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 connessione via cavo (wired), favorendo così una discreta mobilità. Nel workgroup gli utenti possono stabilire una connesione 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 delle reti wireless i terminali sono impostati in modo da poter comunicare direttamente tra loro senza l’utilizzo di un Access Point (AP). Nella modalità infrastruttura invece i terminali comunicano tra loro tramite un AP.

Figura 1: Rete Wireless ad- hoc: questa immagine rappresenta una rete wireless ideale, in cui i wireless terminal comunicano con un server che soddisfa le loro richieste di rete

Il protocollo 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 un 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. Nel 1997 l’evoluzione di tale tecnologia portò alla definizione dello standard IEEE 802.11b (denominato anche Wi-Fi) consentendo una trasmissione dai 5,5 agli 11 Mbit/s pur mantenendo la compatibilità con lo standard precedente. Questo standard ha avuto e sta avendo successo perché molte industrie leader nel settore come Nokia, 3Com, Apple, Cisco System, Intersil, HP, 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.

L’802.11 è lo standard per le wireless Lan, con un’unica interfaccia a livello di DataLink e due possibili implementazioni a livello Physical Layer: infrarosso (non applicato) con trasmissione Dfir, e onde radio con tecnologia FHSS e DSSS. Tale standard si può suddividere nei seguenti sottostandard:

• 802.11a operante sui 5 Ghz e 40 Ghz con velocità di trasmissione dati da 22 Mbps a 54 Mbps su copertura nello spazio ridotta (range intorno ai 20 metri), utilizzando una tecnica trasmissiva su diverse bande di frequenza e impiegando 12 canali di cui 8 non sovrapposti. Non è compatibile con 802.11b e HyperLan II, impiega la 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) con 11 canali di cui 3 non sovrapposti. Il protocollo IEEE 802.11b consente:
  1) di poter 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 del segnale e del traffico di rete,
  5) 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 di trasmissione fino a 54 Mbps e compatibilità con 802.11b, utilizza una modulazione OFDM;
• 802.11e 802.11f 802.11h 802.11i standard in fase di sviluppo ;
• 802.15.1 nuovo standard.

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 passante.

Le tecniche SSS di spread spectrum signals occupano una maggior banda di trasmissione radio, rispetto ad altre tecniche di gestione delle onde radio ma consentono una miglior ricezione dei segnali deboli, l’integrità del segnale, e 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.

Figura 2: Schema dello spettro SSS

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.

Nel FHSS il segnale ad una data frequenze 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 origine del segnale e quella dei mezzi di diffusione è molto grande, è quello di essere particolarmente immune alle interferenze. Tale tecnologia consente a più utenti di condividere lo stesso insieme di frequenze cambiando automaticamente le frequenze 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 frequenza basata sul frequency hopping. Gli hops corrispondo ai salti di frequenza all’interno di una certa gamma assegnata (2,402 Ghz 2,480 Ghz con salti di 1 Mhz e fino ad un massimo di 79 hops seti). Viene impiegata una modulazione gaussiana di tipo Fsk o Gfsk.

Figura 3: Schema dello spettro FHSS

Nello specifico sono previste due tipologie di modulazione Gfsk: Gfsk a 2 livelli con data rate 1 Mbps e Fgsk a 4 livelli con data rate di 2 Mbps. Il sistema FHSS risulta molto sicuro contro interferenza e l’intercettazione, in quanto è statisticamente impossibile ostruire tutte le frequenze che possono essere usate e implementare sistemi di filtri selettivi su frequenze diverse dalla frequenza del segnale.

Il DSSS è una tecnologia di trasmissione a “frequenza diretta” e 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’interoperbilità delle reti wireless attuali a 11 Mbps con le precedenti a 1-2 Mbps. L’interfaccia DSSS utilizza un sistema con dispersione di 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 di Barker). Il segnale trasmesso consumerà una maggior larghezza di banda consentendo la ricezione di segnali deboli.

Figura 4: Schema di modulazione DSSS

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.