construção de roteadores de baixo custo com peças

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ESTUDOS
Turma 2014. Disponível em: http://www.ib.unicamp.br/dep_biologia_animal/BE310
CONSTRUÇÃO DE ROTEADORES DE BAIXO CUSTO
COM PEÇAS DESCARTADAS
MATEUS PATETI VINTURINI, RAFAEL KOTCHEKOFF CARNEIRO
& RODRIGO DE CASTRO SURITA*
Engenharia Elétrica, FEEC, Universidade Estadual de Campinas
*Email correspondente: [email protected]
O avanço constante da tecnologia digital juntamente com diversos processos econômicos para
incentivo ao consumo faz dos computadores um produto com defasagem tecnológica muito rápida
(UNEP, 2009), o que causa a necessidade de empresas e usuários trocarem seus dispositivos com pouco
tempo de uso. Logo, a geração de lixo eletrônico proveniente de computadores ainda funcionais porém
defasados cresce rapidamente, e, assim também seus impactos ambientais (SILVA et al., 2007), pois os
estes dispositivos contém quantidades significativas de polímeros não biodegradáveis e metais pesados
como mercúrio, chumbo, cádmio e berílio (UNEP, 2009).Esses impactos, de forma reduzida, se resumem
em: contaminação de lençóis freáticos por deposições dos metais pesados; contaminantes no ar devido à
queima e riscos diretos a saúde de humanos ou outros seres vivos em contato direto
As iniciativas de recuperação e reciclagem de lixo eletrônico não são suficientes para garantir um
descarte correto dos contaminantes (SILVA et al., 2007). Desta forma, para diminuir o impacto
ambiental, o reuso de peças funcionais apresenta-se como ótima alternativa, pois evita a geração de lixo e
possibilita a montagem de dispositivos com custo reduzido.
Roteadores domésticos são dispositivos capazes de criar uma rede local (LAN - Local Area
Network) e conectá-la a uma rede pública, como exemplo, a internet (WAN - Wide Area Network),
satisfazendo os seguintes requisitos (CABA, 1998): 1) Simplicidade de instalação e configuração
compatíveis com usuários domésticos; 2) Segurança de fácil utilização e 3) Preço compatível com
orçamentos domésticos. Tais dispositivos normalmente são desenvolvidos como sistemas embarcados,
que são computadores construídos com foco na execução de somente um tipo de funcionalidade (VAHID,
2007), mas que possuem uma arquitetura muito semelhante a de um computador multipropósito (PINI et
al., 1999), com exceção de diversas interfaces de rede. Neste sentido, a viabilidade de se utilizar um
computador parece não representar um grande desafio do ponto de vista técnico, uma vez que
computadores de mesa (desktops) possuem barramentos genéricos que permitem conectar diversos
dispositivos de forma modular (PCISIG, 2014), permitindo conectar as interfaces de rede necessárias.
Este projeto utilizará hardware de computadores convencionais de mesa (desktops) como matéria
prima para o desenvolvimento devido a sua modularidade, que permite que o roteador tenha o número de
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interfaces de rede aumentado apenas pela adição de mais placas de rede ao sistema original, com
pouquíssimo aumento de custo de hardware e elétrico.·.
Neste projeto, a obtenção de peças se deu pela doação de uma empresa do setor de saúde, que
dispensou duas máquinas utilizadas em uma secretaria. A partir desses sistemas foi montada uma
máquina única para servir como roteador. Componentes que não eram necessários, como discos rígidos,
unidades de mídia removível e placa de vídeo foram removidas para evitar o consumo excessivo de
energia.
O sistema operacional utilizado foi uma distribuição do sistema GNU/Linux conhecida como DSL
(DAMN SMALL LINUX, 2012), de código aberto e gratuita, otimizada para funcionar em computadores
com memória e capacidade de processamento limitadas. Um programa de inicialização foi escrito
utilizando comandos disponíveis no sistema GNU e um pacote denominado “bridge-utils”, para conexões
de rede do tipo ponte (LINUX FOUNDATION, 2013) visando automatizar a configuração do dispositivo.
Para verificar o funcionamento do sistema foram analisados os parâmetros de latência média,
definida como a média do tempo de resposta necessário para que um dispositivo de rede interprete e
devolva um pacote de dados para o sistema que o requisitou, e consumo médio de energia elétrica. As
medidas obtidas para a máquina montada foram comparadas com três diferentes roteadores comerciais
disponíveis no mercado.
Para as medidas de latência foi utilizado o comando “ping” do sistema GNU em um computador
remoto conectado a partir de um cabo de rede de aproximadamente 1m diretamente no dispositivo
testado. Já para as medidas de potência foram utilizados um amperímetro e um multímetro conectados
diretamente na saída da rede elétrica. A seguir, aplica-se a Lei de Joule sobre os valores de corrente e
tensão medidos visando calcular a potência dissipada. As perdas relativas as fontes de alimentação dos
dispositivos comerciais utilizados como controle também são consideradas.
Ao todo, foram testados 4 dispositivos sendo eles 3 dispositivos comerciais e o computador
montado. Os resultados para os testes de latência são uma média de 64 testes realizados para diferentes
tamanhos de pacotes (64, 256, 1024 e 4096 bytes).
Tabela 1. Tempos de latência (em ms) para cada tamanho de pacote para cada dispositivo.
DISPOSITIVO \
LATÊNCIA* (MS)
64b
256b
1kb
4kb
Computador
0,34
1,18
4,15
15,79
LINKSYS® wrt54gc
0,37
1,31
4,44
16,04
TP-LINK® wrt40n
0,56
1,57
4,88
16,97
LINKSYS® e2500
0,26
1,12
4,15
15,86
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Figura 1. Tempos de latência (em ms) agrupados por tamanho de pacote para cada dispositivo.
Os tempos de latência medidos são muito próximos e em alguns casos até menores que os
dispositivos comerciais. Especialmente para arquivos maiores, o computador se mostrou mais eficiente.
Isso deve-se ao maior processamento disponível. Para os pacotes pequenos, uma possibilidade para o
atraso advém do retorno do processo gerenciador da conexão de um estado ocioso para ativo pelo sistema
operacional (CARDOZO & MAGALHAES, 2002). Isso pode ser otimizado mantendo o processo fixo na
memória e colocando-o como prioritário.
Para o consumo energético são apresentados os valores de corrente e tensão medidos e a potência
calculada. O erro nas medições é de 0,02A para a corrente é de 0,2V para a tensão, que ocasiona uma
confiabilidade na potência em dois algarismos significativos.
Tabela 2. Corrente (em Àmperes) e tensão (em Volts) medidas e potência (em Watts) calculada para cada
dispositivo.
CORR.
(A)
TENS.
(V)
POT.
(W)
Computador
0,29
123,4
35
LINKSYS®
wrt54gc
0,20
123,5
25
TP-LINK®
wrt40n
0,18
123,3
22
LINKSYS®
e2500
0,26
123,3
32
DISPOSITIVO
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Figura 2. Consumo energético (em Watts) para cada dispositivo.
O consumo energético do computador se mostrou superior aos demais dispositivos comerciais,
sendo 3w superior ao dispositivo com desempenho semelhante (E2500), porém significativamente a
diferença é bastante pequena e corresponde à, por exemplo, menos que o consumo de um aparelho de
televisão desligado (MENDES, 2001). Outras configurações para o computador também podem ser
organizadas pensando em melhorar a eficiência. Utilizar um computador multipropósito também permite
realizar tarefas como desligamento programado, visando reduzir o desperdício quando ocioso além de
possuir boa capacidade para monitorar a rede.
Utilizar componentes de computadores antigos como roteadores de rede não só se mostrou viável,
como também parece uma alternativa de bom desempenho quando comparado com roteadores de baixo
custo. O tempo de latência observado na máquina montada foi próximo e em alguns casos menor ao das
alternativas comerciais.
Quanto a consumo energético, o computador se mostrou menos eficiente que os produtos do
mercado, porém o impacto dessa diferença é pequeno se comparado ao consumo de dispositivos
eletrônicos domésticos. Esta análise também não leva em conta os gastos com produção e transporte de
dispositivos, bem como um computador multipropósito permite otimizações como desligamento
programado que não são possíveis em um roteador convencional. Outras configurações de hardware
também devem ser analisadas.
Logo, dado a sua fácil montagem, instalação e a baixa dificuldade de manutenção, os
computadores montados nos moldes deste projeto podem facilmente ser utilizados para fins de inclusão
digital, pois apresentam baixíssimo custo de montagem e performance elétrica e computacional
compatível com as soluções comerciais. Elimina-se assim, a parte mais técnica e custosa da criação de
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redes para distribuir acesso à internet. A criação de um manual simples para ser distribuído gratuitamente
é também uma solução adjunta, pois possibilitaria a montagem do sistema por pessoas não familiarizadas
com o computador, dado que foi mostrado que a montagem e implementação do projeto não requer
conhecimentos profundos de informática. Esse manual conteria um guia visual para mostrar o encaixe
físico correto das peças e um cd ou unidade FLASH com o sistema operacional pré-configurado para
funcionar em qualquer computador.
REFERÊNCIAS
CABA, 1998. The Residential Gateway Report. Disponível em http://www.cazitech.com/RG-report.pdf.
Acesso em 21/06/2014
CARDOZO, E. & MAGALHAES, M., 2002. Introdução aos Sistemas Operacionais. Campinas, editora
Unicamp; 2002
LINUX
FOUNDATION,
2013.
Bridge
Disponível
em
http://www.linuxfoundation.org/collaborate/workgroups/networking/bridge . Acesso em 21/06/2014
MENDES, A. S., 2001. O consumo de energia em modo “standby”. Espaço acadêmico. v. 5,n. 1.
Disponível em http://www.espacoacademico.com.br/005/05mendes.htm . Acesso em 21/06/2014
PCISIG, 2014. PCI Special Interest Group. Disponível em http://www.pcisig.com/home. Acesso em
21/06/2014
PINI, L; DALTRINI, B & JINO, M., 1999. Introdução aos Sistemas Digitais. 2ed. São Paulo,Makron
Books.
SILVA, B. D.; OLIVEIRA, F. C. & MARTINS, D. L., Resíduos Eletrônicos no Brasil, Santo André,
2007
UNEP. Sustainable Innovation and Technology Transfer, Industrial Sector Studies: RECYCLING –
FROM
E-WASTE
TO
RESOURCES.
2009.
Disponível
em
http://www.unep.org/publications/contents/pub_details_search.asp?ID=4136 . Acesso em 21/06/2014
VAHID, F., 2007. Digital Design. Londres, John Wiley & Sons Inc; 2007
APÊNDICE I - CONFIGURAÇÃO DO COMPUTADOR
O computador montado no projeto de construção de roteadores de baixo custo tinha a seguinte
montagem:
1.
2.
3.
4.
Processador Intel Pentium® III 533MHz
Memória RAM Corsair® 2 x 64Mb 133MHz
Placa mãe Intel® E139761 (Possuí uma interface de rede Ethernet)
Placas de rede PCI auxiliares
● Realtec® 8239
● Encore® Enl832-tx
5. Pen drive SanDIsk® 2Gb (Executando o sistema operacional)
6. Fonte de alimentação ATX Wisecase® Ws-500-p42s 200w
A configuração foi organizada conforme a Figura 3.
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Figura 3. Montagem final do computador. Nota-se as interfaces de rede conectadas ao barramento PCI na
extremidade inferior esquerda e os conectores de alimentação (desconectados) do disco rígido, unidades
de CD e placa de vídeo no lado esquerdo.