Reti Wireless LAN ed Applicazioni Mobili in ambito Scolastico di Carlo Gino

PRINCIPALI DISPOSITIVI HARDWARE DI UNA RETE WI-FI

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Le WLAN (  Wireless Local Area Network ) sono dei sistemi di comunicazione senza fili alternativi alle soluzioni delle reti locali fisse, dette anche Wired LAN. Le WLAN si basano essenzialmente sulla tecnologia a radio frequenza RF per la trasmissione e la ricezione dei dati, favorendo una certa mobilità da parte degli utenti. Qui sotto e' stato riportato un esempio tipico di architettura di rete wireless.

 

 

 

Le Rete WLAN possono essere realizzate come un'estensione di una normale rete cablata mediante dispositivi detti Access Point allo scopo di attivare la connessione con qualsiasi dispositivo mobile Wi-Fi. In generale, le architetture per sistemi wireless sono costituite da due principali dispositivi hardware :

 

à Access Point ( AP ) [ I 1 ] [ I 2 ] [ E1 ] [ E2 ] [ F1 ] [ F2 ] [ S1 ] [ S2 ]

 

à Wireless Terminal ( WT )

 

Gli Access Point  sono principalmente dei bridge che collegano la sottorete wireless con quella cablata, mentre i Wireless Terminal sono dei dispostivi  che usufruiscono dei servizi di rete. Gli AP sono generalmente implementati attraverso dei dispositivi hardware dedicati provvisti di un attacco Ethernet 10/100 BaseT, mentre i WT possono essere un qualsiasi dispositivo di utente come ad es. un notebook, un palmare o un pda, o un cellulare Dual-Mode UMTS / Wi-Fi che integra lo standard IEEE 802.11b/g.

 

                                        

 

Fondamentalmente i VANTAGGI offerti dalle reti WLAN sono i seguenti :

 

1 ] Installazione veloce e semplice, rispetto alla stesura dei cavi UTP e canaline di una rete cablata.

 

2 ] Possibilita’ di accesso alle informazioni in mobilita’, ovunque ci si trovi all'interno del network wireless.

 

3 ] Scalabilità in termini di topologia e di configurazione.

 

4 ] Riduzione dei costi di installazione e manutenzione della rete.

 

 

In generale, la trasmissione e ricezione dei sistemi Wireless opera alla frequenza di 2.4 GHz, con potenze di trasmissione fra i 10 ed i 20 mW fino ai 100 mW. La copertura di una cella radio varia da circa 20 metri ad oltre 100 metri, in funzione della tipologia degli ambienti, con una possibilità di collegamento da 10 a 24 utenze per AP, in funzione del modello e della tecnologia impiegata.

 

 

 

 

Gli standard di comunicazione usati consentono ad un WT di inviare via radio all’AP i dati che poi instraderà , verso un'eventuale sottorete cablata o ad un’altro WT. Agli inizi degli anni novanta fu approvato lo standard IEEE 802.11 che dettava le specifiche a livello fisico e data link per l’implementazione di una rete LAN Wireless.Tale standard consentiva un data rate di 1 o 2 Mbps usando la tecnologia basata su onde radio nella banda 2.4 GHz.

 

L'evoluzione di tale tecnologia diversi anni dopo, nel 1997, portò alla sua evoluzione verso lo standard IEEE 802.11b denominato anche Wi-Fi, consentendo una trasmissione dai 5.5 Mbps agli 11 Mbps oltre a mantenere la compatibilità con lo standard precedente. Questo standard ha avuto e sta avendo grande successo perché molte industrie leader nel settore come ad es. Nokia, 3Com, Apple, Cisco System, ... lo hanno riconosciuto ed  hanno fondato nel 1999 il WECA ( Wireless Ethernet Compatibility Alliance ) con l'obiettivo della certificazione, dell'interoperabilità e compatibilità tra i prodotti.

 

Il protocollo IEEE 802.11b tipico delle reti wireless consente le seguenti funzionalita' :

 

1 ) la possibilita' di variare la velocità di trasmissione dati per adattarsi al canale.

 

2 ) un data rate fino a 11 Mbps.

 

3 ) la possibilità di scelta automatica della banda di trasmissione meno occupata.

 

4 ) la possibilità di scelta automatica dell'Access Point in funzione della potenza del segnale e del traffico di rete.

 

5 ) la creazione di un numero arbitrario di celle parzialmente sovrapposte permettendo il roaming in modo del tutto trasparente.

 

Nelle WLAN viene utilizzata una tecnologia di radio frequenza RF per la trasmissione e la ricezione dei dati, minimizzando la necessità di connessioni via cavo ( wired ), favorendo così una discreta mobiltà. La connessione del client alla WLAN avviene per mezzo dell'AP che può supportare più accessi simultanei.

 

L'Access Point può risiedere in un nodo della Wired Network ( Wn )  e svolgere funzione di gateway per gli accessi dati wireless. Similmente ad una rete di telefonia cellulare è possibile all'interno di una rete WLAN realizzare il servizio di roaming  tra Access Point. Il collegamento al network attraverso un'altro AP che risiede in un diverso punto della rete cablata, garantisce una mobilità operativa su un raggio di decine di metri.

 

 

Nel workgroup gli utenti possono stabilire una connessione di trasferimento dati o di accesso ai dati in Modalità Peer to Peer. In tale configurazione più unità WT ( Wireless Terminal ) possono comunicare tra loro direttamente realizzando una piccola rete paritetica, generalmente impiegata quando e' richiesta una rete on-demand per un breve periodo di tempo, ad es. per riunioni, convegni, stand, dimostrazioni. Inoltre, un altro tipo di topologia di rete è quella Client / Server, cioe’ quella realizzata mediante una rete comune con maggiori possibilità di collegamenti sia wireless che wired, in una struttura stabile, impiegando alcuni AP ( Access Point ).

 

Lo standard IEEE 802.11 presenta due possibili Interfaccie RF della categoria SSS, nella banda dei 2,4 Ghz  :

 

1 à FHSS ( Frequency Hopping Spread Spectrum ) cioe’ a dispersione di spettro a salto di frequenza

 

2 à DSSS ( Direct Sequence Spread Spectrum ), cioe’ a dispersione di spettro in banda base.

 

Tali tecniche SSS di Spread Spectrum Signals occupano una maggior banda di trasmissione radio, ma consentono una migliore ricezione dei segnali deboli, garantiscono l'integrità del segnale ed una maggior sicurezza, distribuendo il segnale attraverso l'intero spettro di frequenze. Il segnale non rimane stabile su una singola frequenza, consentendo a più utenti di operare simultaneamente. Pertanto l'uso dell'SSS è particolarmente importante poiché consente a molti altri utenti di occupare la fascia per tutto il tempo assegnato sul frequenze separate, compatibilmente con la larghezza di banda disponibile.

 

Nell'FHSS il segnale ad una data frequenza viene fatto "saltare" da una canale all'altro, distribuendosi su una una banda di frequenze. Il vantaggio di tale sistema, quando il rapporto fra la larghezza di banda originale del segnale e la larghezza di banda del segnale di diffusione è molto grande, è di offrire una grande immunità all' interferenza. La tecnologia consente a più utenti di condividere lo stesso insieme di frequenze cambiando automaticamente la frequenza di trasmissione fino a 1600 volte al secondo, al fine di una maggiore stabilità di connessione e di una riduzione delle interferenze tra canali di trasmissione. Lo spectrum spreading consiste in una continua variazione di frequenza utilizzando una modulazione di frequency hopping. Gli hops corrispondono ai salti di frequenza all'interno della gamma assegnata ( 2,402 Ghz -2,480 Ghz salti di 1 Mhz, complessivamente 79 hops set , canali ) e viene impiegata una modulazione gaussiana di tipo Fsk o Gfsk.

 

Nello specifico sono previste due diverse tecniche di modulazione Gfsk : Gfsk a 2 livelli con data rate 1Mbps e Gfsk a 4 livelli con data rate 2Mbps. I vantaggi invece che l'interfaccia DSSS assicura contro l'interferenza sono piuttosto scarsi e questa limitazione insidia significativamente il valore di DSSS come metodo per resistere all'interferenza nelle applicazioni reali delle WLAN.

 

Il sistema  FHSS risulta invece essere molto sicuro contro l’interferenza e l'intercettazione, in quanto risulta statisticamente impossibile poter ostruire tutte le frequenze che possono essere usate e l'implementazione di sistemi di filtri selettivi su frequenze diverse dalla frequenza del segnale, con eccedenza di 50 dB.

 

Quella DSSS è una tecnologia di trasmissione a "frequenza diretta" a banda larga, dove ogni bit viene trasmesso come una sequenza ridondante di bit, detta chip. Tale metodo è indicato per la trasmissione e ricezione di segnali deboli. Inoltre consente l'interoperabilità con le reti wireless attuali a 11 Mbps e con le precedenti a 1-2 Mbps.

 

L'interfaccia DSSS utilizza un sistema con dispersione in banda base utilizzando un chipping code ( codice di dispersione ) e modulando il dato prima di trasmetterlo : ogni bit trasmesso viene disperso su una sequenza a 11 bit ( sequenza Barker ). Il segnale trasmesso in questo modo consumerà una maggior larghezza di banda consentendo la ricezione di segnali deboli.

 

Purtroppo il  vantaggio  che l'interfaccia DSSS assicura contro l'interferenza è piuttosto scarso e cio’ insidia significativamente la scelta del DSSS come metodo per far fronte alle interferenze nelle applicazioni reali delle reti WLAN. 

 

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Edurete.org Roberto Trinchero