Le trasmissioni dati di tipo wireless sono, a ben pensarci, una vecchia conoscenza: pensiamo a Marconi, inventore del telegrafo senza fili alla fine dell’800, ed alla massiccia diffusione, in seguito, di radio e televisione. Eppure oggi questa parola, “wireless”, ci suona così tanto innovativa, moderna, piena di promesse…
In un certo qual modo “wireless” è divenuto sinonimo di “libertà”, soprattutto libertà di movimento. Pensiamo al telefono cellulare, un apparecchio che, sebbene spesso demonizzato (e non sempre a torto), basta provarlo qualche giorno per rimanerne irrimediabilmente ammaliati: è il profondo fascino della comunicazione “in ogni luogo ed in ogni istante”, una comodità a cui, una volta abituatii, è davvero difficile rinunciare.
La chiave della comunicazione moderna, dunque, è proprio quella “libertà di movimento” citata in precedenza: oggi non è più l’uomo a spostarsi verso le fonti di comunicazione, ma sono le fonti stesse a seguire l’uomo nei suoi spostamenti, sia che si tratti di passare da un ufficio all’altro della propria azienda, sia che si tratti di cambiare continente.
Questa rivoluzione della comunicazione personale, partita con la telefonia cellulare, si sta propagando in ogni campo della nostra vita e del nostro lavoro, e non poteva mancare di influenzare da vicino tutta l’informatica.
L’informatica del 2000 sarà sempre meno “fissa”, “legacy”, e sempre più “mobile”, “pervasiva”. I computer desktop, in questo processo, verranno progressivamente affiancati da sistemi e dispositivi portatili, dai notebook alle info appliance, e perderanno via via quella centralità che oggi rivestono negli uffici di tutto il mondo.
Le reti wireless, e qui parleremo soprattutto di reti locali (LAN), rivestiranno un ruolo sempre più preponderante nei prossimi anni all’interno delle aziende, affiancando le tradizionali reti cablate. La loro diffusione sarà garantita dall’abbattimento dei prezzi, dall’affermarsi di uno standard ufficiale, l’IEEE 802.11, e dalla crescente interoperabilità fra soluzioni multi-vendor.
Associazioni no profit di produttori come WLAN e WLI Forum sono nate proprio con l’obiettivo di stendere un ponte fra le varie tecnologie wireless presenti sul mercato ed unificare l’offerta dei prodotti su di una base tecnologica comune.
Oggi i principali standard per le LAN wireless sono:
– IEEE 802.11: senz’altro il più supportato, attualmente opera sulle frequenze di 2,4 GHz e raggiunge i 2 Mbps di transfer rate. Si divide in due differenti modalità d’implementazione, la cui interoperabilità è stata certificata lo scorso anno dal WLI Forum: a modulazione Direct Sequence (DF) oppure Frequency Hopping (FH). Durante il corso di quest’anno dovrebbe venire ratificata anche la nuova estensione dello standard dedicata alle reti ad alta velocità (fino a 10 Mbps).
– OpenAir: proposto nel 1996 dal WLI Forum è questo uno standard a basso costo ottimizzato per le reti mobili in grado di raggiungere, in modulazione FH, velocità di punta di 1,6 Mbps. Il consorzio che lo ha lanciato sta lavorando per renderlo interoperabile con lo standard IEEE 802.11.
– HiperLAN: sponsorizzato dall’European Telecommunications Standards Institute rappresenta il primo standard completo per le reti wireless ad alta velocità (sopra i 2 Mbps). Operante in modulazione di frequenza di tipo GPSK, è in grado di raggiungere velocità fino a 24 Mbps su frequenze di 5 GHz.
– SWAP: nato nel marzo del 1998 da alcune grosse firme quali Compaq , Ericsson , HP , IBM , Intel , Microsoft , Motorola , Philips ed altre, questo standard offre soluzioni wireless economiche per il mercato SOHO. Operante su frequenze di 2,4 GHz in modulazione FH, è in grado di raggiungere i 2 Mbps.
– Bluetooth: formato da alcune delle aziende che hanno dato vita a SWAP e da altri grandi nomi quali Ericsson, IBM, Intel, Nokia e Toshiba , il Bluetooth Special Interest Group (SIG) è stato costituito nel maggio del 1998 con l’obiettivo di sviluppare uno standard molto economico per implementare soluzioni di rete wireless in ambienti di piccole dimensioni ed a corto raggio. Bluetooth dovrebbe essere l’ideale soprattutto per l’home networking e potrebbe rappresentare la morte dell’infrarosso (almeno per quanto riguarda le info appliance). La sua tecnologia si basa sulla modulazione FH, opera sui 2,4 GHz e non supera gli 1 Mbps di transfer rate.
Nonostante i diversi standard in circolazione, le tecnologie impiegate nelle varie soluzioni proposte sul mercato sono molto simili fra loro e, per fortuna, sempre più interoperabili. Nel seguito dell’articolo vedremo il generico funzionamento delle due modulazioni di frequenza DS e FH, utilizzate praticamente da tutti gli standard, compreso l’IEEE 802.11.
Le reti wireless utilizzano le onde elettromagnetiche (radio o infrarossi) per la trasmissione di informazioni digitali (dati). Qui ci occuperemo di tecnologie a onde radio, visto che quelle ad infrarossi trovano utilizzo in ambiti molto più ristretti, generalmente in connessioni a corto raggio, a vista (trasmettitore e ricevente devono avere il campo libero da ostacoli) e punto-a-punto. Le onde radio, dette anche portanti radio, trasportano i dati per mezzo di tecniche di modulazione multi-frequenza in grado di garantire, a fronte di un maggior dispendio di larghezza di banda, sicurezza e affidabilità.
La tecnologia che accomuna la stragrande maggioranza delle soluzioni wireless (e non solo LAN) presenti sul mercato è quella utilizzante la tecnica di modulazione chiamata “spread spectrum” (spettro diffuso). Questa tecnologia trova il suo impiego, per la prima volta, in ambito militare, e per la precisione durante la seconda guerra mondiale: veniva utilizzata per sistemi di comunicazione mission-critical come la teleguida dei siluri. Per ottenere una sicurezza di livello militare questa tecnica di modulazione fa sì che le informazioni di controllo vengano trasmesse su più frequenze radio ed in sequenze casuali, per poi essere riassemblate dal ricevente: se questo non conosce la giusta frequenza tutto quello che potrà ascoltare è un lieve rumore di fondo. Per ottenere un segnale al di sotto del rumore ambientale, dunque non intercettabile e altamente affidabile, nella tecnica spread spectrum si distribuisce l’energia di un segnale a banda stretta su una molto più ampia per ridurne così la sua densità di energia.
Esistono due tipi di trasmissione radio spread spectrum: frequency hopping (salto di frequenza) e direct sequence (sequenza diretta). Sebbene entrambe si basino sul fatto di trasmettere un segnale su una banda più ampia del necessario, le due tecniche di modulazione sono assai differenti fra loro: questo spiega anche il perché per anni nessuno ha mai certificato l’interoperabilità fra le due soluzioni.
La tecnica del FH, la più diffusa nel campo delle reti radio locali, salta, ad intervalli di tempo prestabiliti, da una frequenza a banda stretta ad un’altra all’interno di una banda più ampia: trasmettitore e ricevitore devono dunque essere sincronizzati per cambiare frequenza nello stesso istante. Questa tecnica risulta molto poco sensibile alle interferenze visto che in caso di errori le informazioni vengono ritrasmesse qualche millisecondo più tardi su di una diversa frequenza.
Nella tecnica del DS, invece, l’ampiezza di banda del segnale viene allargata artificialmente attraverso la generazione di una trama di bit ridondante per ogni bit trasmesso: questa trama, detta “chipping code”, costituisce in pratica un metodo alternativo a quello FS per la correzione degli errori di trasmissione: se qualche bit del chipping code fosse danneggiato, il ricevente potrebbe comunque riuscire a ricostruire i dati originali su base statistica senza la necessità di una ritrasmissione degli stessi. Naturalmente più grande è questo codice (e più ampia la banda necessaria alla sua trasmissione) più efficace sarà il recupero di eventuali dati errati.
Lo standard IEEE 802.11 si divide, proprio per differenziare le due tecniche di modulazione appena descritte, in due specifiche: l’802.11 FH e l’802.11 DS. Sebbene queste due varianti mantengano lo stesso protocollo MAC (secondo livello della pila ISO/OSI), il livello fisico è del tutto differente e fino a poco tempo fa non vi era compatibilità alcuna fra le due soluzioni.
In Europa il CEPT (Conference of European Postal and Telecommunications) ha stabilito che la banda disponibile per le frequenze utilizzate dalle LAN wireless sia quella dei 2,4 GHz: in USA il FCC (Federal Communication Committee) ha riservato anche le bande dei 900 MHz e dei 5,8 GHz. Naturalmente queste disposizioni risultano importanti affinché ogni tipologia di comunicazione radio, dal VHF alla TV, non generi interferenze o sovrapposizioni di segnale: se una rete locale wireless funzionasse, ad esempio, su di una frequenza compresa fra gli 88 ed i 108 MHz, con tutta probabilità tornerebbe buona solo per ascoltare un po ‘ di musica in FM.
Per capire come, dove e quando servano le reti locali senza fili, bisogna prima dare uno sguardo alle principali tipologie esistenti. E’ prioritario dire che una LAN wireless quasi mai nasce come sostituto di una LAN cablata ma, semmai, come sua estensione: la dorsale di rete, quella che solitamente collega fra loro i server e le differenti aree all’interno di un edificio, dovrà restare per necessità su cavo, l’unico mezzo fisico in grado di garantire, per il momento, la velocità necessaria per connettere fra loro decine o centinaia di stazioni.
Le reti LAN wireless peer-to-peer consentono a più computer di comunicare fra loro in modo diretto senza l’ausilio di dispositivi concentratori chiamati “access point”. L’arbitraggio della comunicazione avviene dunque ad opera di ogni singola stazione che dovrà seguire un’etichetta di comportamento ben precisa definita dal protocollo di rete di secondo livello utilizzato. Reti di questo tipo risultano molto economiche ed estremamente facili da amministrare e configurare. I limiti sono invece dati dalle prestazioni e dalla copertura di rete, copertura che può essere comunque estesa tramite l’utilizzo di appositi repeater.
Le reti LAN wireless con access point sopperiscono alle mancanze delle reti peer-to-peer utilizzando degli access point (punto d’entrata), una sorta di concentratori del traffico di rete in grado di mettere in contatto in modo efficiente le varie stazioni presenti sul network. In questo modo non soltanto viene raddoppiata la distanza massima fra stazioni, ma tramite l’utilizzo di più access point la copertura della rete potrà essere estesa anche a grandi aree, come un intero edificio o campus.
Un access point può essere costituito da un dispositivo hardware oppure da un computer su cui giri un apposito software: il suo raggio d’azione solitamente varia a seconda dello standard adottato e dalla marca del prodotto, comunque in genere si trovano concentratori capaci di operare da 30 fino anche a 150 metri.
Naturalmente, in tutti i casi appena visti, ogni stazione di rete, sia essa costituita da un PC o da una info appliance, dovrà utilizzare un’apposita scheda di rete wireless (ISA, PCI o PCMCIA). Per quanto riguarda le info appliance (hand-held, PDA, telefoni cellulari, ecc.), vista la dimensione e la precaria autonomia, si utilizzano spesso, per l’interfacciamento con la rete locale wireless, tecnologie a raggi infrarossi o tecnologie radio come Bluetooth. Quest’ultima soluzione è stata infatti pensata per la connettività plug and play alla rete delle info appliance e costituisce non certo un’alternativa, quanto semmai un complemento alle più complesse tecnologie che regolano le LAN wireless.
Per dare pieno supporto agli utenti mobili si rende però necessaria l’adozione di una rete detta “micro cellulare”, proprio come quella dei nostri amati telefonini, composta cioè da tante celle wireless connesse ad una dorsale cablata comune. In questo modo non soltanto ogni utente potrà accede alla rete da ogni punto, ma potrà anche muoversi liberamente entro l’area coperta: le funzionalità di roaming delle reti micro cellulari consentono infatti il trasferimento automatico e trasparente delle comunicazioni fra microcelle adiacenti. Proprio come avviene con i telefoni cellulari, l’utente sarà sempre connesso alla cella con segnale più forte e, entro l’area di copertura della rete micro cellulare, la sua comunicazione non verrà mai a cadere.
Ora che abbiamo visto le varie tipologie di rete wireless possiamo già comprendere alcuni degli innumerevoli benefici che questa tecnologia porta con sé, come la flessibilità, la mobilità e la scalabilità. Vediamoli in dettaglio.
Innanzi tutto le LAN wireless consentono di sbarazzarsi di parte dell’infrastruttura di rete cablata: questo consente di spostare od aggiungere computer senza più la necessità di preoccuparsi dei collegamenti e delle prese a muro.
Per gli utenti mobili c’è poi l’eccezionale opportunità di lavorare, comunicare e navigare sul web anche in movimento, magari spostandosi fra un ufficio e l’altro od una divisione e l’altra della propria azienda. Nel prossimo futuro questo fattore diverrà fondamentale se pensiamo che il PC desktop sarà progressivamente rimpiazzato, in molti campi, da computer portatili e hand-held. La sicurezza, garantita dalle origini militari delle tecnologie wireless applicate alle reti, è molto elevata: essa è data infatti dalla naturale complessità delle tecniche di modulazione utilizzate ed, eventualmente, può essere rafforzata anche da dispositivi per la crittazione dei dati trasmessi.
Per quanto riguarda la scalabilità, le LAN wireless offrono diversi vantaggi rispetto alle soluzioni cablate, quali le diverse tipologie messe a disposizione, ed il supporto, senza troppi sforzi amministrativi, dalle piccole reti con poche stazioni alle grandi reti con centinaia di client.
Infine c’è da segnalare il ridotto costo di gestione di soluzioni di rete wireless. Infatti, sebbene gli investimenti iniziali possano essere anche molto più elevati rispetto a quelli di una rete tradizionale (un access point oscilla fra gli 1,5 ed i 4 milioni di lire ed un adattatore di rete wireless fra le 400 mila lire ed il milione e mezzo) i minori costi di installazione e manutenzione degli apparati di rete wireless, uniti alla libertà di ricollocazione dei computer senza spese di cablaggio, rendono a lungo termine le reti wireless più economiche di quelle tradizionali.
Soluzioni di LAN wireless sono già state applicate, con successo, in moltissimi ambiti oltre a quelli prettamente aziendali: ospedali, scuole, magazzini, edifici ad alto valore architettonico, aeroporti, sale riunioni, saloni per conferenze, hotel. I campi d’applicazione sono virtualmente illimitati, specie dopo l’avvento delle info appliance e della comunicazione mobile.
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21 feb 2000