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Una WLAN (Wireless Local Area Network), detta anche WirelessLAN, è una rete di computer, che possiamo definire nodi, interconnessi tra loro che risiedono fisicamente distanti tra loro.

Una comune rete LAN per PC utilizza la tecnologia Ethernet (IEEE 802.3) e puó essere assemblata in differenti tipologie ad esempio, ad anello o in linea, ed impiegare differenti supporti trasmissivi come: cavi coassiali, fibre ottiche, dispositivi wireless etc.

Queste reti permettono la trasmissione di dati ad alta velocitá, tipicamente sui 10-100 Mbps, che sono molto maggiori di quelle offerte dai comuni modem telefonici per rendere l’idea facciamo l’esempio dei modem a 57.6 Kbps o per meglio dire 0,057 Mbps, e dalle nuove linee ADSL con meno di 8 Mbps di velocità di trasferimento..

Si definisce una WLAN una rete locale, che utilizza le onde radio, e precisamente sulle frequenze dei 2.4 Ghz oppure 5 Ghz, per la trasmissione dei dati, anzichè dei cavi da cui appunto deriva il nome wireless= "senza fili"..

Il protocollo di trasmissione utilizzato è denominato 802.11, e si riferisce ad una famiglia di specifiche sviluppate dall' IEEE , acronimo di "Institute of Electrical and Electronics Engineers", pronounciato "I-triple-E", proprio per la tecnologia wireless LAN e in particolare si occupa dell'interfaccia aerea tra un dispositivo wireless ("wireless client") e la sua base ("base station") o tra due clienti wireless.

La famiglia 802.11 comprende le seguenti specifiche:

802.11 che si occupa delle LAN e permette la trasmissione wireless ad 1 o 2 Mbps nella banda dei 2.4 Ghz usando sia la FHSS ("frequency hopping spread spectrum") che la DSSS ("direct sequence spread spectrum")
802.11a che è un'estensione dell' 802.11 e permette velocitá fino a 54 Mbps ma utilizzando la OFDM ("orthogonal frequency division multiplexing") nella banda dei 5 Ghz
802.11b (conosciuta anche come Wi-Fi) che permette velocitá fino a 11 Mbps (prevede anche modi piú lenti a 5.5, 2 e 1 Mbps) nella banda dei 2.4 Ghz utilizzando esclusivamente la DSSS
802.11g che permette velocitá superiori ai 20 Mbps nella banda dei 2.4 Ghz

L'architettura dell'IEEE 802.11

Nello standard proposto dall'IEEE ci sono due modi differenti di configurare una rete:

"ad-hoc" oppure "infrastructure".

Nella prima, tutti i computers dotati di dispositivo wireless, ad esempio una scheda WiFi, sono connessi tra loro senza una particolare struttura, non ci sono basi fisse ed ogni nodo è tipicamente in grado di comunicare con tutti gli altri.

Nella seconda tipologia, esiste una rete di uno o piú, basi fisse denominate "Access Point" (comunemente chiamatiin maniera abbreviata AP) che sono interconnessi con dei dispositivi wireless .

Questa tipo di struttura ricorda la rete dei cellulari GSM.

• Cosa è un Access Point ?

Tradotto significa “Punto di accesso”, che sistemato all'interno di un infrastruttura o netWLan (rete senza fili) funge da ricevitore/trasmettitore fisso verso i dispositivi mobili .

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.

Tra i possibili vantaggi offerti da una Wlan, si possono elencare :

· installazione veloce e semplice , rispetto alla stesura dei cavi,canaline... 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

La trasmissione e ricezione wireless (Tx / RX) opera come detto sui 2.4 GHz, con potenze che sono dell’ordine dai 10-20 mW fino ai 100mW, potenza in dotazione agli apparecchi ma esisto in commercio anche dei piccoli amplificatori di potenza dell’ordine di 1 – 2 Watt e anche oltre.

Come vediamo nello schema le frequenze che gli Acces Point utilizzano in Europa notiamo che ricadono nella allocazione di banda assegnata in statuto secondario a NOI radioamatori

Quuindi se usiamo questo tipo di apparecchiatura è come se utilizzassimo un normale rice/trasmettitore.

Per questo motivo NOI andremo ad “adattarci” antenne esterne al fine di potenziarne il raggio di copertura della postazione.radio

Normalmente la copertura di una cella radio “Acces Point” varia da 20 metri a oltre 300 metri ma, poiché NOI andremo ad utilizzare tale apparecchiatura con antenne esterne ad alto guadagno, la copertura radio è notevolmente maggiore.

Ogni Access Point ha la possibilità di gestire contemporaneamente il collegamento da 10 a 250 utenze

Nelle trasmissioni gli Ap usano il protocollo IEEE 802.11.

Lo standard IEEE 802.11, nato negli anni novanta, 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 ,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.

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

DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum
FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum

Tecnologia Spread Spectrum

Spettro di Frequenza

88-108 Banda FM

2400-2500

Potenza

Transmissione
Spread Spectrum

Il passo fondamentale per iniziare bene la realizzazione della rete è quello della progettazione. Seppur questa parola faccia pensare a chissà cosa, la progettazione della rete è supportata da diversi software che ci permetteranno di simulare i collegamenti che intendiamo realizzare. Inoltre è necessario realizzare uno schema generale che rappresenti la nostra rete, in modo da avere sempre sott'occhio la struttura e le periferiche utilizzate.

Collegamento ad-hoc : viene definito "ad-hoc" un collegamento tra 2 punti, senza possibilità di ulteriori connessioni; questa configurazione va molto bene per coloro che intendono collegare due pc vicini oppure due portatili

Collegamento Infrastructure: è quello da noi utlizzato, ovvero un punto centrale (accesspoint) al quale gli utenti si collegano: per comunicare tra un pc e l'altro bisogna passare attraverso l'accesspoint.

Noi procederemo con la progettazione di una rete "Infrastructure" con un accesspoint e 4 pc "client".

Per prima cosa occorre individuare un punto strategico nella nostra zona dove collocare l'accesspoint: questo punto deve essere visibile da tutti i punti che intendiamo collegare, è necessario che non vi siano ostacoli che impediscono la visuale; cercate un vostro amico o parente che abiti in un palazzo molto alto, oppure qualcuno con una casa in montagna... insomma, dovete cercare un punto "strategico" dove installare l'access point. Non dimenticatevi che l'accesspoint deve essere alimentato e quindi avrete bisogno anche di una sorgente elettrica. Inoltre dovrete installare una o più antenne... quindi scegliete bene il posto.

Una volta che avete individuato il punto strategico, potete iniziare a disegnare uno schema della vostra rete. per fare questo potete utilizzare ABC FlowChart, un programmino un po' datato ma molto semplice e pratico. E' molto utile avere uno schema stilizzato della vostra rete, potrete fare delle considerazioni assieme ai vostri amici e magari trovare delle soluzioni alternative. Vi mostriamo una videata di ABC, relativa ad un progetto che stiamo realizzando (clicca sull'immagine per vederla ad alta risoluzione).

Analizzate bene la struttura che avrà la vostra rete, noi vi suggeriamo alcune configurazioni che possono andar bene a seconda delle vostre esigenze.

In questo esempio la rete è composta da un solo access point e tutti i pc (che da ora chiameremo client) riescono a ricevere un buon segnale; questa configurazione può andare bene nel caso in cui tutti i client sono relativamente vicini all'accesspoint (3-4Km). Nello schema (realizzato con ABC) abbiamo supposto che l'access point si trovi su una montagna, in questo caso conviene utilizzare un'antenna settoriale a pannello, in modo che il segnale venga irradiato solo verso i client; se invece l'accesspoint si trovasse al centro dei client (per esempio su un palazzo in mezzo alla città) conviene utilizzare un'antenna omnidirezionale ma, in questo caso, i client riceveranno un segnale inferiore poichè verrà irradiato su un'area maggiore. Per ovviare a questo problema, vi suggeriamo altre 2 configurazioni.

Nell'esempio 2 abbiamo realizzato una rete composta da due accesspoint collegati tra loro con un cavo incrociato. Gli accesspoint trasmettono su due canali differenti: questa configurazione è una delle migliori perchè utilizzando due accesspoint il traffico della rete viene suddiviso su due canali diversi, con un conseguente amento della velocità rispetto all'esempio precedente. Proviamo a fare un esempio utilizzando la RETE1 : se il client1 deve scambiare informazioni con il client4, il flusso dei dati viene trasmesso all'accesspoint1 il quale provvederà a ritrasmetterlo al client4, utilizzando lo stesso canale. Se avete provato ad utilizzare una ricetrasmittente saprete che mentre voi parlate, il vostro interlocutore può solo ascoltare e deve aspettare la fine del vostro messaggio prima di potervi rispondere; nelle trasmissioni digitali i dati vengono inviati a pacchetti (generalmente di 1500 byte circa) e ad ogni pacchetto inviato deve arrivare una conferma di ricezione; tradotto in ambito WiFi, l'informazione trasmessa dal client1 verrà divisa in più pacchetti; client1 trasmetterà il primo pacchetto all'accespoint1 il quale lo ritrasmetterà al client4 e attenderà la conferma di ricezione che sarà ritrasmessa al client1. In termini di velocità, quest'ultima si riduce parecchio perchè i pacchetti inviati da client1 devono essere ritrasmessi a client4 sullo stesso canale e durante la fase di ritrasmissione, client1 rimane in attesa. Utilizzando la RETE2, il pacchetto trasmesso da client1 viene trasmesso all'accesspoint1 il quale provvederà a passarlo via cavo all'accesspoint2 e sarà ritrasmesso al client4 ma su un canale differente. Questo significa che il pacchetto trasmesso arriverà a destinazione molto più velocemente rispetto all'esempio precedente, perchè i due canali non vengono occupati per ritrasmettere i pacchetti. Chiaramente se la comunicazione deve avvenire tra il client1 e il client2 oppure tra il client3 e il client4 sorgono gli stessi problemi indicati per la RETE1, tranne nel caso in cui i client stanno comunicando contemporaneamente. Se client1 sta comunicando con client2 e nello stesso tempo client3 comunica con client4, nella RETE1 la velocità si abbasserà uteriormente perchè sullo stesso canale viaggiano il doppio dei pacchetti, mentre nella RETE2 la velocità non cambia perchè i pacchetti che transitano tra i primi client non vanno ad interverire con quelli che transitano tra gli altri client.

Esiste un'altra possibilità di configurazione chiamata REPEATER e disponibile solo sugli access point D-Link DWL900AP+, che può essere interessante nel caso in cui dobbiamo collegare due zone che non si vedono tra loro: supponiamo che client1 e client2 si trovino in una zona dalla quale sia possibile vedere l'accesspoint1 e supponiamo che client3 e client4 si trovino in un'altra zona dalla quale non sia possibile vedere l'accesspoint1. In questo caso una soluzione (ma ce ne sono altre) è quella di trovare una postazione dalla quale sia possibile vedere sia l'accesspoint1 che i client3 e client4. In questo punto installeremo un secondo access point configurato in modalità REPEATER, il quale ripeterà tutto il traffico dell'accesspoint1 verso la zona dei client3 e client4. C'è da fare una considerazione per quando riguarda la velocità di trasmissione, perchè i pacchetti saranno ritrasmessi sempre sullo stesso canale per più volte. Se client1 vuole trasmettere dei dati a client4, i pacchetti saranno inviati all'accesspoint1(sempre uno alla volta) e saranno ritrasmessi all'accesspoint repeater e quindi ritrasmessi al client4... se non avete esigenze particolari e vi basta avere una velocità di 2-3Mbps (sempre teorici e variabili a seconda delle antenne utilizzate) questa soluzione rappresenta il miglior compromesso velocità/costi, perchè bastano due accesspoint per collegare le due zone, altrimenti sarebbe necessario impiegare altri due access point per creare una tratta dedicata, ma questo caso non lo analizzeremo.

Bene! Sulla carta è tutto fatto, adesso vediamo se è possibile realizzare ciò che abbiamo in mente.

In questa sezione passeremo alla simulazione della nostra rete. Per fare questo utilizzeremo un software gratuito: RADIOMOBILE

Per effettuare una simulazione di radio propagazione per prima cosa sono necessari i dati di elevazione (o altitudine). Questi dati, organizzati in una matrice bidimensionale, andranno inseriti nel programma che, oltre a maneggiare le coordinate geografiche e le rappresentazioni grafiche delle altitudini (mediante colorazioni e isoipse), calcola le ELLISSOIDI DI FRESNEL, che permettono di conoscere l'attenuazione di tratta al variare del profilo altimetrico che si trova tra due o più stazioni radio ricetrasmittenti.

I dati che andremo ad utilizzare sono messi a disposizione dalla NASA e sono chiamati SRTM.

I profili SRTM prendono il loro acronimo da Shuttle Radar Topografy Mission. I rilievi SRTM sono stati elaborati per tutta la Terra da un radar SAR, di progettazione italiana, posto su uno Shuttle inviato in orbita dalla NASA. Le zone coperte variano con la risoluzione: ad una risoluzione di 30 arcosecondi, al momento sono stati pubblicati tutti i dati delle terre emerse, invece per risoluzioni maggiori sono presenti varie lacune.

Prima di tutto occorre scaricare RADIOMOBILE cliccando qui, poi necessitiamo dei dati SRTM NASA, che si scaricano qui; fate attenzione perchè i dati SRTM sono formati da diversi files: per ogni grado di latitudine e longitudine è stato creato un file, procuratevi quindi le coordinate della vostra zona e scaricate i files necessari. Nel nostro esempio utilizzaremo i files relativi al Trentino e quindi andremo a scaricare quelli nella latitudine 45-46°N e lungitudine da 10-12°E , in modo da avere la zona che ci interessa.

Il passo iniziale per simulare la nostra rete è la configurazione del programma. Una volta che avrete scaricato tutto quello che vi serve, aprite il programma e selezionate il menu FILE -> Map Properties, vi apparirà la finestra visibile nell'immagine qui sotto.

In questa finestra andremo ad inserire le coordinate del punto centrale della mappa che vogliamo generare (lo possiamo inserire approssimativamente ed andare a correggerlo in seguito), poi inseriamo le dimensioni della mappa in pixel e in chilometri, possiamo inserire solo l'altezza, la larghezza viene calcolata automaticamente dal programma. Nella figura di esempio abbiamo specificato cle la nostra mappa avrà un lato di 200Km che corrisponderanno a 514 pixel. Inserite le dimensioni della mappa, dobbiamo specificare il percorso dove abbiamo scaricato i dati SRTM. E' importante infine ricordarsi di abilitare l'opzione "Ignore missing files" perchè se abbiamo inserito delle coordinate che non sono rappresentabili con i dati SRTM scaricati, il programma rappresenta solo le zone relativi ai nostri file SRTM. Una volta che abbiamo inserito questi dati premiamo il tasto Apply e se tutto è corretto la nostra mappa verrà generata sullo schermo. Ora possiamo fare degli aggiustamenti, cambiando le dimensioni, restringendo i chilometri o cambiando il punto centrale. Una volta che la mappa rappresenta solo la zona che ci interessa, possiamo procedere con l'inserimento dei dati relativi ai punti da collegare.

Per prima cosa clicchiamo sulla mappa nel punto in cui vogliamo andare ad inserire il primo client (per i conoscitori del Trentino, sarà facile constatare come la mappa rappresenti bene l'orografia della nostra zona; nella fig2 abbiamo posizionato il cursore nella zona di Ravina, è facile distinguere il Monte Bondone, la Marzola, il Calisio, il Doss Trento e una parte del lago di Caldonazzo) .

Clicchiamo sul menu FILE-> Unit properties e ci apparirà la schermata di inserimento (fig3)

Per prima cosa clicchiamo su una delle Unit disponibili (per esempio Unit1) e inseriamo nel campo Name un nome di riconoscimento (noi abbiamo inserito RAVINA); poi clicchiamo sul tasto "Place unit at cursor position" : in questo modo alla Unit 1 verranno associate le coordinate del punto che avevamo selezionato in precedenza sulla mappa. Poi clicchiamo sul tasto Apply e la nostra stazione ci verrà mostrata sulla mappa. Proseguiamo ad inserire le altre stazioni nello stesso modo.

Alla fine dell'inserimento avremo gli utenti visulizzati in mappa, come nella fig4.

Nel passo sucessivo andremo a configurare i parametri caratteristici della nostra rete. Apriamo il menu FILE-> Network Properties e ci apparirà la schermata visibile in fig5

In questa schermata inseriamo il nome della nostra rete, poi specifichiamo il range di frequenze utilizzato e passiamo alla schermata sucessiva premendo il pulsante Topology, ci apparirà la schermata visualizzata in fig6

In questa schermata andiamo a definire che tipo di rete intendiamo simulare: selezioniamo DataNet,Cluster e premiamo su Membership, ci apparirà la schermata visualizzata in fig7

Qui andiamo a selezionare dalla lista utenti precedentemente creata, i membri della rete e per ciascuno andremo ad indicare il ruolo, in particolare per gli accesspoint selezioneremo NODE mentre per i client selezioneremo TERMINAL. Premiamo su System, ci apparira la schermata visualizzata in fig8

Inseriamo un nome per il nostro sistema, poi inseriamo la potenza dei nostri apparati, è possibile inserire sia il valore in watt che in dBm, decidiamo di inserire 22dBm che è la potenza media dei nostro DWL900AP+ modificati. Poin inseriamo l'altezza da terra dell'antenna, che supponiamo sia di 10 metri. Premiamo su Add to Radiosys.dat e premiamo su Apply.

Ora torniamo alla visualizzazione della mappa ma vedremo i nostri client collegati con l'accesspoint, come in fig 9

Se le linee di collegamento sono verdi,significa che il collegamento è possibile, altrimenti se le linee saranno rosse non potremmo stabilire il collegamento. Attenzione però perchè il programma non tiene conto di eventuali ostacoli tipo grossi alberi o condomini e palazzi. Quindi è meglio non prendere per definitivi questi dati...è solo una simulazione!

In questa finestra possiamo vedere tutti i dati relativi al collegamento tra 2 punti, selezioniamo l'accesspoint come Trasmitter e un client come receiver, il programma ci farà vedere il profilo altimetrico tra i due punti. Nel tratto disegnato in rosso il segnale non arriva, mentre nei tratti verdi è possibile ricevere il segnale. Possiamo trovare numerose altre informazioni come ad esempio la distanza tra i due punti, il livello del segnale ricevuto in dBm e in microvolt, le perdite e attenuazioni e altro ancora.

Una cosa interessante è la possibilità di vedere in 3d il paesaggio dal punto di trasmissione verso quello di ricezione , come se ci trovassimo in quel punto. Nelle fig11 e 12 mostriamo alcune viste 3d, chi conosce la zona di Trento e dintorni vedrà come il paesaggio simulato è molto simile alla realtà.

Fig11: vista da Gardolo verso Calmuz, si possono riconoscere il Monte Calisio, la collina di Martignano, la Marzola e il Celva

Fig12 : vista da Calmuz verso Cirè, si riconosce molto bene il monte Celva, la valle dei Mocheni, la Panarotta.

E' inoltre possibile generare una vista tridimensionale impostando altri parametri, vi mostriamo un esempio in fig13.

In fig13 visualizziamo la valle dell'Adige dalla cima Paganella e i client della nostra rete.

Un'altra funzione interessante è la copertura visiva da un punto, come si vede dalla fig14. Radiomobile offre un sacco di altre funzioni interessanti e supporta la visualizzaione di stazioni APRS. Noi non intendiamo proseguire con le spiegazioni per lasciarvi provare a scoprire questo fantastico programma!

Il suddetto articolo è stato tratto in parte dal seguente sito web, www.quantotira.it