PDF de programación - IRIS: Una infraestructura de software para el desarrollo de escenarios de colaboración digital espontánea sobre dispositivos móviles

Centro de Investigación y de Estudios

Avanzados

del Instituto Politécnico Nacional

Departamento de Ingeniería Eléctrica

Sección de Computación

IRIS: Una infraestructura de software para el

desarrollo de escenarios de colaboración

digital espontánea sobre dispositivos móviles

IEEE 802.11b

Tesis que presenta

Silvana Bravo Hernández

para obtener el Grado de

Maestra en Ciencias

en la Especialidad de

Ingeniería Eléctrica

Director de la Tesis

Dr. José Oscar Olmedo Aguirre

México, D.F.

Septiembre 2004

ii

Agradecimientos

iii

Dedico este trabajo como una pequeña forma de agradecimiento a la
persona que tuvo la gran visión de concebir la idea que origino este trabajo,
por que siempre esta cuando lo necesito, por que siempre me ha apoyado y me
impulsa con su gran espíritu emprendedor. Gracias Alfonso. A mi madre por
que me dio las armas para enfrentarme a la vida y me enseño con su ejemplo
el gran amor incondicional y sin reservas que una madre puede prodigar a
sus hijos. A mi padre por que me enseño a enfrentar la vida con optimismo
y sin restricciones. A Yola, Raquel, Nacho, Dani y Hugo por que comparten
mis tristezas y mis alegrías y me acompañan siempre en mis triunfos. A mis
sobrinos Yolita, Dani e Itiel por que son mi esperanza en el futuro. A Gina,
Alfonso y Polo por que son parte de mi familia y me han demostrado su
afecto dandome su apoyo siempre.

De manera especial agradezco al Dr. José Oscar Olmedo Aguirre por

haber creído, apoyado y enriquecido este proyecto.

De igual forma agradezco al Dr. Guillermo Benito Morales Luna y al Dr
Francisco Rodríguez Henríquez por el tiempo invertido en la revisión de este
documento y por sus valiosos comentarios para mejorar el mismo.

Finalmente mi agradecimiento al Centro de Investigación y de Estudios

Avanzados del Instituto Politécnico Nacional.

iv

Resumen

v

Las aplicaciones tradicionales de colaboración digital están limitadas a es-
cenarios que cuentan con una infraestructura de red previamente establecida
sobre la que se realiza la colaboración.

Con el avance en la tecnología de integración a gran escala, la microe-
lectrónica y las telecomunicaciones fue posible la construcción de una gran
variedad de dispositivos móviles proliferando los dispositivos de propósito
específicos como las agendas electrónicas. Sin embargo, debido al poder com-
putacional con que cuentan y sus capacidades de comunicación a través de
enlaces inalámbricos, es posible utilizar estos dispositivos como herramien-
tas de colaboración digital en ambientes móviles. No obstante para hacer
realidad estos escenarios que llamaremos escenarios de colaboración digital
espontánea se necesita construir una capa intermedia de software que: gestio-
ne la administración y configuración de la red para habilitar la comunicación
entre los participantes (la cual en los anteriores escenarios de colaboración era
definida a priori por un experto). Así como el manejo del contexto de colabo-
ración que involucra el conocimiento de la llegada y salida de los dispositivos
participantes que colaboran en la tarea.

En esta tesis se discute el diseño e implementación de la capa intermedia
de software IRIS que sirve como base para la construcción de aplicaciones
de colaboración digital espontánea y que trabaja sobre dispositivos móviles
heterogéneos con tecnología inalámbrica IEEE 802.11b. IRIS está formada
por un conjunto de protocolos y mecanismos de colaboración para ambien-
tes móviles que efectúan: la detección, asociación o creación de un grupo de
trabajo, la entrada y salida de los participantes y la difusión de las acciones
de cada participante al grupo de colaboración. Finalmente, para mostrar la
funcionalidad de la infraestructura de software IRIS, se presenta la imple-
mentación de un pizarrón compartido para el intercambio de información en
grupos de trabajo.

vi

Abstract

vii

Traditional applications of digital collaboration are restricted to scenarios
that assume previously established network infrastructure under which the
collaboration is carried out.

With the current advances in VLSI (Very large scale of integration), mi-
croelectronics and telecommunications, the construction of a wide variety of
mobile devices has been possible. The most popular are cell phone and PDA’s
(Portable Digital Assistants). These mobile devices due to their: proliferation,
computational power and their recent wireless communication capabilities are
suitable tools for digital collaboration in a mobile environment. However, to
achieve these scenarios, that we call “spontaneous digital collaboration sce-
narios”, we design and implement a middleware that handles: the network
configuration and administration, the collaboration context and the mobility
of nodes in the spontaneous networks. All these mechanisms were created in
order to allow the easy set up and the interoperation between heterogeneous
devices. Therefore, the work group users don’t have to worry about nodes
configuration or application set up.

In this thesis we discussed the design and the implementation of IRIS,
a middleware that is the base for the construction of collaborative appli-
cations that will run on spontaneous networks of mobile devices equipped
with wireless technology IEEE 802.11b. IRIS is composed by a suite of pro-
tocols and mechanisms that handle: the detection, association or creation of
a work group; the entrance and exit of the participants and the diffusion of
the actions of each participant to the collaboration group.

Finally, to show the functionality of the IRIS middleware, we present
the implementation of a shared blackboard that has been to exchange of
information in work groups.

viii

Índice General

1. Introducción

1
1.1. Colaboración digital
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2. Colaboración digital espontánea . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.3. Redes sin infraestructura preestablecida . . . . . . . . . . . . .
5
1.4. Planteamiento del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.5. Contribuciones de la tesis
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.6. Trabajo relacionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.7. Contenido del documento
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.8. Convenciones usadas en este documento . . . . . . . . . . . . 11

2. Tecnologías para establecer redes espontáneas

13
2.1. Comunicación inalámbrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2. El estándar IEEE 802.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.1. Capa física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.2. Capa MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.3. Componentes de una red IEEE 802.11 . . . . . . . . . 17
2.2.4. Tipos de red de área local IEEE 802.11 . . . . . . . . . 18
2.2.5. Operaciones de administración . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3. Limitaciones de la tecnología IEEE 802.11 . . . . . . . . . . . 22

3. La infraestructura de software IRIS

23
3.1. Ubicación de la infraestructura de software IRIS . . . . . . . . 24
3.2. El diseño de IRIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2.1. La capa para establecer la red . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.2. La capa para lograr configuración nula . . . . . . . . . 25
3.2.3. La capa de movilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2.4. La capa de colaboración . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2.5. La capa de funcionalidad de la aplicación . . . . . . . . 27

ix

x

ÍNDICE GENERAL

3.3. La pila de protocolos de IRIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.3.1. Auto-asignamiento de dirección IP . . . . . . . . . . . 28
3.3.2. Protocolo de descubrimiento de servicios . . . . . . . . 32
3.3.3. Protocolo de movilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3.4. Mecanismos de colaboración . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.4. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4. La implementación de IRIS

4.1. Selección de los dispositivos
4.2.

47
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Implementación en Mac OS X . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.1. Ambiente de desarrollo Cocoa . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.2. Componentes de IRIS en Mac OS X . . . . . . . . . . . 49
4.2.3. Descripción de clases y protocolos . . . . . . . . . . . . 49
Implementación en Familiar Linux . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.1. Ambiente de desarrollo Qt/Embedded C++ . . . . . . 57
4.3.2. Componentes de IRIS en Familiar Linux . . . . . . . . 60
4.4. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.3.

5. Construyendo una aplicación con IRIS

67
5.1. Pizarrón compartido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.1.1. Descripción de la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.1.2. Diseño de la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.1.3. Características importantes de la aplicación . . . . . . 74
5.2. Otras aplicaciones construidas con IRIS . . . . . . . . . . . . . 74
5.2.1. Aplicación de intercambio de mensajes . . . . . . . . . 74
5.2.2. Un control remoto para la aplicación iTunes . . . . . . 76

6. Conclusiones y trabajo a futuro

77
6.1. Resumen de la investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.2. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.3. Perspectivas a Futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

A. Rendezvous en Mac OS X

81
A.1. NSNetServiceBrowser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
A.2. NSNetService . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Índice de Figuras

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1. Colaboración digital
1.2. Colaboración digital espontánea . . . . . . . . . . . . . . . . .

2
4

2.1. La familia IEEE 802 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2. Mecanismo de acceso al canal CSMA/CA . . . . . . . . . . . 17
2.3. Componentes de una red 802.