Le tecnologie Wireless.

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Ciò significa che un nodo di una WLAN 802.11, per poter instaurare una trasmissione radio, deve essere sicuro che il canale di trasmissione selezionato sia libero, ossia deve essere sicuro che nessun’ altra stazione stia trasmettendo su quel canale. Ci sono però dei casi particolari. Supponiamo per esempio che una stazione mobile (MS1) della WLAN stia comunicando su una determinata frequenza radio con il proprio AP. Sup-poniamo ora che una seconda stazione mobile (MS2), registrata sullo stesso AP, chieda di mettersi in comunicazione con l’access point e supponiamo che, per qualche motivo, questa non riesca a “sentire” la prima stazione. Sotto queste condizioni, MS2 può utilizzare il canale trasmissivo utilizzato da MS1 dato che questo appare libero. Il risultato che si ottiene è che MS2 non riuscirà a mettersi in contatto con AP dato che questo è momentaneamente impegnato a ricevere dati da MS1. Questo problema è noto come “hidden node problem” (Fig. 3). Per ovviare a tale inconveniente, lo standard 802.11 prevede un meccanismo chiamato “request-to- send/clear-to-send” (RTS/CTS) da attuare prima di instaurare una comunicazione vera e propria con l’access point: ogni nodo della WLAN deve inviare un messaggio RTS all’AP e ricevere un messaggio CTS prima che la trasmissione dei dati abbia inizio. Le tecniche di trasmissione RF previste dal livello fisico (PHY) dell’802.11 sono di tipo Spread Spectrum: DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) e FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum).

Utilizzando queste tecniche lo spettro del segnale contenente l’informazione viene espanso mediante l’ausilio di un determinato codice (sequenza di “chips”). Il risultato che se ne ottiene è che il segnale effettivamente trasmesso occupa una banda di frequenza superiore al segnale originario, dunque la densità spettrale di potenza diminuisce e così diminuiscono le interferenze di canale (aumenta tuttavia il livello di rumore gaussiano). I codici utilizzati nello standard 802.11 per ottenere l’espansione dello spettro del segnale sono unici per ogni stazione trasmittente e offrono una buona protezione contro le intercettazioni da parte di terzi (in principio le tecniche spread spectrum erano utilizzate unicamente in campo militare dove il problema della sicurezza è di primaria importanza). La tecnica DSSS prevede la codifica di ogni simbolo con un codice Barker avente una lunghezza di 11 bit e un numero di canali a disposizione variabile da 11 (USA), 9 (Europa) e 1 (Giappone) con 5MHz di spaziatura tra una portante e la successiva. La tecnica di accesso FHSS, invece, utilizza 79 canali con 1 MHz di spaziatura. Durante la trasmissione del segnale, la frequenza portante viene fatta variare, con un determinato numero di hops al secondo, in modo da occupare i canali messi a disposizione secondo una legge pseudo-casuale, riducendo così le interferenze di canale. Il bit rate netto associato alla versione originale dello standard 802.11 in modalità DSSS è di 1 Mbit/s utilizzando la modulazione BPSK (Binary Phase Shif Keying) e di 2 Mbit/s utilizzando la modulazione QPSK (Quadrature Phase Shif Keying). In modalità FHSS è possibile ottenere un flusso di dati di 1Mbit/s utilizzando la modulazione GFSK a due livelli e 2Mbit/s con la GFSK a 4 livelli. In ogni caso la potenza massima di trasmissione è di 100mW. Successivamente è stata introdotta la versione 802.11b (f = 2.4 GHz e accesso DSSS) che offre un throughput fino a 11 Mbit/s affiancando alla modulazione QPSK una tecnica di cifratura denominata CCK (Complementary Co-de Keying) che permette di utilizzare 64 parole di codice possibili per criptare ogni simbolo (la sequenza Bar-ker invece è unica per ogni stazione trasmittente, dunque il simbolo contenente l’informazione viene moltiplicato sempre per la stessa parola di codice). Nella figura 4 viene riportato lo schema a blocchi di interfaccia RF per dispositivi basati su tecnologia 802.11b. Ogni parola è composta da otto bit, sei bit riservati alla codifica (26 = 64 parole di codice) e due dovuti ai quattro livelli di fase (22 = 4) della modulazione QPSK: diciamo dunque che 8 sono i bit associati a ogni simbolo (8 bit/symbol). Tenendo conto che il symbol rate è di 1,375 Msymbol/s, si ottiene il seguente flusso di dati:

1,375 x 10 [simbolo/s]x8[bit/simbolo]

=11×10 [bit/s]=11[Mbit/s]

Utilizzando invece una codifica a 4 bit si ottiene un data rate di:

1,375 x 10 [simbolo/s]x4[bit/simbolo]

=5,5×10 [bit/s]=5,5[Mbit/s]

Nella realtà tali valori non si ottengono dato che bisogna tenere conto degli algoritmi per la correzione degli errori. Un’altra variazione della versione originale è lo standard 802.11a che, a differenza del precedente, opera in un’altra banda ISM libera nell’intorno dei 5GHz. Il bit rate che si può raggiungere con questa nuova tecnologia è di 54 Mbit/s grazie all’ausilio di una tecnica di accesso spread spectrum chiamata OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Que-sta, a differenza della DSSS, utilizza più frequenze portanti per espandere lo spettro del segnale, mentre la modulazione utilizzata è sempre la QPSK. Recentemente è stato introdotto lo standard 802.11g che permette di ottenere un bit rate di 54 Mbit/s nella banda ISM 2.4 GHz. Tale protocollo è capace di gestire sia trasmissioni con accesso DSSS e codifica CCK (single carrier), sia trasmissioni OFDM (multiple carrier). In questo modo, l’802.11g assicura piena compatibilità “a ritroso” con lo standard 802.11b. Il problema che può nascere quando si utilizzano simultaneamente apparati 802.11b e 802.11g in una stessa WLAN è che i primi non sono capaci di gestire la tecnologia di trasmissione adottata dai secondi (OFDM). Tale inconveniente, del tutto simile al “hidden node problem”, si può ovviare mediante il meccanismo “request-to-send/clear-to-send”. Per realizzare dispositivi dual band, ossia capaci di lavorare a 2.4GHz e 5GHz, abbiamo due soluzioni possibili: integrare i due protocolli 802.11a e 802.11b oppure utilizzare l’emergente 802.11g. Le reti wireless a 2.4GHz non sono tutte progettate con gli standard sopra citati.

Una tecnologia da tenere in considerazione per la realizzazione di WLAN domestiche è HomeRF. HomeRF adotta una tecnica di accesso al canale radio di tipo SWAP (Shared Wireless Access Protocol). Questa è una combinazione della CSMA/CA con la TDMA e permette di supportare in modo efficiente sia la trasmissione di dati che quella vocale. Il segnale viene trasmesso con tecnica FHSS (50 hops/s) in modulazione FSK a 4 livelli e 100mW di potenza, ottenendo un bit rate netto di 1,2Mbit/s. HomeRF permette la coesistenza di 6 canali vocali in modalità full duplex, supporta il protocollo TCP/IP, consente di realizzare reti locali con un numero massimo di 128 nodi e accede al “mondo esterno” via rete telefonica fissa. Un’altra tecnologia che sta suscitando grande interesse per la radio-connessione ravvicinata di dispositivi portatili e/o dispositivi fissi eliminando così l’utilizzo di costosi cavi proprietari, è Bluetooth (IEEE 802.15.1). Bluetooth (si veda nella figura 5 un esempio di possibili radio connessioni tra dispositivi Bluetooth) opera nella banda ISM libera dei 2,4GHz e permette di realizzare reti personali WPAN (Wireless Personal Area Network) con un raggio di azione tipicamente di 10 metri in uno spazio aereo privo di ostacoli.

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