MONTI AZZURRI IN BANDA LARGA Dal Digital Divide all offerta del servizio

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1 MONTI AZZURRI IN BANDA LARGA Dal Digital Divide all offerta del servizio Cliente: Servili Computer, San Ginesio (MC) Problema: Opportunità di business come WISP in territori digitalmente divisi 1. ANALISI DI FATTIBILITA 1.1 Il territorio e la popolazione La comunità montana dei Monti Azzurri occupa un territorio collinoso e montano, di estensione pari a 500 kmq con una ridotta densità di popolazione. La popolazione residente è pari a persone distribuite in modo disomogeneo tra i 15 Comuni che la comunità montana rappresenta. Sebbene il primo stralcio di progetto prevedesse la copertura dell intero territorio grazie alla supervisione della comunità montana, nel corso dello studio di fattibilità si è deciso di dare maggiore importanza alla rapidità di avvio dei lavori approntando un progetto realistico con i soli Comuni maggiormente interessati e soprattutto completamente privi di qualsiasi collegamento a banda larga a basso costo. Il progetto nella sua veste definitiva prevede l intervento di copertura di 5 Comuni, in seguito analizzati in dettaglio. Comune Densità pop Superficie Min. Alt. Max Alt. Altit. Centro San Ginesio 48,9 77, Sant Angelo in Pontano 54,5 27, Gualdo 41,6 22, Penna San Giovanni 46,2 28, Monte San Martino 44,3 18, Belforte del Chienti 102,6 15, MEDIE 56,4 189, L orografia di questi Comuni presenta una situazione abbastanza complessa, con dislivelli medi tra i 300 e i 400 metri calcolati dalla zona centrale (ubicazione del municipio ed in Pagina 1 di 25 Tel

2 molti casi della base station) al punto più basso che si consumano tipicamente in distanze di 2/3 Km. Ciò che rende difficile la copertura del territorio è la sua irregolarità: valli e alture si susseguono senza tregua creando zone in visibilità diretta con diverse stazioni base ed altre in completa NLOS. Inoltre il passato di zona agricola ed il presente di zona agrituristica, rendono il paesaggio una costellazione di case sparse abitate da famiglie giovani che sempre più spesso lasciano il centro dei paesi, densamente popolati, alla popolazione più anziana. A lato di queste difficoltà intrinseche si affianca però una nota positiva: tutti i Comuni interessati hanno a disposizione nella zona centrale del paese delle alte strutture in muratura come ad esempio torri medioevali o serbatoi idrici, quasi sempre ad altitudini superori al resto delle abitazioni e visibili da gran parte del territorio. Per quanto riguarda la popolazione ed il tessuto aziendale, qui di seguito vengono presentati i dati relativi al censimento ISTAT del 2001 (gli unici a disposizione nel momento in cui lo studio di fattibilità viene effettuato): Comune Popolazion e Nuclei familiari Impres e Artigia ni San Ginesio Sant Angelo in Pontano PA Gualdo Penna San Giovanni Monte San Martino Belforte del Chienti TOTALE Si tratta quindi di Comuni sotto i 5000 abitanti, tutti facenti parte dell Associazione Nazionale Piccoli Comuni Italiani (ANPCI). Come visto in precedenza le attività sono per la maggior parte (90%) composte da 1-5 addetti, tipicamente nel settore del commercio e dei servizi ed in misura nettamente inferiore nella produzione, generalmente composta da artigiani. 1.2 Identificazione punti di appoggio Per definire al meglio le locations nelle quali vengono installate le base stations, non si può non tenere in considerazione delle informazioni stratificate sui seguenti livelli: l orografia del territorio, la sua densità demografia, l accessibilità alle strutture, l impatto ambientale. Nel caso specifico dei comuni dell entroterra marchigiano, una volta accettato e consolidato il concetto di bassa concentrazione demografica, è indispensabile verificare, Pagina 2 di 25 Tel

3 sulla carta, con l ausilio di programmi specifici ma soprattutto sul campo, quale supporto è possibile avere per superare le limitazioni date dalla tecnologia: la linea di vista tra master e slave. La prima attività da compiere risulta quindi quella di un ispezione del territorio: naturalmente in base alla estensione da coprire vengono effettuati sopralluoghi più o meno particolareggiati, tipicamente partendo da locations conosciute e privilegiate (torri e tralicci di telecomunicazioni preesistenti, proprietà della pubblica amministrazione, etc ). Da questi siti è possibile riconoscere la copertura visiva che si può ottenere e che in genere risulta essere pressoché identica alla copertura elettromagnetica. Fotografie, punti GPS, rilevamenti su presenza di corrente elettrica, proprietà del terreno sono solo alcuni delle caratteristiche da analizzare per ogni singola postazione. Attraverso programmi di previsione della propagazione del campo elettromagnetico è possibile definire con buona approssimazione le zone di copertura raggiungibili da una base station posta in un certo punto GPS ed in eventuale sovrapposizione con altre stazioni base. 1 Studio della rete con radiomobile Radio Mobile Freeware by VE2DBE, è un programma di Radio Planning gratuito, sviluppato da Roger Coudé ed utilizzato da radioamatori e da professionisti delle Innext Solutions s.r.l. Tel Pagina 3 di 25 Tel

4 radiofrequenze. Il programma permette l utilizzo di mappe altimetriche georeferenziate (tipicamente SRTM) su cui andare a posizionare gli apparati radio di riferimento e le rispettive antenne. E possibile creare diverse tipologie di apparati (units) e diverse tipologie di reti. Per ogni unità sono attivabili funzioni di previsione di copertura del segnale irradiato e funzioni di calcolo di visibilità elettromagnetica ed ottica. Una volta posizionate le unità è possibile avere un quadro completo delle misure ottenibili sia per la rete di backbone che per la copertura di distribuzione. Qui di seguito esempi di misurazioni di tratta con valori di potenza ricevuta, distanza ottica, perdita di propagazione. I grafici di copertura per bts vengono generalmente effettuati con l utilizzo di antenne omnidirezionali, anche se in nell installazione reale vengono utilizzate antenne direzionali con apertura di 90. Per la realizzazione della rete dei Monti Azzurri si è quindi convenuti ad utilizzare alcune postazioni di proprietà della pubblica amministrazione, tipicamente le torri civiche presenti nel centro storico dei comuni: costruzioni alte fino a 30m dal suolo, e di solito nel punto più alto del paese, riescono da sole a coprire visivamente il 70% della popolazione e fare da nodi principali della rete. Questo ha portato, grazie al benestare della PA, all utilizzo di queste strutture per l installazione delle BTS, offrendo così una soluzione a tre problematiche: - Evitare l installazione di tralicci nuovi (costosi) - Evitare l affitto di strutture private (che aumentano le spese di gestione) - Avvicinare fisicamente le BTS agli utenti (ed offrire maggiore segnale ricevuto) ma creando i presupposti per un nuovo problema: l impatto ambientale. 2 antenna client non mimetizzata Obiettivo perseguito è stata quindi la mimetizzazione degli apparati, atta a ridurre al minimo l impatto ambientale e visivo delle installazioni sul paesaggio medioevale. A questo scopo sono stati utilizzati degli appositi smalti bronzati e ocra su antenne scelte per le dimensioni contenute. Pagina 4 di 25 Tel

5 La copertura di zone non direttamente raggiunte dalle stazioni principali è stata possibile da alcuni punti di appoggio utilizzati anche da operatori mobili, in corrispondenza di alture strategiche ed ospitati da serbatoi e partitori idrici della locale azienda di servizi. In alcuni casi è stato necessario appoggiarsi ai tetti di alcune costruzioni private per assicurare la copertura a piccole frazioni o raggruppamenti di abitazioni. 2. ANALISI DELLE PRESTAZIONI NECESSARIE 2.1 Servizi e numero utenti previsti Il servizio di accesso Internet deve essere progettato per allinearsi alla concorrenza di fascia elevata: bassa latenza, basso livello di jitter, alto throughput garantito, disponibilità elevata del servizio, gestione trasparente tramite portale Web. L obiettivo è quello di rendere in proporzione meno pesante il costo d investimento da parte dell utente per l acquisto dell apparato RadioLAN, innalzando la qualità media del servizio e quindi i costi di abbonamento. Inoltre i numeri che il territorio offre fanno pensare ad una barriera d ingresso molto alta nei confronti di un possibile secondo operatore WISP di zona che, debole del ritardo acquisito, non riuscirebbe a rifarsi dei costi di progetto. Questa situazione si manterrà fino all arrivo di nuove tecnologie quali il Wimax, previste a fine Nelle prime fasi di marketing l unico competitor (ma a banda stretta ) risulta essere il servizio offerto attualmente da Telecom e Infostrada di connettività ISDN flat a 128kbit/sec, cioè connessione ad Internet tramite linea telefonica digitale con collegamento senza limiti in abbonamento mensile. Studi effettuati sui dati ISTAT e sui dati di diffusione della banda larga (Between) in Italia hanno portato alla stesura della seguente tabella di target: Comune Famiglie Imprese Artigiani PA TOTALE %Pop San Ginesio ,3 Sant Angelo in Pontano ,0 Gualdo ,5 Penna San Giovanni ,1 Monte San Martino ,4 Belforte del Chienti ,5 TOTALE ,3 Pagina 5 di 25 Tel

6 Per gli artigiani è stata definita una percentuale di penetrazione pari a quella delle famiglie (si tratta tipicamente di attività famigliari) pari al 15%; le imprese si attestano sul 35% mentre le PA arrivano fino al 60%. In totale è possibile prevedere circa 600 utenze, divise in 450 utenze Home e 150 utenze Business. Il target da raggiungere è stato valutato nel 50% del totale, cercando di tenere conto della realtà dell entroterra marchigiano, della novità del servizio wireless in contrapposizione di quello più pubblicizzato via cavo, e non ultimo degli alti costi di attivazione per l utente. I clienti target sono le pubbliche amministrazioni, le aziende ed i privati, ai quali verranno offerti prodotti simili ma con tagli di banda secondo i propri bisogni. Il mercato della banda larga in Italia offre abbonamenti flat senza limiti di traffico, a disposizione 24h al giorno con throughput asimmetrico in download e upload e banda minima garantita spesso tendente a zero. Sono quindi previsti 4 piani di abbonamento, due per le aziende e altrettanti per le famiglie: Home Home+ Business Business+ Download kbit/sec kbit/sec kbit/sec kbit/sec Upload kbit/sec kbit/sec kbit/sec kbit/sec BMG - 50 kbit/sec - 50 kbit/sec - 80 kbit/sec kbit/sec Le considerazioni appena descritte vanno ad influenzare pesantemente la progettazione della rete soprattutto nella valutazione del numero di AP sufficiente a garantire la copertura radio in ogni suo punto (coverage planning), a gestire la capacità prevista in termini di utenti simultaneamente connessi (capacity planning) e infine a offrire prestazioni in termini di throughput conformi alle specifiche di progetto sull intera area coperta (performance planning). Capacità minima gateway per rete pubblica La formula utilizzata per calcolare il throughput minimo da garantire per l accesso ad Internet della rete ha tenuto conto della qualità che si vuole dare al servizio: invece di considerare come BMG all utente il valore di (450*50+150*120)/600 = 67,5 kbit/s, cioè la media ponderata sul totale attivazioni previste, è stato previsto un valore medio di 100 kbit/s portando quindi a 30 Mbit la capacità minima necessaria di accesso alla rete pubblica. Inoltre tutto il traffico è convogliato attraverso quello che potrebbe trasformarsi nel collo di bottiglia della rete: il link tra Penna San Giovanni e Fermo: Pagina 6 di 25 Tel

7 3 link Fermo. Penna San Giovanni Questo link è lungo oltre 22Km e deve assicurare un throughput di 30Mbit netti: benché lo standard Hiperlan consenta i 54Mbit lordi su singola tratta, la perdita di potenza data dalla distanza impone l utilizzo di link multipli con aggregazione di banda e load balancing. Capacità dorsale backbone Considerando la maggior parte del traffico transitante sulla rete sulla direttiva cliente/gateway, e considerando sempre gli utenti di target e la relativa BMG, si è arrivati alla stesura della seguente tabella, riportante i dati minimi di banda necessari su singola tratta radio: Numero link Distanza Utenti passanti Throughput atteso Mbit/s Fermo PennaSG 1 22, PennaSG - Sant Angelo 2 5, ,8 PennaSG - Tennacola 3 5, ,8 Pagina 7 di 25 Tel

8 PennaSG - Gualdo 4 6, ,4 Tennacola NOC 5 5,30 8 Tennacola SanGinesio 6 5, ,2 Gualdo SanGinesio 7 4, ,2 SanGinesio Colle 8 5, ,8 SanGinesio Belforte 9 9, ,8 Belforte Belforte1 10 1, ,2 La banda minima per tratta è il valore necessario per progettare il link radio. Una volta calcolata la perdita dovuta al Path Loss, viene valutato quale livello di modulazione si rende necessario per garantire il giusto throughput; quindi, tramite la potenza minima necessaria collegata al livello di modulazione scelto, è possibile definire quale guadagno di antenna vada considerato per la tratta. Naturalmente questi calcoli vanno effettuati sui diversi apparati che si stanno valutando, in modo da definire il costo degli apparati radio della struttura. Attraverso il programma RadioMobile è stato possibile valutare la soglia di potenza netta ricevuta sulle tratte previste; 4 link budget del programma Radiomobile Pagina 8 di 25 Tel

9 Il termine Potenza Netta (dall'inglese power budget o link budget) indica semplicemente la somma algebrica dei guadagni e delle perdite di tutti gli elementi che compongono il sistema radio. Questo calcolo è necessario per assicurarsi di avere la necessaria potenza legale (cioè entro i limiti massimi impostati per raggiungere il risultato desiderato). Esaminando i singoli componenti del sistema wireless ed i loro valori tipici di potenza: Schema sistema Wireless Nello schema ciò che è rosso/arancio indica le perdite di potenza, ciò che è verde indica i contributi positivi (guadagni) alla potenza. Il sistema mostrato in figura è una schematizzazione grossolana, ma abbastanza vicina, di un sistema realmente reale. Gli elementi che compongono il sistema e che danno un contributo al margine di potenza (potenza netta sensibilità) sono i seguenti: Margine db = radio potenza dbm + guadagno antenne db - perdite cavi db - perdite connettori db - perdite propagazione db - sensibilità -db. [HAR07] Copertura Access Point La lista degli utenti attesi per ogni Access Point: Access Point Utenti / AP Penna SG 25 San Ginesio 90 Colle (SG) 15 Tennacola 30 Sant'Angelo 40 Gualdo 35 NOC 0 Belforte 30 Belforte1 35 Pagina 9 di 25 Tel

10 evidenzia le caratteristiche di traffico che gli apparati devono supportare, sia a livello di banda che di numero di accessi e di sessioni contemporanei. Gli access point sono generalmente presentati dai produttori con capacità fino a 255 utenti contemporanei e possono gestire fino a 30Mbit netti di throughput, dati che portano a sperare che il numero di POP considerati sia sufficiente. 5 copertura rete Monti Azzurri La copertura, calcolata dal programma RadioMobile, risulta essere più del 90% dei territori dei comuni interessati; risulta inoltre evidente anche la copertura di alcuni paesi confinanti. I diversi colori stanno ad indicare i diversi livelli di segnale raggiunti da una CPE con guadagno d antenna di 22dBi. Ad ogni colore è associata una diversa modulazione di trasmissione, un diverso codice di linea e quindi un diverso throughput, da 54Mbit a 1 Mbit lordi. Pagina 10 di 25 Tel

11 3. APPARATI RADIO ROUTER E CONFIGURAZIONI 3.1 Dalla tecnologia alle caratteristiche di targa Gli studi e le previsioni fin qui presentati hanno portato alla definizione di alcune caratteristiche e funzionalità vincolanti per la realizzazione del progetto. Dal punto di vista puramente tecnologico la soluzione ideale consisterebbe nell utilizzo della tecnologia Hiperlan/2 per la rete di backbone e Wifi per la rete di distribuzione: la divisione dei due livelli di rete in bande di frequenze differenti avrebbe un immediato riscontro nella minore possibilità di interferenze tra gli apparati, oltre a permettere di sfruttare al meglio i due standard. Hiperlan verrebbe utilizzato laddove le caratteristiche di alto throughput ed la maggiore potenza trasmessa risultano essere indispensabili, cioè su link di backhauling per lunghe distanze e ad alta capacità. La rete di distribuzione in Wifi permetterebbe, dall altra parte, una possibile integrazione con una vasta serie di dispositivi di accesso a basso costo: lo standard è oramai presente nella maggior parte dei notebook; access point da interni con funzionalità client vengono venduti sugli scaffali di tutti i distributori di informatica; anche molti cellulari hanno adottano questa tecnologia. In pratica il wifi permetterebbe grossi risparmi nei dispositivi di accesso e possibilità di fruire della rete in nomadicità (la mobilità non è prevista dalla legge). I problemi legati a questa soluzione dipendono però proprio dai suoi pregi: la banda a 2,4GHz risulta in molti casi satura o comunque molto rumorosa a causa dei tanti e diversi dispositivi che ne fanno uso (Bluetooth, formi a microonde, comandi a distanza e anche molti telefoni cordless utilizzano questa banda ISM); inoltre le basse potenze erogabili (100mW) permettono un raggio di copertura di qualche decina di metri, nei casi migliori un centinaio, con antenne a basso guadagno, rendendo quindi la copertura wifi fruibile solamente in prossimità delle stazioni base. Dando quindi per certo che l accesso privilegiato alla rete avverrebbe comunque da postazioni fisse con antenne esterne montate on the roof, e soprattutto grazie ad una ricerca di mercato che ha portato a trovare degli apparati CPE (Customer Premise Equipment) Hiperlan a costi paragonabili al Wifi, si è optato per una soluzione a singola tecnologia per i tre strati della rete. Si è quindi proceduto alla realizzazione dello strato di backbone e di distribuzione, così come da studio preliminare, ottenendo un network di oltre 70 Km di link radio in configurazione punto-punto, 9 punti di accesso Hiperlan con una copertura teorica di oltre 150 Km 2 ciascuno ed una copertura totale del territorio di circa 250 Km 2 per una popolazione di meno di abitanti. In totale sono stati previste oltre 30 interfacce wireless per permettere la trasmissione radio. Pagina 11 di 25 Tel

12 Per quanto riguarda l interconnessione alla rete pubblica per motivi organizzativi è stata scartata nella fase iniziale la possibilità di realizzare un Autonomous System. Questo avrebbe garantito alla rete la continuità di servizio in caso di guasto ad un gateway in quanto gli indirizzi IP pubblici sarebbero stati gestiti direttamente dai router di frontiera attraverso protocollo BGP, spostando il traffico, in base alle esigenze, sul link Internet disponibile. D altra parte il peer multiplo non è semplice da preparare, soprattutto in una zona digitalmente divisa, in cui mancano accessi con ampie disponibilità di banda e a costi accessibili. L alto valore di throughput necessario e la scarsa disposizione di fibra nel territorio hanno portato a valutare diverse soluzioni, fino alla sottoscrizione di un contratto di fornitura con Interoute, direttamente presso il loro NOC (prima semplice punto di rigenerazione del segnale) di Fermo con garanzie di scalabilità fino a 155Mbit di accesso IP in fibra ottica direttamente dalla dorsale. Interoute si occupa direttamente anche della fornitura di blocchi di indirizzamenti IPv4 e della loro gestione sul router di accesso, un Cisco Progettazione della BTS Semplificando il sistema ai componenti principali, ogni Base Station è composta da una scheda madre con velocità di clock comprese tra i 275MHz e 1GHz, un disco a stato solido contenente il software di routing, una o più schede wireless minipci multistandard (802.11a/b/g e Hiperlan) con le relative antenne. Indispensabili sono i case da esterni, meglio se certificati IP65 o IP67, e l alimentazione PoE (Power over Ethernet) in bassa o alta frequenza. Posizionamento delle antenne Le antenne utilizzate nei collegamenti punto-punto per il backbone sono di tipo a pannello con guadagni da 23 a 28 dbi; per la distribuzione antenne settoriali da 90 con guadagni di 17 dbi. 6 antenne a pannello settoriali Pagina 12 di 25 Tel

13 In generale è bene seguire alcune regole di base per il posizionamento corretto delle antenne: Pianificare attentamente le frequenze, massimizzando il riuso per la copertura di settori opposti o per link punto-punto lontani Utilizzare polarizzazioni opposte per link sulla stessa direttiva 7 uso di frequenze e polarizzazioni negli AP Installare le antenne ad una certa distanza una dall altra e mantenere sempre almeno 1 metro di distanza dalla superficie riflettente più vicina (tetto, muro, etc ) Utilizzare cavi d antenna corti: le attenuazioni del segnale su cavi di buona qualità sono nell ordine di 0,3 db/m Fissaggio dei connettori tramite nastro auto vulcanizzante per impedirne la corrosione Mantiene un arco di visibilità di circa 3-5 attorno all'antenna per garantire LOS Pulizia almeno annuale delle antenne da sporcizia in genere Impiegare antenne direttive per limitare le interferenze e aumentare il guadagno in ricezione della radio: aumenta la portata dell'apparato. Oltre i 2 km diventano importanti gli effetti nella zona di Fresnel In primo luogo occorre evitare che qualche ostacolo attraversi la LOS. Pagina 13 di 25 Tel

14 8 propagazione NLOS Una volta garantita la linea di vista va considerato l effetto dell elissoide di Fresnel. Se un oggetto solido, come una catena montuosa o un palazzo, penetra nella zona di Fresnel può modificare il segnale stesso deviandolo (riflessione) e/o attenuandone la potenza (assorbimento, cammini multipli). Le dimensioni della zona di Fresnel variano in funzione della frequenza e del percorso del segnale. 9 propagazione quasi NLOS Come mostrato dalla figura sopra, quando un oggetto solido (collina, palazzo, ecc.) penetra nella zona di Fresnel (pur non attraversando la LOS), fenomeni di diffrazione possono deviare parte del segnale. Nella pratica è sufficiente che il 60% di questa zona sia libero da ostacoli. Il calcolo della zona di Fresnel è usato per dimensionare l'altezza dell'antenna. 10 propagazione LOS Il 60% del raggio massimo della zona di Fresnel (nel punto medio della tratta) per varie distanze e frequenze può essere dedotto dalla seguente tabella: 11 Ellissoide di Fresnel Pagina 14 di 25 Tel

15 Dist. (km) Raggio (m) a 2.4GHz Raggio (m) a 5.4GHz Una volta definiti macroaggiustamenti, si controllano i parametri della trasmissione, soprattutto segnale ricevuto e rapporto segnale rumore (SNR) e si cerca di ottimizzare il link. Tipicamente l'effetto delle riflessioni si manifesta e si nota con un decadimento delle performance ingiustificato, soprattutto quando il segnale misurato al ricevitore (RSSI) è apparentemente forte ed entro i margini dichiarati dal costruttore. Per minimizzare le riflessioni è possibile intervenire sulla fase del segnale riflesso, cercando di renderla quanto più vicina a zero per allontanarsi dall interferenza distruttiva. Non potendo agire direttamente sulla fase del segnale già ricevuto (gli apparati radio hanno in ogni caso algoritmi di correzione automatica della fase e/o di ricostruzione del segnale), si agisce sul posizionamento spaziale delle antenne, un parametro già utilizzato nelle tecniche di ricezione in diversità di spazio (space diversity) e che nel caso di onde centimetriche si può sfruttare facilmente. In sintesi le operazioni di correzione sono le seguenti: spostare le antenne, avvicinandole o allontanandole dal culmine del tetto o aggiustando l'elevazione di entrambe: ciò può schermare efficientemente le antenne da un segnale riflesso per interposizione o eliminazione di un ostacolo riflettente come il tetto; regolare l'elevazione sul palo di una sola antenna, approssimativamente di 2.5/3 cm in alto o in basso rispetto alla posizione che dà problemi: ciò sposta la fase del segnale ricevuto di circa 180 gradi, producendo un'interferenza costruttiva anziché distruttiva (un'onda radio nella banda GHz, infatti, ha una lunghezza d'onda di circa 5.5 cm) Lo spostamento potrebbe anche peggiorare la situazione, e non è detto si debba spostare l'antenna esattamente di metà lunghezza d'onda. E' chiaro che non esiste un solo segnale riflesso, ma una moltitudine di segnali simili: dato che lo spostamento dell'antenna agisce per una sola onda riflessa alla volta, non è possibile risolvere totalmente un grave problema di riflessione. In pratica basta spostare l'antenna e vedere in tempo reale come cambiano le prestazioni del sistema. Apparati Outdoor Pagina 15 di 25 Tel

16 Definita la caratteristica di rete più importante, cioè il numero delle interfacce wireless da utilizzare come access point e bridge, si passa a definire la potenza di calcolo necessaria per singola stazione. In generale ogni scheda wireless porta con se un consumo di energia elettrica e soprattutto un consumo di potenza di calcolo, che dipende da molti fattori: dalla qualità del link, al numero di utenti collegati, alle funzionalità di livello più alto implementate sulla singola interfaccia. Tale consumo non è facilmente prevedibile e per questo motivo si è scelto di dimensionare gli apparati con l obiettivo del massimo risparmio economico. Esiste comunque un limite elettrico da tenere in considerazione: le schede wireless hanno potenze emesse che vanno da 100mW a 400mW (queste ultime vengono utilizzate negli access point con splitter a 4 vie per la realizzazione di 4 settori da 90 ) e consumi che vanno da 400mW a 1W. Su schede madri da 333 MHz è stato possibile impostare 2 configurazioni massime: 1 interfaccia Access point e 2 backbone oppure 4 interfacce backbone. Naturalmente queste configurazioni presentano come collo di bottiglia proprio la potenza di calcolo, che può essere eliminata andando ad aumentare il numero di schede oppure sostituendole con processori di maggiori prestazioni, fino all utilizzo di veri e propri pc. 12 interfaccia Wirelees mini PC Caratteristica da tenere sempre come prioritaria è la lunghezza contenuta dei cavi di antenna. E per questo motivo che si preferisce preparare dei radio router da esterni, eliminando qualsiasi componente in movimento quali hard disk o ventole e privilegiando schede madri con bassi consumi elettrici. Diventa inoltre di fondamentale importanza l enclosure dell apparato, che deve essere capace di proteggere la componentistica interna da temperature troppo alte o troppo basse, dall acqua e in alcuni casi da interferenze di altri apparati (ad es. su strutture di telecomunicazioni in condivisione sistemi trasmissivi per radio e televisioni); in genere si preferiscono case in alluminio. Alimentazione e continuità Come già detto gli apparati vengono alimentati in PoE (Power over Ethernet), cioè attraverso un cavo CAT5 che viene utilizzato l alimentazione tanto quanto per il trasporto dei dati. Questa caratteristica permette di tenere gli apparati di alimentazione anche a 80m Pagina 16 di 25 Tel

17 dalla BTS, permettendone l alloggiamento in ambienti più facilmente raggiungibili e protetti, tipicamente indoor. I radio router sono alimentati da corrente continua ma sono dotati di trasformatori. Nel caso di lunghezze di cavo del PoE superiori ai 15m si preferisce utilizzare alimentatori a 48v al posto dei 24v, per ridurre l attenuazione di corrente. Per quanto riguarda la continuità di alimentazione ove possibile vengono utilizzate batterie (attentamente dimensionate per sopperire a mancanza di corrente elettrica per il tempo desiderato) al posto di gruppi di continuità: questi infatti, benché più facilmente reperibili in commercio, perdono parte della loro capacità nella trasformazione della corrente da alternata a continua e viceversa. Dato il basso consumo degli apparati è facile garantire continuità del servizio per alcune ore ed è facilmente implementabile alimentazione tramite pannelli fotovoltaici. 4. CONFIGURAZIONE DI RETE Il software alla base dell architettura di rete, dalla gestione del livello fisico ad applicazioni di livello 4 e superiori della pila OSI, è RouterOS della Mikrotik, un sistema operativo interamente ideato per la realizzazione di reti IP su interfacce di diversa natura. Pagina 17 di 25 Tel

18 13 schermata di Winbox per la configurazione di RouterOS Questa sua caratteristica lo rende adatto all implementazione di potenti router cablati (per funzioni BGP, per aggregazione di banda, firewalling ) tanto quanto alla realizzazione di stazioni radio multi interfaccia con funzionalità mesh. 4.1 Strato Wireless Le interfacce wireless e ethernet vengono gestite direttamente dal pannello di controllo (tramite un software chiamato Winbox). E qui che vengono configurati i parametri per l emissione di potenze secondo la legge, la frequenza da utilizzare, le modalità di instaurazione del collegamento (AccessPoint-Client o Bridge-Client), le modulazioni preferite (per evitare il passaggio automatico a modulazioni non sostenibili), la sicurezza della trasmissione dati tramite crittografia. Sempre in questa sezione viene data la possibilità di scegliere la larghezza di banda del canale (10, 20 o 40 MHz). Tutte queste configurazioni modificano caratteristiche del livello fisico e mac della comunicazione. Attraverso strumenti di diagnostica è possibile verificare lo stato del collegamento, funzionalità utile soprattutto durante il puntamento delle antenne e per monitorare lo stato di salute del link. Pagina 18 di 25 Tel

19 Lo strato wireless è il livello minimo di configurazione della rete: è necessaria l ottimizzazione di ogni sua parte per garantire il corretto funzionamento di ogni funzione aggiuntiva a livello superiore. Sicurezza Per evitare l intercettazione dei dati che attraversano l etere, è stato impostato un livello di sicurezza sulle tratte wireless garantito da i. Questo standard, adottato dalla Wi-Fi Alliance sotto il nome di WPA2, venne ratificato il 24 Giugno del Analogamente al suo predecessore, WPA2 richiede EAP e 802.1x per l autenticazione, per l accesso ad un server RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service) o, come nel caso in oggetto, ad una connect-list. La novità principale introdotta da i riguarda la privacy: infatti l algoritmo RC4, utilizzato nel WEP e nel WPA, è sostituito dal più sicuro AES (Advanced Encryption Standard). Questo secondo algoritmo esegue una crittografia su blocchi di dati anziché bit a bit, come avviene con il primo; ciò richiede una potenza elaborativa piuttosto consistente, per cui non è garantito che un dispositivo compatibile al WPA sia aggiornabile via software al supporto del WPA2. Viceversa, il WPA2 è interoperabile con il precedente protocollo. In conclusione, grazie soprattutto alla generazione dinamica e periodica di chiavi specifiche e uniche per ogni client, WPA2 fornisce il livello di sicurezza maggiore nelle reti wireless. Potenze emesse E fondamentale in questo passaggio regolare correttamente la gestione delle potenze per garantire i 30dBm e.i.r.p. di legge. Non esiste un metodo automatico per la regolazione della potenza da emettere: tutti i componenti passivi oltre l uscita della scheda wireless devono essere accuratamente controllati per calcolare l attenuazione del segnale prevista. Inoltre è necessario abilitare le funzionalità ATPC e DFS secondo normativa. 4.2 Routing Tra le tante possibilità offerte, si è scelto di rendere la rete wireless totalmente gestita con la tecnica di routing OSPF (Open Shortest Path First). Questo permette un popolamento dinamico delle tabelle di routing e rende quindi più semplice la scalabilità della rete. A discapito di questa semplicità di realizzazione si presenta l eccessiva semplicità di ricerca del protocollo, che non sempre garantisce la migliore gestione dei link. Pagina 19 di 25 Tel

20 4.3 Sicurezza: AAA Oltre alla necessità di proteggere il canale radio e l accesso alla rete, si impone l obbligo di definire con certezza quali tipi di servizio possono essere utilizzati. Per ottenere questa funzionalità è stato inserito un altro livello di sicurezza, il protocollo Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE). In generale questo protocollo viene utilizzato anche in sostituzione dell i, ma l utilizzo contemporaneo dei due protocolli permette di sfruttare le qualità di entrambi. I vantaggi dell i sono: crittografia hardware WPA2 (il PPPoE utilizza MPPE (Microsoft Point to Point Encryption) Non introduce overhead I vantaggi offerti dall utilizzo di PPPoE sono: Integrabilità con moltissimi apparati Possibilità di assegnare indirizzi IP Integrazione con server RADIUS Di fatto il PPPoE viene gestito dai Wireless Router, nei quali viene attivata la funzionalità di Access Concentrator. Questo servizio server si occupa di ricevere richieste di collegamento dai client e richiedere l autenticazione e l autorizzazione al server RADIUS. E in questa fase che vengono richieste all utente le credenziali di accesso (nome utente e password), tramite le quali viene associato al profilo di abbonamento posseduto e quindi ai servizi acquistati (dal trhoughput in download e upload alla gestione degli indirizzi pubblici). Il server RADIUS (realizzato tramite l applicativo OpenSource FreeRADIUS) si occupa della gestione dei profili e degli utenti, interfacciandosi operativamente con gli Access Concentrator verso la rete di accesso e con il database del portale online il controllo delle autorizzazioni legate all utente (con funzioni di accounting, ad es. gli utenti vengono automaticamente disabilitati se non in regola con i pagamenti). Il portale web si occupa di popolare lo stesso database attraverso le iscrizioni online, la ricezione dei pagamenti o le richieste di upgrade del servizio. Si occupa inoltre della fatturazione ricorsiva degli abbonamenti e della gestione dei rinnovi. 4.4 Client Le CPE utilizzate sono prodotte in Polonia dalla OsLink. Pagina 20 di 25 Tel

21 Sono apparati molto economici con throughput massimo di 6 Mbit/s, molto inferiore al massimo raggiungibile dalla tecnologia Hiperlan, ma di gran lunga superiore ai valori degli abbonamenti di accesso. 14 client Hiperlan Nonostante la loro economicità questi apparati possono funzionare in modalità router o bridge (portando l autenticazione PPPoE direttamente sulla rete del cliente; possono inoltre gestire Qualità del Servizio tramite livelli discreti di priorità; possono offrire semplici funzionalità di firewalling. Offrono inoltre un tool grafico per semplificare le operazioni di puntamento. 4.5 Monitoraggio SNMP e messaggi syslog Tutta la rete viene costantemente monitorata attraverso programmi SNMP (Simple Network Management Protocol). Il programma utilizzato è TheDude di Mikrotik. Questo software si integra nativamente con gli apparati gestiti da RouterOS e rende semplicissimo il monitoraggio attraverso la schermata in figura, in cui un colore differente dal verde indicherebbe un avviso di allerta sulla tratta o sull apparato: Pagina 21 di 25 Tel

22 15 The Dude programma di gestione SNMP L utilizzo di TheDude permette di effettuare assistenze immediate sulle macchine degli utenti, rendendo disponibili tutti gli strumenti per una facile rintracciabilità e accesso. Per quanto riguarda la sicurezza passiva, ogni macchina, comprese le radio degli utenti e il server RADIUS, invia messaggi di log ad un server Syslog: in questo modo viene tenuta traccia di tutti gli eventi che accadono sulla rete, dalle operazioni di manutenzione alle richieste di autenticazione degli utenti, agli accessi di ogni singolo indirizzo mac. E possibile pianificare operazioni automatiche alimentate da valori SNMP o dai messaggi di Log per una corretta manutenzione della struttura. 5. PRESTAZIONI DI COLLAUDO Il gap tra prestazioni teoriche e reali dipende da una serie di fattori, tra cui quelli elencati in seguito. Overhead: questo effetto è presente in tutti i protocolli di comunicazione. Infatti ogni livello del modello ISO/OSI introduce un certo numero di byte, dal livello applicativo fino a quello fisico. Questi byte aggiuntivi rappresentano degli overhead, poiché sono informazioni utili solo alla trasmissione dei dati, e non facenti parte degli stessi. Pagina 22 di 25 Tel