Detecção e mitigação de anomalia na camada MAC em redes IEEE 802.11

Abstract

O padrão IEEE 802.11 está presente em toda a parte como ponto de acesso à Internet sem fio. A maioria dos dispositivos utilizados é de baixo custo e não provê uma interface padronizada para gerenciamento remoto. Dispositivos móveis competindo pelo ponto de acesso podem causar uma degradação no desempenho da rede, conhecida como Anomalia da MAC . Neste estudo é apresentado um dispositivo com firmware modificado, o que possibilita a monitoração da qualidade de suas conexões sem fio em tempo real. Este firmware especial possui recursos de programação, permitindo que o ponto de acesso seja gerenciado remotamente. O Linux embarcado OpenWRT foi adotado como plataforma neste trabalho, em substituição ao firmware original. Foi escolhido um hardware de tamanho reduzido, de baixo custo e acessível. Através de programação, é possível coletar importantes parâmetros sobre a operação da rede sem fio, o que nos permite obter considerável controle sobre o ponto de acesso. Pontos de acesso à Internet sem fio são dispositivos roteadores e o Linux OpenWRT possui recursos de roteamento e controle de tráfego configuráveis e programáveis. Desta maneira, é possível adicionar o recurso de controle de tráfego ou políticas de roteamento através de programação. Neste trabalho foram coletados dados de vazão, tornando-se possível observar a anomalia da MAC, bem como identificar as estações ofensoras. Após isso, afim de mitigar o efeito danoso da anomalia ao desempenho da rede, foi utilizada a técnica traffic shaping para forçar um decréscimo de vazão nas estações ofensoras, restaurando assim a operação normal da rede. O objetivo deste trabalho é integrar os scripts de medição de vazão, identificação de ofensores e mitigação da anomalia, obtendo como resultado um dispositivo livre de quedas de desempenho devido à anomalia da MAC e que pode ser instalado em uma rede convencional para testes de campo.

IEEE 802.11 standard is largely used anywhere as a cheap way to access Internet, but the majority of devices used does not provide a standard way to manage them remotely. Mobile stations competing for the access point may cause a general wireless network failure, known as the "MAC Performance Anomaly". Here, it is presented an access point with modified firmware, that monitors wireless conections´s quality and has a programmable capability, allowing to do network management in a standardized manner. Embedded Linux "OpenWRT" was installed to replace the original firmware in a very cheap and reduced size hardware. By means of Bourne shell script programming, it is possible to collect all important operating parameters and data of the access point. From this, its possible to gain considerable control over it. Wireless access point devices are routers, while embedded Linux has routing capabilities. Thus, it is easy to implement traffic policies by means of Bourne shell script programming. Traffic shaping is one of the acces point´s capabilities successfuly tested and demonstrated in this work. MAC performance anomaly detection in IEEE 802.11 networks can be easily implemented by means of scripts as well. It was collected and plotted network throughput data, becoming possible to observe the MAC performance anomaly, identifying the offending stations. Furthermore, traffic shaping is applied in order to mitigate the effects of the anomaly, restoring in this manner, the normal network operation. The object of the current study is to integrate everything: measurements of operation data (network throughput in Mbit/s), detection of the MAC performance anomaly and perform its mitigation immediately. The ultimate goal is to install this device in a test field and therefore mitigate the MAC anomaly automatically.