυξηµένες ανάγκες διαχείρισης των κόµβων του δικτύου. Αρχικά, όταν το πλήθος των κόµβων δεν ήταν πολύ µεγάλο, αλλά και κανείς δεν περίµενε να φτάσει στα σηµερινά επίπεδα χρησιµοποιήθηκε η γνωστή βάση διαχείρισης κόµβων NodeDB, η οποία χρησιµοποιείται ευρέως ανά τον κόσµο για να απεικονιστούν σηµεία κόµβοι ασύρµατων δικτύων. Η αρχή της NodeDB [12] είχε γίνει για τις ανάγκες της ασύρµατης κοινότητας του Σίδνεϋ και ενώ µπορεί ο καθένας χωρίς κόστος να την χρησιµοποιεί για οποιαδήποτε ασύρµατη κοινότητα ανά τον κόσµο, αποτελεί κλειστό project και οποιαδήποτε αλλαγή στον κώδικα που θα επιθυµούσαν τα µέλη του ΑΜ Α δεν ήταν δυνατή. Για τους λόγους αυτούς από το 2005 και µετά τα ενεργά µέλη του ΑΜ Α εισήγαγαν τη χρήση της βάσης WiND, η οποία έχει τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Υποστήριξη GoogleMaps Υποστήριξη Google Earth kml αρχείων Εµφάνιση Καρτέλας Κόµβου Υπολογιστήρι Οπτικής Επαφής µεταξύ δύο κόµβων Αποστολή Μυνηµάτων (µέσω εσωτερικού mailer) Cross Checking Συνδέσεις (Για να εµφανιστεί µια σύνδεση δύο BB κόµβων θα πρέπει να δηλωθεί και από τις δύο πλευρές). Υπολογιστήρι Γεωγραφικών Συντεταγµένων µέσω του Χάρτη Γρήγορη Αναζήτηση Κόµβων (µέσω Ονόµατος Κόµβου, Αρ.Κόµβου nodeid ή ακόµα και µέσω IP c-class) Απλή Αναζήτηση Κόµβων (Αρ. Κόµβου, Όνοµα Κόµβου, ήµος/κοινότητα, Νοµαρχία, Ενεργές Συνδέσεις, Ενεργοί Πελάτες, AP) ιγλωσσική Υποστήριξη (Ελληνικά και Αγγλικά) Συνδιαχείριση Κόµβου (Συνδιαχειριστές κόµβων) Καταγραφή Υπηρεσιών του ικτύου Σύστηµα απόδοσης IP c-class

25 Σύστηµα απόδοσης DNS Ανοιχτός Κώδικας Στην βάση WiND αποθηκεύονται πληροφορίες για κάθε κόµβο, όπως οι παρακάτω: o Αναγνωριστικό ID o Όνοµα του διαχειριστή του κόµβου o Ηµεροµηνία δηµιουργίας o Συντεταγµένες της τοποθεσίας που βρίσκεται o Το είδος του κόµβου (αν πρόκειται για backbone ή για κόµβο - πελάτη) o Την IP c-class που χρησιµοποιεί o Τις διασυνδέσεις που διατηρεί µε άλλους κόµβους (ηµεροµηνία δηµιουργίας, µήκος της σύνδεσης, είδος σύνδεσης, πρωτόκολλο Wi-Fi της σύνδεσης) o Τα Access Points που πιθανά έχει τοποθετήσει και πληροφορίες για αυτά o Τις υπηρεσίες που παρέχει στο δίκτυο, καθώς και πληροφορίες για αυτές όπως ηµεροµηνία δηµιουργίας, κατάσταση (ενεργή ή ανενεργή), περιγραφή της υπηρεσίας και πληροφορίες απαραίτητες για να χρησιµοποιηθεί η υπηρεσία. Η µορφή των παραπάνω πληροφοριών προκειµένου αυτές να αναπαριστώνται πιο κατανοητά για τα µέλη του δικτύου είναι html ιστοσελίδες, µε κάθε µια να αντιστοιχεί σε κάθε κόµβο. Μια τέτοια σελίδα δηµιουργείται κάθε φορά που ένας κόµβος εγγράφεται στην βάση WiND ως ενεργός ή ως ενδεχόµενος κόµβος, ενώ πραγµατοποιούνται αλλαγές κάθε φορά που προκύπτει κάποια αλλαγή (δηµιουργία νέου link, παροχή νέας υπηρεσίας). Πιο κάτω φαίνεται µια τέτοια ιστοσελίδα ενός κόµβου τύπου backbone:

26

27

28 3 Μελέτη του Ασύρµατου Μητροπολιτικού ικτύου Αθηνών 3.1 Στόχοι - Μέθοδοι που χρησιµοποιήθηκαν Μέσα από αυτή τη µελέτη προσπαθήσαµε να παρατηρήσουµε και να µετρήσουµε µια ασύρµατη κοινότητα µεγάλης κλίµακας, όπως είναι το ΑΜ Α. Έγινε προσπάθεια να προκύψουν όσο το δυνατόν περισσότερα συµπεράσµατα σχετικά µε το δίκτυο και πιο συγκεκριµένα όσον αφορά τη δοµή του, το ρυθµό ανάπτυξής του συναρτήσει του χρόνου και τις υπηρεσίες που οι κόµβοι «τρέχουν» και χρησιµοποιούν. Επίσης έγινε σύγκριση κάποιων χαρακτηριστικών του διαδικτύου που είχαν µελετηθεί κατά το παρελθόν µε τα αντίστοιχα σηµερινά χαρακτηριστικά του ΑΜ Α. Μεταξύ των άλλων ένας από τους αρχικός στόχους ήταν να µπορέσουµε να µελετήσουµε και θέµατα που αφορούσαν την ποσότητα της κίνησης που διέρχεται από έναν µέσο backbone κόµβο, καθώς εκείνος δροµολογεί πακέτα προς άλλους κόµβους ως ενδιάµεσος. Ωστόσο λόγω αδυναµίας να έχουµε πρόσβαση σε τέτοιο κόµβο, ο οποίος θα αποτελούσε τον ενδιάµεσο και εποµένως θα διέθετε παραπάνω από έναν συνδέσµους το συγκεκριµένο κοµµάτι δεν κατάφερε να µελετηθεί. Τα σηµεία τα οποία τελικά εξετάσθηκαν είχαν να κάνουν τόσο µε την επεξεργασία της βάσης WiND, όσο και µε πειραµατικές µετρήσεις που έλαβαν χώρα από τον κόµβο του πανεπιστηµίου ( Πιο συγκεκριµένα προσπαθήσαµε να δώσουµε απάντηση στα παρακάτω ερωτήµατα: 1)Πόσοι κόµβοι πελάτες αντιστοιχούν συνήθως σε έναν backbone κόµβο; 2)Πόσες backbone συνδέσεις διατηρούν συνήθως οι backbone κόµβοι; 3)Πόσο µεγάλες είναι οι αποστάσεις των συνδέσµων που δηµιουργούνται; 4)Ποιός είναι ο αριθµός των νεο-εισαχθέντων κόµβων στο δίκτυο ανά χρόνο;

29 5)Ποιός είναι ο συνολικός αριθµός των κόµβων στο δίκτυο µε βάση την WIND; 6)Ποιός είναι ο αριθµός των backbone κόµβων και των κόµβων πελατών (καθώς και ο συνολικός αριθµός κόµβων) µε βάση πειραµατικές µετρήσεις; 7)Ποιά είναι η διάµετρος του δικτύου µετά από πειραµατικές µετρήσεις; 8)Ποια είναι η διάµετρος του δικτύου µε βάση τα στοιχεία της WiND; 9)Ποιες υπηρεσίες τρέχουν οι κόµβοι µε βάση την WIND; 10)Ποιές υπηρεσίες τρέχουν οι κόµβοι µετά από πειραµατικές µετρήσεις; Όπως φαίνεται κάποια από τα θέµατα τα προσεγγίσαµε µε 2 τρόπους: επεξεργάζοντας τα στοιχεία της βάσης WiND αλλά και εκτελώντας πειραµατικές µετρήσεις από τον κόµβο της σχολής. Θελήσαµε µε αυτόν τον τρόπο να δούµε κατά πόσο τα στοιχεία που παρέχονται από την βάση αυτή ήταν ακριβή και σε κάθε περίπτωση προσπαθήσαµε να εξηγήσουµε πιθανές αποκλίσεις στα αποτελέσµατα που εξάγαµε µε τον πρώτο ή µε τον δεύτερο τρόπο. Το αναµενόµενο αποτέλεσµα ήταν η βάση WiND να µην περιέχει ακριβή στοιχεία, καθώς πρόκειται για µια βάση που απαιτεί την ανηµέρωση από τα µέλη του δικτύου. Αυτό αυτοµάτως σηµαίνει ότι τυχόν εσκεµµένη ή µη παράλειψη της ενηµέρωσης στη βάση κάποιων στοιχείων, τα στοιχεία αυτά δε θα περιέχουν την ακριβή κατάσταση στο δίκτυο. Για την υλοποίηση των παραπάνω στόχων χρησιµοποιήθηκε προγραµµατισµός σε JAVA, ώστε να µπορέσει όλη η πληροφορία της βάσης WiND που ήταν αποθηκευµένη στα html αρχεία που βρισκόντουσαν στο ιαδίκτυο να µεταφερθεί σε µορφή που θα µας βοηθούσε να την επεξεργαστούµε πιο εύκολα. Έτσι το πρώτο βήµα ήταν να «κατεβάσουµε» τα αρχεία αυτά και στη συνέχεια να διαπεράσουµε τον κώδικα html µε σκοπό να κρατήσουµε την πληροφορία που µας ενδιέφερε. Τα αποτελέσµατα αποθηκεύτηκαν σε ειδικά αρχεία µε συγκεκριµενο µορφότυπο, ένα για κάθε κόµβο του δικτύου. Ένα τέτοιο αρχείο φαίνεται πιο κάτω:

30 Αριθµός Κόµβου = 19 Όνοµα Κόµβου = m0rales ηµιουργήθηκε = 10/19/05 C Class Addresses addr = Ηµεροµηνία = 12/02/05 ιασυνδέσεις Όνοµα Κόµβου ιασύνδεσης = EE (#533) Τύπος ιασύνδεσης = Backbone Κατάσταση = Ενεργό ηµιουργήθηκε = 12/07/05 Πρωτόκολλο = IEEE a SSID = awmn Όνοµα Κόµβου ιασύνδεσης = George35 (#7028) Τύπος ιασύνδεσης = Backbone Κατάσταση = Ενεργό ηµιουργήθηκε = 01/21/06 Πρωτόκολλο = IEEE b SSID = awmn Access Points Τύπος ιασύνδεσης: Access Point Κατάσταση: Ενεργό ηµιουργήθηκε: 01/12/06 Πρωτόκολλο: IEEE g SSID: awmn-19-home Κανάλι Επικοινωνίας: 8 dimitris (#7322) Ενεργό teo (#7740) Ενεργό Τύπος ιασύνδεσης: Access Point Κατάσταση: Ενεργό ηµιουργήθηκε: 12/04/05 Πρωτόκολλο: IEEE b SSID: AWMN-19

31 Κανάλι Επικοινωνίας: 7 Ilissos (#20) Ανενεργό owel (#7546) Ανενεργό baz (#8344) Ανενεργό architecture rock cafe (m0rales) (#8872) Ενεργό Υπηρεσίες Κατηγορία: DC Hub ιεύθυνση IP: (TCP/411) Πληροφορίες: Κατάσταση: Ενεργή Ηµεροµηνία: 04/26/ Κατηγορία: FTP Server ιεύθυνση IP: (TCP/21) Πληροφορίες: Κατάσταση: Ενεργή Ηµεροµηνία: 06/23/ Κατηγορία: FTP Server ιεύθυνση IP: (TCP/21) Πληροφορίες: Κατάσταση: Ενεργή Ηµεροµηνία: 11/21/ Κατηγορία: Hosting (DNS) ιεύθυνση IP: Πληροφορίες: µπορειτε να ερθετε σε επικοινωνια µαζι µου να σας φιλοξενησω τον dns σας Κατάσταση: Ενεργή Ηµεροµηνία: 04/26/ Κατηγορία: Streaming (Audio) ιεύθυνση IP: Πληροφορίες: λειτουργει shoutcast server 24/7 Κατάσταση: Ενεργή