Wireless LAN

Una Wireless local area network, WLAN, è un sistema di comunicazione flessibile e implementabile nella sua estensione, o alternativo, ad una rete fissa (wired LAN). In una W-LAN 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.

 

Una rete Wireless può essere un'estensione di una normale rete cablata, supportando tramite un acces point, la connessione a dispositivi mobili e a dispositivi fissi. In generale le architetture per sistemi Wireless sono basate due tipologie di dispositivi:

▪ Access Point (Ap);

▪ Wireless Terminal (WT).

Gli access point sono bridge che collegano la sottorete Wireless con quella cablata, come abbiamo detto, mentre i Wireless terminal sono dei dispostivi che usufruiscono dei servizi di rete. Gli AP possono essere implementati in hardware (esistono dei dispositivi dedicati) che in software appoggiandosi per esempio ad un PC, o notebook dotato sia dell’interfaccia Wireless sia di una scheda ethernet. I WT possono essere qualsiasi tipo di dispositivo come per esempio notebook, palmari, Pda, cellulari, o apparecchiature che interfacciano standard IEEE 802.11, o sistemi consumer su tecnologia Bluetooth.

 

Una W-LAN consente una velocità massima di trasmissione dati (bit rate) pari a 11Mbps al di sotto di una rete wired ma superiore alle possibilità consentita dai terminali mobili comuni.

Tra i possibili vantaggi offerti da una W-LAN, possiamo elencare:

▪ installazione veloce e semplice, rispetto alla stesura dei cavi di una rete cablata;
▪ installazione flessibile;
▪ mobilità con un accesso delle informazioni real time ovunque ci si trova all'interno del
network Wireless;
▪ consente una variegata tipologia / possibilità di configurazione;
▪ possibilità di riduzione dei costi in certe situazioni, o a lungo termine.

La trasmissione e ricezione Wireless (Tx / RX) opera tra i 2.4 GHz e i 2,5 GHz, con potenze di trasmissione dai 10-20 mW fino ai 100mW.

La copertura di una cella radio varia da 20 metri a oltre 300 metri, in relazione alla tipologia degli ambienti, con una possibilità di collegamento da 10 a 250 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.

Il protocollo IEEE 802.11 e le sue applicazioni

Agli inizi degli anni novanta fu approvato lo standard IEEE 802.11 che dettava le specifiche a livello fisico e datalink 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 o su raggi infrarossi. La limitata velocità dello standard determinò uno scarso successo e diffusione. L'evoluzione di tale tecnologia diversi anni dopo, dal 1997 in poi, portò alla sua evoluzione IEEE 802.11b (denominato anche Wi-Fi) consentendo una trasmissione dai 5.5 ai 11 Mbit/s oltre a mantenere la compatibilità con lo standard precedente. Questo standard ha avuto e sta avendo successo perché molte industrie leader nel settore Nokia, 3Com, Apple, Cisco System, Intel, Compaq, IBM, ecc.

Nel 1999 hanno fondato e riconosciuto il WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) con l' obiettivo della certificazione e compatibilità tra i prodotti.

 

l protocollo IEEE 802.11b consente:

▪ di poter variare la velocità di trasmissione dati  per adattarsi al canale;
▪ un data rate fino a 11 Mbps;
▪ la possibilità di scelta automatica della banda di trasmissione meno occupata;
▪ la possibilità di scelta automatica dell'access point in funzione della potenza del segnale e
del traffico di rete;
▪ di creare un numero arbitrario di celle parzialmente sovrapposte permettendo il roaming in
modo del tutto trasparente.

Come abbiamo visto in una W-LAN 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 W-LAN avviene per mezzo dell'AP che può supportare più accessi simultanei. L'access point può risiedere in un nodo della Wn (wired network) e svolgere funzione di gateway per gli accessi dati Wireless. Similmente ad una rete di telefonia cellulare è possibile all'interno di una W-LAN il roaming  tra access point. Il collegamento al network attraverso un'altro AP che risiede in un diverso punto della Wn, 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 si necessita di una piccola rete per breve tempo, riunioni, convegni, stand, dimostrazioni, ecc.

Un'altra tipologia è client / server, quindi una rete comune con maggior possibilità di collegamenti sia Wireless che wired, in una struttura stabile, impiegando gli AP (access point).

Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) e Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

Lo standard IEEE 802.11 consente due possibili interfacce RF, della categoria SSS, nella banda dei 2,4 GHz:

▪ FHSS, dispersione di spettro a salto di frequenza;
▪ DSSS, dispersione di spettro in banda base.

Le tecniche SSS di spread spectrum signals occupano una maggior banda trasmissione radio ma consentono una miglior ricezione dei segnali deboli,garantiscono l'integrità del segnale e una maggior sicurezza, distribuendo il segnale attraverso l'intero spettro di frequenze. Il segnale non rimare stabile su una singola frequenza, consentendo a più utenti di operare simultaneamente.

 

L'uso dell' SSS è particolarmente importante poiché permette che molti altri utenti occupino la fascia per tutto il tempo assegnato su 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 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, con salti di 1 MHz. Complessivamente 79 hops set, canali).

Viene impiegata una modulazione gaussiana di tipo Fsk o Gfsk.

 

Nello specifico sono previste due tipologie 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 è piuttosto scarso. Questa limitazione insidia significativamente il valore di DSSS come metodo per resistere all'interferenza nelle applicazioni reali delle W-LAN.

 

Il sistema FHSS risulta molto sicuro contro 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, eccedenza 50dB.

 

DSSS è una tecnologia di trasmissione a "frequenza diretta" a banda larga, ogni bit viene trasmesso come una sequenza ridondante di bit, detta chip. Tale metodo è indicato per la trasmissione e ricezione di segnali deboli. Consente l'interoperabilità con le reti Wireless a 11 Mbps (ora addirittura fino a 125 Mbps) 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) modulando il dato prima di trasmetterlo, ogni bit trasmesso viene disperso su una sequenza a 11 bit (sequenza Barker). Il segnale trasmesso consumerà una maggior larghezza di banda consentendo la ricezione di segnali deboli.

I vantaggi che l'interfaccia DSSS assicura contro l'interferenza è piuttosto scarso. Questa limitazione insidia significativamente il valore di DSSS come metodo per resistere all'interferenza nelle applicazioni reali delle W-LAN.


Documento redatto dal professor Daniele Pauletto


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