Yazılım tabanlı sağlayıcıdan bağımsız erişim noktası kontrolü geliştirilmesi
Development of software based vendor independent access point controller
Yazar: MEHMET ALİ ERTÜRK
Danışman: YRD. DOÇ. MUHAMMED ALİ AYDIN ; DOÇ. DR. LUCA VOLLERO
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Kurulum kolaylığı ve ucuz maliyetleri sebebiyle IEEE 802.11 Kablosuz Ağlar her alanda hızlı bir şekilde yayılmış ve kullanılmaya başlanmıştır. Yaygın olarak kullanılmasıyla birlikte yönetimsel sorunlarda beraberinde gelmektedir. Kullanıcı ve kablosuz erişim noktasının az olduğu ağ altyapılarını yönetmek kolay olmakla birlikte, büyük ölçekli kurumlarda geleneksel metotlar ile bu altyapıları yönetmek zaman ve iş gücü kaybına neden olmaktadır. Aynı zamanda, yapılandırma işlemlerinin elle kontrol edilmesi kullanıcı hatalarına da kapı aralamaktadır. Büyük ölçekli ağ altyapılarına ihtiyaç duyulan ortamlarda her bir kablosuz erişim noktasının merkezi bir noktada yapılandırılması, izlenmesi ve yönetilebilmesi için Erişim Noktası Yöneticisine ihtiyaç duyulmaktadır.

Erişim Noktası Yöneticisi yapılandırma, izleme ve yönetim olmak üzere üç ana fonksiyonu yürütmektedir. Bu faaliyetleri gerçekleştirmek için günümüzde farklı çözümler mevcuttur. Birçok Erişim Noktası üreticisi firma, kendi ekosistemlerinde çalışmak üzere hazırladıkları çözümleri geliştirerek sunmaktadırlar. Bu çözümler firma tarafından geliştirilen özel firmware ile dağıtıldıkları için dışardan müdahalelere kapalıdırlar.

Tez çalışmamızda donanım üreticilerinin sunmuş olduğu kapalı ve kendi donanımları ile çalışan çözümlere alternatif olacak, yazılım tabanlı ve herhangi bir sağlayıcıdan bağımsız standart protokoller ile çalışan bir Erişim Noktası Yöneticisi geliştirilmiştir. Geliştirilen sistem, kablosuz cihazları yönetmek için tasarlanmış olan CAPWAP protokolünü kullanmakta olup, bu protokolün desteklendiği diğer çözümlerle uyumlu çalışabilmektedir.

Çalışmamızda, bir TestBed ortamı kurularak farklı donanım üreticilerinin farklı yonga seti ve mimarilerinde, geliştirdiğimiz uygulamalar çalıştırılarak test süreçleri tamamlanmıştır. Tasarlanan sistemin mimarisi kablosuz ağ altyapıları için geliştirilen algoritmaların test edilmesine olanak sunan bir yapı sunmaktadır.

IEEE 802.11 standartları gereği, kullanıcılar en güçlü sinyali aldıkları erişim noktasına bağlanırlar bunun sonucunda, ağ üzerinde dengesiz yük dağılımına yol açarak, ağ performansını olumsuz etkilemektedir. Literatür incelendiğinde, mevcut yük dengeleme algoritmaları, kullanıcıları, sayıca en az istemcisi olan veya trafik yükü bakımından en az olan erişim noktasına yönlendirerek çözmeye çalışmaktadır. Bu çalışmalar, trafik önceliğini göz ardı ederek QoS ve yük dengeleme yapılandırma sını göz ardı etmektedirler.

Tez çalışmamızda, QoS ve yük dengeleme problemlerini analiz ve çözüm üretmek amacıyla bir çatı çerçeve hazırlanmış ve bu çatı ile farklı yük dengeleme algoritmaları üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Modellenen algoritmalar kapalı bir alanda, geliştirdiğimiz merkezi Erişim Noktası Yöneticisi üzerinden TestBed ortamında gerçek cihazlar ile test edilerek sonuçlar doğrulanmıştır. Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, önerilen model, QoS ile yük dengeleme algoritmalarını analiz ve test etmek açısından etkili bir yöntem olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca geliştirilen Erişim Noktası Yöneticisi gerçek bir ortamda yük dengeleme algoritmaları ile test edilerek sistemin uçtan uca testleri yapılmıştır. Algoritmaların gerçek kablosuz ağ altyapılarında test edilmesi ve uygulanması açıcından geliştirilen Erişim Noktası Yöneticisi önemli bir araç olabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
Wireless hotspots have become popular, due to their ability to provide inexpensive and easy-to-deploy network infrastructures. While it is easy to maintain these networks in small infrastructures, it becomes an issue in large scale network infrastructures using tradational startegies. Also, traditional methods are workfoce and error-prone. It is necessary to use a centrialized Acess Controller Systems to handle configuration, monitoring and management functions in large scale wireless infrastructures.

An Access Controller (AC) carries out three main functions, monitoring, configuration and management. There are different solutions are avilable to ensure these functionalities. However, most of the AC producers solves these problems with their own solutions within their hardware ecosystems. These solutions are distributed with vendor depended firmwares which are closed for any external modifications.

In our study, we will provide an alternative software based Access Controller solution built on top of the standards and independed of the any hardware vendor. Developed solution is based on CAPWAP protocol, which is a standard to manage wireless devcies. Our system is capable of any CAPWAP supported device.

In our study, we built a TestBed enviroment with different hardwares from different vendors and architectures to test our system. Also, designed architecture has abilities to suports management algorithms for dynamic configuration strategies to be applied on wireless networks.

According to the IEEE 802.11 standarts Access Point selection in WiFi hotspots is driven by stations and it is based on the measured strongest RSSI which leads network to be imbalanced and decreases performance of the network. Existing Load Balancing (LB) solutions aim at solving this problem by enforcing the connection of stations to the AP having either the smallest number of associated stations or the lowest traffic load. However, LB solutions do not account for traffic priorities or, when they consider them, they do not deal with the joint configuration of QoS (Quality of Service) and LB parameters.

In this study we present a framework for modeling, analyzing and designing QoS-aware LB solutions. The proposed framework is validated through TestBed environment with real devices in a typical indoor LB scenario. The results show that the model is effective in capturing network performance and in designing LB solutions that account for traffic priorities and the configuration of QoS parameters. Also, developed AC is important tool to provide a real enviroment to test and apply algorithms in real wireless infrastructures