Wireless Fidelity

presenta Il valore della mobilità estesa Milano, 10 Giugno 2003, Milan Marriott Hotel I l sistema delle comunicazioni wireless è passato, nel biennio appena trascorso, da una fase di euforia, a fronte delle evoluzioni tecnologiche attese, ad un momento di riflessione derivante da una serie di fattori, anche esterni al mercato stesso. E’ però estremamente importante sottolineare come le innovazioni a livello di tecnologie di rete e di terminali si siano posizionate sul mercato durante il 2002 e come su questo canovaccio abilitante si stiano inserendo concetti di servizio (data intensive), e conseguentemente di fruizione delle comunicazioni mobili, disegnati per rilasciare un’esperienza ‘wireless’ senza precedenti. in collaborazione con: Il congiunto tecnologico di reti GPRS, UMTS e le prime declinazioni opera- Wireless Executive Seminar 2003 è un’iniziativa tive del concetto di reti wireless Wi Fi permettono agli utenti di disegnare, Main Partner sulle proprie specifiche necessità, le modalità di interazione con una serie di mondi (B2B, B2E, B2C, C2C) fino ad oggi non ottimizzate secondo il concetto di ‘anytime, anywhere’. I costruttori di terminali rilasciano sul mercato device sempre più potenti, flessibili e capaci di interagire con tecnologie diverse. Per l’utente consumer si stanno delineando scenari dove l’esperienza mobile evolve dall’essere ‘voice based’ al ruotare intorno a colori, immagini e suoni. Per il mondo business le evoluzioni delle comunicazioni cellulari permettoSponsor no, se ben calibrate sul tessuto aziendale, di ottimizzare i tempi di interazione e risposta ai mutamenti di mercato, usufruendo in maniera corretta delle potenzialità che i nuovi agglomerati tecnologici stanno rilasciando. L’evento si propone quindi di delineare i confini di questo nuovo contesto di comunicazioni ‘senza fili’ e di sottolineare gli aspetti che conducono a reali e sostenibili mutamenti nel proprio modo di comunicare, interagire, costruire valore e vantaggi competitivi massimizzando i conglomerati tecnologici e di servizio disponibili. Media Partner Programma q Overview su Mercato, Attori e Tecnologie q Le evoluzioni delle infrastrutture abilitanti: reti, sistemi di gestione e terminali q I servizi offerti dalle nuove generazioni di comunicazione cellulare q Il quadro d'integrazione nelle comunicazioni mobili q Interazione e integrazione per un nuovo scenario di comunicazioni mobili www.idcitalia.com/eventi oppure contattate la nostra segreteria al numero 02 20 226 264 - email: infoevents@idc.com Per informazioni sul programma e per l’iscrizione visitate il nostro sito internet Wireless Fidelity Autore: Daniele Pauletto Copyright c 2003 – Apogeo Srl, Daniele Pauletto Via Natale Battaglia 12 – 20127 Milano (Italy) Telefono: 02-289981 Telefax: 02-26116334 Email apogeo@apogeonline.com U.R.L. http://www.apogeonline.com Redazione editoria elettronica Alberto Mari A Impaginazione elettronica in XML – L TEX Copertina e progetto grafico di Enrico Marcandalli Tutti i diritti sono riservati a norma di legge e a norma delle convenzioni internazionali. È consentita la riproduzione integrale del testo senza alcuna modifica purché a fini non di lucro, inserendo chiara citazione degli Autori e dellŠEditore. Nomi e marchi citati nel testo sono generalmente depositati o registrati dalle rispettive case produttrici. Daniele Pauletto Daniele Pauletto è docente di Laboratorio di Elettronica e Telecomunicazioni presso il Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni dell’Ipsia “Galileo Galilei” di Castelfranco Veneto Treviso. Si interessa di tematiche legate alla Mobil/Wireless comunication ed agli standard tecnologici del settore. Ha collaborato come Content Editor per alcune importanti riviste e siti del settore tra Portel, Wireless-Italia, Airgate, WmlScript, NetworkingItalia, GsmWorld, WebWireless, Webriviste, InfoTlc, PianetaCellulare, Gprs, HiWap. È socio Java Italian Association, Italian Linux Association, AICA, AIP. Segui l’informazione Internet, computer, tecnologia e scienza: Apogeonline è notizie, informazione, cultura dal mondo digitale. Migliaia di pagine dai contenuti assolutamente di frontiera, articoli e approfondimenti a cura di professionisti, ebook gratuiti sugli argomenti più innovativi, tutto il catalogo Apogeo ricercabile online. Iscriviti alla newsletter gratuita di Apogeonline e resta aggiornato sulle novità, gli eventi e il futuro dell’universo ICT, tutti i giorni nella tua casella email. Iscriviti gratuitamente alla newsletter di Apogeonline. email Invia 1 Introduzione La comunicazione wireless (senza fili) è una degli argomenti di cui si discute sempre più. Nell’ultimo incontro dell’European Telecoms Forum del 2002, si è cercato di delineare lo sviluppo delle telecomunicazioni del futuro, il Professor Nicholas Negroponte, fondatore e direttore del Media Lab presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha spiegato che gli utenti della rete hanno “fame di banda” e i cambiamenti introdotti dal 3G (sviluppi della telefonia mobile di terza generazione, vedi UMTS) è “too little, too soon”, troppo esiguo. Accanto a questa 3G tension si pone la tecnologia 802.11 (WiFi) fenomeno in grande espansione e dagli sviluppi inimmaginabili anche per gli addetti al settore, in grado di cambiare il mondo delle Telecomunicazioni. Il fenomeno 802.11 è il grande candidato ad essere il terzo grande evento nella storia delle telecomunicazioni, dopo il passaggio dall’analogico al digitale e dopo il passaggio dal wired (cavo) al Wireless. Sia il mercato consumer, sia quello business richiedono sempre più dispositivi e Infrastrutture per collegamenti wireless, e ormai molte tecnologie in questo settore sono pronte per essere utilizzate su vasta scala. 1.1 Perché Wireless Ma quali sono i vantaggi di una rete wireless? Ecco un piccolo elenco: 1. Eliminazione del cablaggio. 2. Riduzione dei costi associati alle infrastrutture di rete. 3. Riduzione dei costi associati alla manutenzione. 4 4. Possibilità di collegare ambienti non adatti al cablaggio. 5. Facilità nella realizzazione di reti temporanee. 6. Mobilità. 7. Connettività per l’utenza in movimento. 8. Roaming: continuità di comunicazione anche spostandosi da una località ad un’altra. altri vantaggi 9. Scalabilità. 10. Facilità nel variare il numero di utenti collegati alla rete. 11. L’aggiunta di un nuovo utente non comporta costi aggiuntivi e non presenta difficoltà. 12. Estensione di LAN cablate. 13. Reti miste wireless-wired. C’era una volta il sistemista di rete, il networking ora passa per il wireless. Sarà il WiFi il volano per lanciare il wireless broad band internet? Buona lettura Daniele Pauletto 5 2 Tecnologie wireless standard Tra gli standard delle tecnologie Wireless possiamo annoverare le seguenti. Bluetooth Tecnologia di interconnessione wireless low-power (mWatt), in grado di far “comunicare” dispositivi elettronici come i telefoni, stereo, notebook,computer, pda fino ad un massimo di 16 dispositivi, attraverso onde radio a basso raggio emesse da alcuni trasmettitori presenti all’interno di questi dispositivi. Il tutto senza bisogno di alcun cavo di collegamento, ma semplicemente utilizzando le onde radio con frequenza di 2,45Ghz - 2,56 Ghz (banda ISM). può supportare fino a 7canali dati (asincrono con data rate di 57,6Kbps in upstream e 721Kbps in downstream) e 3 canali voce (sincroni con data rate di 64 kbps). La velocità massima di trasferimento dati, nel suo complesso, è pari a 1Mbps fullduplex con una copertura dai 10 ai 100 metri. DECT Acronimo di Digital Enhanced Cordless Telecommunications, si tratta di uno standard digitale criptato per telefonini cordless con possibilità di 120 canali su 12 frequenze, evoluzione del cordless analogico, implementa l’interfaccia Gap (Generic Access Profile) ed utilizza la modulazione GMSK, bit rate max 348 Kbps. 6 IrDA Infrared Device Application, tecnologia di interconnessione dati tramite infrarossi bidirezionale point-to-point tra dispositivi posizionati in visibilità reciproca LoS, line of sight, con range ridotto a 1 - 2 metri e bit rate di 4 Mbps. Questo sistema è utile soprattutto per le comunicazioni molto corte nella distanza, alcuni metri, con collegamento a vista. Per la luce infrarossa non è possibile penetrare alcun prodotto solido, persino è attenuato notevolmente dal vetro della finestra. Tali dispositivi sono indicati per le comunicazioni e non per le reti vere e proprie. Un’evoluzione del sistema ha tentato di fornire una maggior possibilità di network usando un sistema IR diffuso in cui la luce è distribuita in tutti i sensi, limitando un’area di alcuni senza possibilità di attraversamento di strutture solide interposte. HomeRF Standard per la trasmissione dati in radio frequenza di dispositivi domestici (home networking), con una frequenza di 2,4 Ghz e un bit rate pari a 1,6 Mbps,con una robusta resistenza alle interferenze utilizza il protocollo Swap. La HomeRF è derivata dall’integrazione fra la tecnologia DECT (Digital Enhanced Cordless Telephony) e quella delle LAN wireless. Lo SWAP utilizza infatti lo standard IEEE 802.11 per i dati e la DECT per la voce, e supporta un protocollo del tipo TDMA (Time Division Multiple Access) per gestire voce e altri servizi critici e impiega una tecnica del tipo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) per garantire un elevato data-rate.La sua evoluzione 2.0 consentirà un bit rate fino a 10 Mbps e la trasmissione dati/voce con un range di 50 metri, in modalità peer-to-peer o access point. HomeRF richiede circa 100 mW di potenza, può supportare sei canali vocali, e consente l’impiego di una routine di 7 cifratura, denominata Blowfish. Lo SWAP - grazie ai ben 127 nodi possibili e alla possibilità di far coesistere più reti RF nello stesso ambiente. HomePNA Piccola rete wireless che utilizza le connessioni telefoniche, impiega la tecnologia di TUT Systems, che utilizza la banda da 5.5 a 9.5 MHz implementando l’IEEE 802.3 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) per realizzare accessi multipli su di un unico mezzo trasmissivo, così come avviene per Ethernet. La tecnologia TUT consente inoltre di codificare più bit all’interno di un singolo impulso di dati sulla linea, sfruttando un metodo detto TMLC (Time Modulation Line Coding) capace di operare su reti di topologia arbitraria e cablaggio non determinato a priori, proprio come i cavi telefonici presenti nelle abitazioni; inoltre, la tecnologia TUT è di tipo “adattativo”, in quanto consente di operare anche su linee affette da elevato rumore elettrico, e di adattare la sensibilità di ricezione e la potenza di trasmissione alle condizioni di attenuazione rilevate. La successiva estensione della rete HomePNA verso i 10 Mbit/sec supererà gli attuali 1 Mbit/s. HyperLan2 Standard per comunicazione wireless, Wlan che utilizza una frequenza di 5 Ghz con bit rate sino a 54 Mbps, consente un range fino a 100 metri, per applicazioni multimediali di tipo home. Fixed Wireless Soluzione tecnologica via radio che fornisce servizi di base voce/dati con copertura ad ampio raggio fino a 25 Km, la trasmissione utilizza una frequenza bassa compresa da 400 Khz a 2Mhz con un bit rate max di 128 Kbps 8 LMDS e MMDS Principalmente le comunicazioni senza fili a banda larga si basano su due tecnologie: la prima è la LMDS (local multipoint distribution service), una banda ad alta frequenza che fornisce servizi integrati (dati, voce, immagini), ideale per le aziende. L’altra è la tecnologia MMDS (multichannel), una banda di bassa frequenza che offre una connessione meno rapida. I sistemi Multichannel Multipoint Distribution System (MMDS) operano ad una frequenza di 2.6 GHz e sono stati progettati inizialmente per fornire servizi video analogici unidirezionali. Il canale di ritorno può essere implementato su doppino telefonico, o mediante un sistema d’accesso radio diverso, come il sistema GSM. I sistemi Local Multipoint Distribution System (LMDS) operano nella banda dei 26 GHz e 28 GHz. Il sistema LMDS punto più punti, che trasmette a 28 GHz, è una tecnologia con ottime prospettive, poiché elimina la necessità di strutture di trasmissione separate per ogni edificio raggiunto da network LMDS. Per un suo buon funzionamento è necessario che non vi siano ostacoli fisici nella linea fra il trasmettitore e l’antenna che riceve il segnale. Ciò determina una distanza massima di 5-6 km (mediamente di soli 3 km), però il segnale fornito è nettamente migliore rispetto a quello offerto dalle altre tecnologie senza fili. Wipll Wireless Ip local loop,tecnologica via radio che fornisce servizi di base voce/dati con copertura ad ampio raggio, utilizza una frequenza da 2Ghz a 5Ghz con un bit rate di 4 Mbps 9 Wireless Ip local loop tecnologica via radio che fornisce servizi di base voce/dati con copertura ad ampio raggio, utilizza una frequenza da 2Ghz a 5Ghz con un bit rate di 4 Mbps 3 Wireless Lan Wireless si riferisce a una tipologia di comunicazione, ad un monitoraggio e a un insieme di sistemi di controllo in cui i segnali viaggiano nello spazio e non su fili o cavi di trasmissione. In un sistema wireless la trasmissione avviene principalmente via radiofrequenza (RF) o a infrarossi (Irda). Una connessione wireless è generalmente associata ad un terminale, palmare, con un’interfaccia RF o a notebook tramite PC card slot. 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 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. 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 (pc). 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 10 i wireless terminal sono dei dispostivi che usufruiscono dei servizi di rete. Dal lato p.c. occorre installare una scheda in grado di raggiungere via radiofrequenza il nostro concentratore o Access Point, con schede PCMCIA - PCI oppure USB. 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. 11 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 Wn (wired network) e svolgere funzione di gateway per gli accessi dati wireless. Analogamente a una rete di telefonia cellulare è possibile all’interno di una Wlan 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. 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 oppure apparecchiature che interfacciano standard IEEE 802.11 o sistemi consumer su tecnologia Bluetooth. Bluetooth è una tecnologia di interconnessione wireless low-power (mWatt), in grado di far comunicare dispositivi elettronici come i telefoni, stereo, notebook,computer, pda fino ad un massimo di 16 dispositivi, attraverso onde radio a basso rag12 gio emesse da alcuni trasmettitori presenti all’interno di questi dispositivi. Il tutto senza bisogno di alcun cavo di collegamento, ma semplicemente utilizzando le onde radio con frequenza di 2,45Ghz - 2,56 Ghz (banda ISM) con una velocità massima di trasferimento dati pari a 1Mbps fullduplex con una copertura dai 10 ai 100 metri. Una WLan 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. La trasmissione e ricezione wireless (Tx / RX) opera sui 2.4 GHz, con potenze di trasmissione dai 10-20 mW fino ai 100mW. Region US Europe Japan France Spain Allocated Spectrum 2.4000 - 2.4835 GHz 2.4000 - 2.4835 GHz 2.471 - 2.497 GHz 2.4465 - 2.4835 GHz 2.445 - 2.475 GHz 13 Global Spectrum Allocation at 2.4 GHz (IEEE 802.11) Tra i possibili vantaggi offerti da una Wlan, possiamo elencare: • installazione veloce e semplice, rispetto alla stesura dei cavi, canaline ecc. di una rete cablata • installazione flessibile • mobilità con un accesso delle informazioni real time ovunque ci si trova all’interno del network wireless • scalabilità, consentendo una variegata tipologia/possibilità di configurazione, utilizzando specifiche applicazioni e installazioni • possibile riduzione dei costi in certe situazioni, o a lungo termine Tra i possibili problemi: • interferenze, riflessioni multiple • velocità ridotte • area di copertura in relazione alla potenza di trasmissione • consumo batterie • “elettrosmog” (anche se il livello di emissione di un dispositivo wireless è nell’ordine di decine di mWatt, max 100 mW contro i 500-1000 mW di un cellulare) • interoperabilità, compatibilità • sicurezza 14 4 Tecnologie di connessione Come abbiamo visto in una 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. 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. Un’altra tipologia è client/server, quindi una rete comune con maggior possibilità di collegamenti sia wireless sia wired, in una struttura stabile, impiegando gli AP (access point). Nella modalità Ad-hoc le reti wireless dei terminali sono impostate in modo da poter comunicare direttamente 15 tra loro senza l’utilizzo di un Access Point (AP).Nella modalità infrastruttura invece i terminali comunicano tra loro tramite un AP. Tabella 2: Tabella abbreviazioni AP ATM BER BSS CA CAC CAM CCITT Access Point Asynchronous Transfer Mode Bit Error Rate Basic Service Set (nell’IEEE 802.11) Certificate Authority Channel Access Control (nell’HIPERLAN) Channel Access Mechanism (nell’HIPERLAN) Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique (ora ITU-T) 16 Tabella 2: (continua) Extended Service Set (nell’IEEE 802.11) ETSI European Telecommunications Standards Institute HIPERLAN HIgh PErformance Radio Local Area Network HMHIPERLAN MAC entity entity ICV Integrity Check Vector IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers TM / MT Terimale Mobile / Mobil Terminal IV Initialization Vector LAN Local Area Network MAC Medium Access Control MPDU MAC Protocol Data Unit PHY Physical layer bps bits per second SKCS Shared Key Cryptography System WEP Wired Equivalent Privacy ESS 5 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 usan- 17 do la tecnologia basata su onde radio nella banda 2.4 GHz o su raggi infrarossi. Tabella 3: Global Spectrum Allocation at 2.4 GHz (IEEE 802.11) Region US Europe Japan France Spain Allocated Spectrum 2.4000 - 2.4835 GHz 2.4000 - 2.4835 GHz 2.471 - 2.497 GHz 2.4465 - 2.4835 GHz 2.445 - 2.475 GHz La limitata velocità dello standard determinò uno scarso successo e diffusione. L’evoluzione di tale tecnologia diversi anni dopo ,1997, 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, Intersil, Compaq, IBM, lo hanno riconosciuto e hanno fondato nel 1999 il WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) con l’obiettivo della certificazione, dell’ interoperabilità e compatibilità tra i prodotti. 5.1 Caratteristiche tecniche dello standard IEEE 802.11 e sue tipologie 802.11 Standard per le wireless Lan, con un’unica interfaccia a livello di Data Link e due possibili implementazioni a livello Psysical Layer (infrarosso, non applicato, trasmissione Dfir) e a onde radio con tecnologia FHSS e DSSS. Tale standard si articola nei seguenti. 18 802.11a operante sui 5 Ghz e 40 Ghz con velocità trasmissione dati da 22 Mbps a 54Mbps su copertura nello spazio ridotta (range intorno ai 20 metri), utilizzando tecnica trasmissiva su diverse bande di frequenza,impiega 12 canali di cui 8 non sovrapposti, non è compatibile con 802.11b e HyperLan II, impiega modulazione OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), viene anche indicato con il termine Wi-Fi5.Vista la sua bassa copertura necessità di un’alta densità di access point,con relativi costi. 802.11b operante a 2,4 Ghz e 11 Mbps, high rate (Wi-Fi) utilizza la modulazione DSSS con una copertura di 80-100 metri indoor (ambienti chiusi) 11 canali di cui 3 non sovrapposti. Il 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. 802.11g operante a 2,4 Ghz con velocità trasmissione dati fino a 54Mbps e compatibile con 802.11b, utilizza una modulazione OFDM. 19 802.11e 802.11f802.11h802.11i standard in fase di sviluppo. 802.15.1 nuovo standard. 6 FHSS e DSSS Lo standard IEEE 802.11 consente due possibili interfacce RF, della categoria SSS, nella banda dei 2,4 Mhz: • Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS), ovvero dispersione di spettro a salto di frequenza. • Direct Sequence Spread Spectrum (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 del 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. 20 Nel FHSS il segnale ad una data frequenza viene fatto “saltare” da un 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 essere particolarmente immune alle interferenze. 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). 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. Il sistema FHSS risulta molto sicuro contro interferenza e l’intercettazione, in quanto è statisticamente impos21 sibile ostruire tutte le frequenze che possono essere usate e implementare 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 delle reti wireless attuali a 11 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 22 banda consentendo la ricezione di segnali deboli. I vantaggi che l’interfaccia DSSS assicura contro l’interferenza sono piuttosto scarsi. Questa limitazione insidia significativamente il valore di DSSS come metodo per resistere all’interferenza nelle applicazioni reali delle Wlan 7 Sicurezza Wlan IEEE 802.11 usa come protocollo MAC il CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance), che utilizza un algoritmo specifico per evitare collisioni, implementando un meccanismo di ascolto virtuale del traffico sulla portante. L’AP (access point) assegna una priorità ad ogni client, in modo da rendere più efficiente la trasmissione dei pacchetti. In pratica una stazione prima di trasmettere analizza il canale per capire se c’è un’altra stazione in trasmissione. A livello fisico il sistema cerca di identificare quando un canale è libero determinando quanta energia in radiofrequenza viene ricevuta dall’antenna.Se si è sotto una determinta soglia il canale viene considerato libero è può essere inviato RTS (request to send, pacchetto 23 di richiesta) che inizia la comunicazione.Possibili errori a tale livello quando un canale viene erroneamente interpretato come libero, soprattutto quando sono presenti dei nodi nascosti andando a diminuire sensibilmente il traffico dati. Lo standard IEEE 802.11b supporta un meccanismo per criptare il traffico dati e autenticare i nodi di connessione col nome di WEP (Wired Equivalent Privacy, sistema di encryption basato su una chiave condivisa ai fini della sicurezza contro le intercettazioni,crittografia).La secret key (chiave segreta) lunga 40 bit è concatenata a un vettore di inizializzazione (IV) lungo 24 bit; si ottiene così una sequenza di 64 bit totali. Esiste una versione evoluta che prevede un algoritmo di crittografia WEP a 128 bit, dove si ha una chiave a 104 bit con un vettore di inizializzazione a 24 bit e, in previsione di crescenti requi- 24 siti di robustezza e affidabilità, garantendo una maggior sicurezza e affidabilità. In entrambi le modalità le procedure di generazione delle chiavi si basano sull’algoritmo RC4. 7.1 Le chiavi pre-condivise Per l’autenticazione lo standard 802.11b prevede, come abbiamo visto due modalità. OSA (Open Systems Authentication) che non prevede alcuna autenticazione consentendo a qualsiasi dispositivo mobile l’accesso. SKA (Shared Key Authentication) che prevede l’uso di una chiave pre-condivisa nell’autenticazione; una volta autenticati, i dati scambiati tra l’access point (AP) e il terminale mobile (TM) vengono cifrati mediante WEP. In una connessione AP e TM occorre che i due dispositivi abbiano condiviso la chiave prima di connettersi. Per cui tutti i TM debbono essere configurati manualmente all’interno della Wlan.Nella pratica si usa, per comodità, una sola chiave per tutti i TM, ciò comporta che un AP nella modalità SKA può verificare l’appartenenza di un MT ad un specifico gruppo ma non la sua specifica identità. L’autenticazione è unidirezionale dall’AP verso l’MT e non viceversa, ciò può consentire l’intrusione di un AP mascherato. Sistemi di autenticazione e loro sviluppi: • WEP • WEP 128 bit • EAP (extensible authentication protocol 802.1x) consente di autenticare gli utenti da un server esterno, supporta diversi meccanismi di autenticazio25 ne (autenticazione centralizzata). Non può essere usato lo scambio di chiavi • EAP-MD5 si basa su login (autenticazione one-way) • EAP-TSL utilizza certificati digitali (autenticazione bidirezionale) • Leap proprietaria Cisco System (autenticazione bidirezionale, chiavi dinamiche) • Peap proprietaria Cisco / Microsoft (autenticazione bidirezionale) 8 Legislazione italiana Con il Decreto del Presidente della Repubblica del 5 ottobre 2001 n. 447, entrato in vigore dal 1 gennaio 2002, regolamento recante disposizioni in materia di licenze individuali e di autorizzazioni generali per i servizi di telecomunicazioni ad uso privato (supplemento ordinario n.282 alla Gazzetta Ufficiale - Serie Generale n. 300 del 28 dicembre 2001) vengono operate delle modifiche sostanziali in direzione di una liberalizzazione del settore. I termini principali della legge prevedono: • applicazioni indoor non è necessaria alcuna autorizzazione per l’uso di prodotti radioLan nell’ambito del proprio fondo di proprietà1 . In questo caso non Si intende fondo di proprietà il singolo sito o più siti contigui appartenenti allo stesso proprietario, soggetto fisico o giuridico, parti dello stesso fondo o più fondi dello stesso proprietario si considerano contigui, anche se separati, purché collegati da opere permanenti che consentono il passaggio pedonale, il proprio fondo può contenere edifici, piazzati, spazi aperti, ecc... Non è possibile includere nel proprio fondo i collegamenti wireless insistenti sul territorio pubblico come attraversamento di strade, ferrovie, fiumi, collegamenti terra-mare e collegamenti tra piattaforme in mare. 1 26 occorre fare alcuna domanda di autorizzazione e non si pagano tasse. • applicazioni outdoor al di fuori del proprio fondo di proprietà è invece necessaria un’autorizzazione generale che si ottiene tramite domanda al Ministero delle Comunicazioni e pagamento di una tassa annuale minima; il sistema potrà comunque essere già installato nel momento in cui l’utente spedisce, via raccomandata A/R, al Ministero la richiesta per ottenere l’autorizzazione; questa richiesta è soggetta al silenzio/assenso da parte del Ministero stesso decorse le quattro settimane stabilite. Ciò significa che l’utilizzo di reti locali basate su tecnologie wireless,radio o ponti ottici è totalmente di libero uso all’interno del proprio fondo, non è necessario richiedere alcuna autorizzazione e non sono previste imposte. Per i network che esulano dal fondo di proprietà occorre l’autorizzazione generale soggetta al silenzio assenso. 9 Sviluppi futuri Il futuro delle reti wireless si basa sullo sviluppo degli standard 802.11, vediamone alcuni nei paragrafi che seguono. 802.11a operante sui 5 Ghz e 40 Ghz con velocità trasmissione dati da 22 Mbps a 54Mbps su copertura nello spazio ridotta (range intorno ai 20 metri), utilizzando tecnica trasmissiva su diverse bande di frequenza,impiega 12 canali di cui 8 non sovrapposti, non è compatibile con 802.11b e HyperLan II, impiega modulazione OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), viene anche 27 indicato con il termine Wi-Fi5. Vista la sua bassa copertura richiede un’elevata densità di access point, con relativi costi. 802.11b+ impiega una nuova tecnica di modulazione PBCC (packet binary convolutional coding) che consente una velocità di 22 Mbps. 802.11g operante a 2,4 Ghz con velocità trasmissione dati fino a 54Mbps e compatibile con 802.11b, utilizza una modulazione OFDM. 28 802.11e standard in fase di sviluppo consente, una migliore gestione della banda (QOS) con le applicazioni multimediali. 802.11f facilita roaming tra celle. 802.11h operante a 5 Ghz con velocità trasmissione dati fino a 54Mbps, evoluzione del 802.11a 802.11i standard in fase di sviluppo che migliora la sicurezza (supporta TKIP e AES). 802.15.1 nuovo standard per Bluetooth che consente la coesistenza con gli standard IEEE 802.11 802.16 standard in fase di sviluppo consente, con frequenze da 10 a 66 Ghz, la copertura dell’ultimo miglio, Local Loop,consentendo reti metropolitane WMan 9.1 WLL (Wireless Local Loop) La diffusione dei sistemi “punto-multipunto” a larga banda (WLL Wireless local loop) nelle bande di frequenza 24.5 - 26.5 GHz sta crescendo e con essa i servizi multimediali interattivi tra i quali: • servizi Internet ed Internet veloce; • servizi di trasmissione dati: servizi basati su ISDN, Frame Relay, ATM; • servizi di interconnessione LAN-LAN e LAN-WAN; • servizi voce: fonia locale, nazionale ed internazionale; • video on demand; • software download; • music on demand. 29 Alcuni operatori intendono inoltre offrire, tramite la tecnologia WLL, segmenti della rete di trasporto a fornitori di servizi mobili e personali. L’architettura comune dei sistemi WLL comprende: • un’architettura che preveda una Stazione Radio Base (BS) in grado di consentire la comunicazione con le stazioni periferiche o Stazioni Terminali (ST); • la necessità di assicurare la visibilità ottica fra BS e ST; • antenne delle BS di tipo settoriale con apertura tipica di 90 gradi, ma con possibilità di settori di 15, 30, 45 e 60 gradi; • aree di servizio di circa 3 o 4 Km di raggio e suddivise tipicamente in quattro settori; • antenne delle ST planari o paraboliche di tipo direttivo (con apertura fascio di pochi gradi) e di dimensione fra i 15 e i 60 cm (in media 30 cm); • disponibilità media del servizio di circa il 99.99 • accesso di tipo FDMA o TDMA; • larghezza di banda fissa (per esempio per applicazioni di tipo circuiti diretti numerici) o su richiesta (bandwidth on-demand) per traffico di tipo variabile; • diversità di polarizzazione e riuso della frequenza (tipicamente di un fattore due); • schemi di modulazione potenziali: QPSK,16-QAM, 64-QAM,16-TCM; 30 • i prodotti in commercio utilizzano portanti con larghezza di banda fino a 28 MHz; • tipicamente con una portante da 28 MHz la velocità di trasmissione è di circa 34 Mbps al netto del codice; • possibilità di indirizzamento da BS a ST anche di tipo multicast e/o broadcast. Per quanto riguarda la copertura geografica le risposte sono state essenzialmente di tre tipi a seconda della localizzazione del servizio che l’operatore intende offrire: nazionale, regionale/provinciale e provinciale/locale. La tecnologia punto-multipunto raggiungerà un’elevata penetrazione specialmente per quanto riguarda l’utenza affari in vaste aree del territorio. 10 Link di riferimento • http://ewireless.interfree.it/index.html • http://wlan.interfree.it • www.wireless-italia.it • www.portel.it • www.wlana.com • www.webwireless.it • www.wmlscript.it • www.wi-fi.org • www.hiperlan2 31 • www.wlana.com • www.palowireless.com • www.bluetooth.com/ • www.bluetoothcongress.com/ 10.1 Glossario Access Point Punti di accesso, all’interno di un infrastruttura o netWLan (rete senza fili) fungono da ricevitori/trasmettitori fissi con i dispositivi mobili che comunicano. Possono essere usati semplicemente come ripetitori di segnale, o come elementi di interfaccia tra mondo senza fili (wireless) e mondo cablato svolgendo funzioni analoghe ad un bridge o router. Ciascun AP definisce intorno a sé una microcella di lavoro. AES Advance Encryption Standard, algoritmo di crittografia nei protocolli di sicurezza wirelessLan, (vedi anche Wep). Ampiezza di Banda La capacità di trasmettere informazioni lungo un canale di comunicazione in un determinato tempo, rappresenta la differenza, espressa in Hz (hertz), tra la frequenza più alta e quella più bassa di un canale di trasmissione ed indica la quantità di dati che possono passare, nell’unità di tempo, bit al secondo (bit rate). AN Access Network, punto di accesso al network, rete wireless. 32 Bluetooth È una tecnologia di interconnessione wireless low-power (mWatt), in grado di far comunicare dispositivi elettronici come i telefoni, stereo, notebook,computer, pda fino ad un massimo di 16 dispositivi, attraverso onde radio a basso raggio emesse da alcuni trasmettitori presenti all’interno di questi dispositivi.Consente il networking wirelesss sia voce (Tv) che dati (Td), il tutto senza bisogno di alcun cavo di collegamento, ma semplicemente utilizzando le onde radio con frequenza di 2,45Ghz - 2,56 Ghz (banda ISM). può supportare fino a 7canali dati (asincorono con data rate di 57,6Kbps in upstream e 721Kbps in downstream) e 3 canali voce (sincroni con data rate di 64 kbps).La velocità massima di trasferimento dati, nel suo complesso, è pari a 1Mbps fullduplex con una copertura dai 10 ai 100 metri.Il Bluetooth supporta piccole reti di prossimità (Pan) con piccola portata. BWA Broadband Wireless Access, trasmissione dati wireless, audio/video, videoconferenze. DSSS Direct Sequence Spread Spectrum, tecnologia 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 delle reti wireless attuali a 11 Mbps con le precedenti a 1-2 Mbps. DTR Data Transmission Rate, velocità di trasmissione dati, vedi anche Bps. 33 FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum, tecnologia che 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 - 2,480 Ghz salti di 1 Mhz, complessivamente 79 hops set). L’FHSS è impiegata nel protocollo Bluetooth. Fixed Wireless Soluzione tecnologica via radio che fornisce servizi di base voce/dati con copertura ad ampio raggio fino a 25 Km,la trasmissione utilizza una frequenza bassa compresa da 400 Khz a 2Mhz con un bit rate max di 128 Kbps. FH Frequency Hopping, tecnica impiegata nel Bleutooth che utilizza 79 fh di 1Mhz. FWD Fixed Wireless Data, connessione wireless a una postazione fissa. HyperLan2 Standard per comunicazione wireless, Wlan che utilizza una frequenza di 5 Ghz con bit rate sino a 54 Mbps (nella specifica HyperLan 2 con trasmissione asincrona e in real time), consente un range fino a 100 metri.per applicazioni multimediali di tipo home. 34 Wpan IrDA Bluetooth 1 Bluetooth 2 Wlan HomeRF IEE 802.11b HyperLan Wwan GSM GPRS UMTS HomePNA Piccola rete wireless che utilizza le connessioni telefoniche, impiega la tecnologia di TUT Systems, che utilizza la banda da 5.5 a 9.5 MHz implementando IEEE 802.3 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) per realizzare accessi multipli su di un unico mezzo trasmissivo, così come avviene per Ethernet. La tecnologia TUT consente inoltre di codificare più bit all’interno di un singolo impulso di dati sulla linea, sfruttando un metodo detto TMLC (Time Modulation Line Coding) capace di operare su reti di topologia arbitraria e cablaggio non determinato a priori, proprio come i cavi telefonici presenti nelle abitazioni; inoltre, la tecnologia TUT è di tipo “adattativo”, in quanto consente di operare anche su linee affette da elevato rumore elettrico, e di adattare la sensibilità di ricezione e la potenza di trasmissione alle condizioni di attenuazione rilevate. La successiva estensione della rete HomePNA verso i 10 Mbit/sec supererà gli attuali 1 Mbit/s. HR-DS High Rate Direct Sequence o WiFi (vedi sotto). IEEE 802.11 Standard per le wireless Lan, con un’unica interfaccia a livello di Data Link e due possibili implementazioni a livello Psysical Layer (infrarosso, non applicato, trasmissione Dfir), e a onde radio con tecnologia FHSS e DSSS. 35 IrDA Infrared Device Application, standard di interconnessione dati tramite infrarossi bidirezionale point-to-point tra dispositivi posizionati in visibilità reciproca (LoS, line of sight) con range ridotto a 1 - 2 metri e bit rate di 4 Mbps. ISM Industrial Scientifical and Medical, frequenza radio riservata che sfrutta la banda da 2,4 a 2,48Ghz. LMDS Local Multipoint Distribution Services, sistema di distribuzione punto multipunto che opera a frequenze intorno ai 25- 28 GHz, con bit rate dai 2 agli 8 Mbps con un range di 5 Km se non sono presenti ostacoli interposti, rientra nelle tecniche chiamate Broad Fixed Wireless. MMDS Multichannel Multipoint Distribution System, sistema di distribuzione multipunto che opera a frequenze più elevate intorno ai 5 Ghz, bit rate di 20-30 Mbps con ampio range diversi Km anche con la presenza di ostacoli interposti.Tecnologia impiegata negli Stati Uniti per la trasmissione canali Tv. M2M Machine to Machine, comunicazione wireless tra dispositivi macchina senza interazione umana. Mobilità/Flessibilità Wlan e Bluetooth sono tecnologie complementari, una garantisce la flessibilità, l’altra la mobilità.Applicazioni wireless miste garantiranno mobilità e flessibilità. Mode Ad-hoc / Infrastructure 36 Impostazione nelle reti wireless dei terminali in modo da poter comunicare direttamente tra loro senza l’utilizzo di un Access Point (AP). Nella modalità infrastruttura i terminali comunicano tra loro tramite un AP. Multipath Difficoltà nel trasmettere il segnale wireless in ambiente chiuso con ostacoli, che dipendono dalle forme, dai materiali e dalle dimensioni. Ciò può limitare il raggio d’azione a poche decine di metri. MWS Tecnologia trasmissione wireless, in fase di sperimentazione, che opera intorno ai 40 Mhz con un range di 2Km, se non sono presenti ostacoli interposti, rientra nelle tecniche chiamate Broad Fixed Wireless. Outdoor/Indoor Ambienti esterni, Ambienti interni. Pan Personal Area Network, piccola rete di prossimità. SRW Short Range Wireless, raggruppamento di nuove tecnologie wireless per brevi distanze, con bita rate variabile, consumi di potenza e costi ridotti, flessibilità di connessione. SST Spread Spectrum Technology. Swap Shared wireless access protocol per la trasmissione dati voce tra dispositivi come computer, notebook, pda, cellulari, cordless. 37 tri-standard Dispositivi wireless capaci di supportare tre protocolli 802.11a, 802.11b, 802.11g. UWB Sistema a banda ultralarga con frequenze comprese tra 1 e 3 Ghz a bassissima frequenza. WAE Wireless Application Environment Wap Wireless Access Point, punto di accesso Wlan tra terminale wi-fi ed eventuale network wired (Lan Ethernet) con una portata di alcuni centinaia di metri all’aperto e decine di metri negli ambienti chiusi.Punti Wap possono essere aggiunti per colmare le zone di assenza di segnale con velocità di 11 Mbps. WAP Wireless Application Protocol, protocollo che consente ai cellulari wap di collegarsi a Internet. W-ATM Wireless Asynchronous Transfer Mode network WECA Wireless Ethernet Compatibility Alliance, ente certificatore interoperabilità tra prodotti e apparati wireless, rilascia certificazione Wi-Fi (Wireless Fidelity). WEP Wired Equivalent Privacy, sistema di encryption basato su una chiave condivisa ai fini della sicurezza contro le intercettazioni (crittografia). 38 VHA Very High Application ,soluzione tecnologica wireless che fornisce servizi di base voce/dati con copertura ad ampio raggio utilizza un’alta frequenza fino a 28 Ghz con una capacità trasmissiva da 2 a 8 Mbps. Wi-Fi Wireless Fidelity, standard internazionale per la trasmissione wireless IEEE 802.11, che garantisce l’interoperabilità tra soluzioni wireless diverse, possiede una potenza più elevata rispetto al Bluetooth e utilizza la trasmissione FHSS. Nell’evoluzione del protocollo 802.11b si riesce a raggiungere un bit rate di 11Mbps. Wipll Wireless Ip local loop,tecnologica via radio che fornisce servizi di base voce/dati con copertura ad ampio raggio, utilizza una frequenza da 2Ghz a 5Ghz con un bit rate di 4 Mbps. Wireless Si riferisce a una tipologia di comunicazione, monitoraggio e sistemi di controllo in cui i segnali viaggiano nello spazio e non su fili o cavi di trasmissione. In un sistema wireless la trasmissione avviene principalmente via radiofrequenza (RF) o via infrarosso (IR). WLan Wireless local area network, piccola rete wireless locale che utilizza le tecnologie HomeRF, IEEE 802.11b e HyperLan2 WLL Wireless local Loop, sistema per l’accesso puntomultipunto a larga banda mediante onde radio. 39 WMAN Wireless Metropolitan Area Network, estensione della rete locale a pacchetti WLan che opera via radio con velocità tipica pari a 100Kbps. Wpan Wireless Personal Area Network, piccole reti wireless, senza fili, che connette dispositivi personali,mobili a basso consumo, come pda (personal digital assistant) , notebook, cellulari, cercapersone, computer, realizzate con tecnologia Bluetooth o IrDA. WSP Wireless Session Protocol, protocollo per la gestione reti wireless. WWAN Wireless Wide Area Network, rete Geografica senza fili. 40