WIRELESS: TECNICHE DI COMUNICAZIONE

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1 Autore: Classe: Michele Naso QUINTA INFORMATICA (5IA) Anno scolastico: 2003/2004 Scuola: Itis Euganeo WIRELESS: TECNICHE DI COMUNICAZIONE Dispensa Il presente lavoro vuole mostrare le tecniche di codifica di linee che vengono utilizzate nella comunicazione Wireless e utilizzati negli attuali standard de jure come IEEE e de facto come IRDA e Bluetooth.

2 Tecnologia Wireless Verso la metà degli anni 80 la Federal Communication Commitee (FCC) ha liberato, concesso l uso gratuito, le frequenze delle bande Mhz ; 2,4-2,483 Ghz e 5,725-5,850 Ghz. con il solo vincolo di produrre apparati elettronici con una potenza massima limitata a 1 W in USA, 100mW in Europa e 10 mw in Giappone. Da quel momento le aziende del settore informatico e della telefonia mobile hanno iniziato a sviluppare sistemi e a fornire servizi che utilizzano l aria come mezzo di trasmissione delle informazioni con il conseguente abbandono dei cavi come mezzo di trasmissione e collegamento tra i dispositivi. Le suddette bande sono più note, rispettivamente, con le sigle ISM#1, ISM#2 e ISM#3 perché prima della liberazione delle frequenze erano state licenziate per applicazioni industriali, scientifiche e mediche (il carattere # si legge numero ). I principali vantaggi della tecnologia wireless, oltre a quello di liberarci dai cavi, sono di: Essere facilmente installabili; Essere facilmente configurabili; Essere economicamente più convenienti; Installare reti di calcolatori in palazzi che non si possono cablare; Permettere di collegare stazioni mobili alla rete aziendale per esempio, in una scuola, utilizzando Notebook collegati in wireless alla rete d istituto si possono creare degli Internet point nelle classi; Installare reti mobile (WLAN, wireless area network) molto utili in ambienti ospedalieri, bar, ristoranti, hotel, magazzini dove il personale non sta fisso in un posto. Collegarsi autonomamente in Internet grazie ai Notebook e ai telefoni cellulari. Crearsi una Wpan (Wireless Personal Area Network) collegando in rete tutti i dispositivi personali come cellulari, cuffie, notebook e così via. Al fine di promuovere e sviluppare il wireless sono nati dei consorzi che hanno creato degli standard de facto come IrDA (Infrared Data Association) che promuove la tecnologia degli infrarossi che lavora nella banda ISM#1, il SIG (Special Interest Group) che promuove la tecnologia Bluetooth e che utilizza la banda ISM#2 per i collegamenti di corto raggio integrando la fonia con i dati, e gli standard de jure proposti dal WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) e approvati dal comitato IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) con le sigle IEEE a, IEEE b, IEEE g più noti con le sigle WiFi (wireless fidelity) che utilizzano la bande ISM#2 e ISM#3 per collegamenti su distanze di raggio massimo intorno ai 500 mt. IrDA La tecnologia dell infrarosso usata da tempo nei telecomandi per comandare televisori, impianti HiFi, videoregistratori etc.., applicata da circa 10 anni nel campo dell informatica per collegare un computer con stampanti, mouse, modem e così via, adesso è utilizzata anche per fare comunicare PC tra loro, PC con cellulari, Notebook con PC e Notebook con cellulari e così via.. Lo standard utilizza le onde elettromagnetiche che hanno lunghezza d onda variante da 0,85 a 90 µm con una potenza minima di 40 mw e massima di 500 mw. I collegamenti a IR sono di tipo punto punto e trasmettitore e ricevitore si devono vedere (Line of Sight) perché gli infrarossi non sono in grado di superare gli ostacoli. Per quanto detto le distanze raggiungibili non vanno oltre i 2 metri con un BER (bit error rate) di 1 bit ogni 10* 9. Le velocità raggiungibili variano da 115,2 Kbps fino 4 Mbps ultimamente si sono raggiunte velocità di 16 Mbps. Itis Euganeo- Naso Michele a.s /7

3 I dati da trasmettere vengono organizzati in una struttura identica a quella del protocollo seriale asincrono con la differenza che invece di utilizzare una codifica NRZ utilizzano una diversa codifica è precisamente l 1 logico viene codificato con l assenza di impulso mentre lo zero logico viene codificato con un impulso della durata pari a 3/16 del bit time. Supponiamo di voler trasmettere il carattere A che è codificato in ASCII con il codice decimale 65 a cui corrisponde in binario a , se usassimo la frame seriale asincrona il carattere verrebbe trasmesso in accordo al seguente cronogramma: Start Bit Frame Seriale Asincrona Stop Bit mw CARATTERE t Bit Time Invece lo standard IrDA lo trasmette nel seguente modo Start Bit Frame IR Stop Bit 3/16 Bit Time mw CARATTERE t I vantaggi principali della trasmissione mediante infrarossi li possiamo così riassumere: Implementazione semplice e a basso costo Efficienza di trasferimento elevata Comunicazione a bassa potenza Elevata immunità alle interferenze elettromagnetiche Poiché sono consentiti solo collegamenti diretti nel campo delle reti di calcolatori la trasmissione mediante infrarossi può essere utilizzata solamente in una topologia ad anello con le stazione che si trovano nella stessa stanza. Itis Euganeo- Naso Michele a.s /7

4 Trasmissione Spread Spectrum (spettro espanso) Per raggiungere distanze più elevate, rispetto a quelle consentite dagli IR, si usa la trasmissione in RF (radiofrequenza). Le onde in radio frequenza sono in grado di attraversare gli ostacoli ma vengono da questi attenuate per cui le distanze raggiungibili dipendono dagli ambienti in cui si trovano i dispositivi. Se tutti gli apparecchi trasmettessero nelle bande lasciate libere avremmo notevoli interferenze. Al fine di evitare reciproche interferenze i sistemi che trasmettono nelle bande ISM usano tecniche di modulazione che hanno lo scopo di spalmare l energia di un segnale su una banda più ampia con l obiettivo di abbassarne l energia al di sotto del rumore di fondo in modo da ridurre le interferenze tra le apparecchiature oppure di cambiare continuamente e casualmente frequenza di trasmissione. Vengono utilizzate due metodi : DSSS DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum FHDD: Frequency Hopping Spread Spectrum La teoria delle telecomunicazioni ci dice che per trasmettere con una potenza inferiore a quella del rumore bisogna aumentare di molto lo spettro. P Segnale prima dell espansione Segnale dopo dell espansione Soglia del Rumore Questa tecnica nata in ambito militare, utilizza due particolari configurazione di bit,chipping sequence, da associare al bit da trasmettere. Due configurazioni utilizzate con le rispettive associazioni sono: 0 --> > In figura vediamo la forma del segnale associate alle chip sequence o spread code sopraindicate. Questa tecnica oltre ad abbassare il livello energetico del bit da trasmettere e ad aumentare conseguentemente lo spettro necessario, consente, utilizzando opportuni chip sequence, di trovare e correggere eventuali errori avvenuti durante la comunicazione f Itis Euganeo- Naso Michele a.s /7

5 Bit 1 Bit 0 Codice a 10-chip associato a 1 Codice a 10-chip associato a 0 La figura seguente mostra lo schema base della funzione svolta da un trasmettitore in DSSS Portante Messaggio da trasmettere Modulatore Segnale trasmesso Chip sequence Le WLAN utilizzano prevalentemente la tecnica DSSS Esistono diverse versioni dello standard che si differenziano per la velocità e per la banda utilizzata. Gli standard attualmente approvati utilizzano: Velocità massima Standard Approvati b a g 11Mbps 54Mbps 54Mbps Banda 2,4-2,497Ghz 5,15-5,875Ghz 2,4-2,497Ghz Dalla tabella possiamo ricavare che i dispositivi della versione b e g sono interoperabili dal momento che utilizzano la medesima banda mentre la versione a deve utilizzare solo dispositivi della categoria a. Sistemi che utilizzano la tecnica DSSS si dice che sono sistemi a spettro espanso (Spread Spectrum) perché utilizzano una banda più ampia rispetto a quella strettamente Itis Euganeo- Naso Michele a.s /7

6 necessaria. I sistemi che utilizzano la banda strettamente necessaria si chiamano sistemi a banda stretta (Narrow Band) Le reti che utilizzano lo standard x utilizzano una delle seguenti topologie: Ad-Hoc: le stazioni utilizzano un collegamento punto punto Infrastructured: Viene utilizzato un dispositivo ricetrasmittente AP (Access Point) con il quale tutte le stazioni sono in comunicazione Portal: Sono AP dotati di una scheda di rete wired per collegare stazioni mobili o l intera rete wireless alle reti wired FHDD In questa tecnica l espansione dello spettro si ottiene dividendo la banda ISM#2 in 79 canali da 1 Mhz ciascuno e trasmettendo il segnale, un impulso positivo per trasmettere 1 e un impulso negativo per trasmettere 0,associato ad ogni bit su una diverso canale scelto utilizzando un algoritmo casuale.la sequenza casuale dei canali è nota solamente al trasmettitore e al ricevitore. Il numero dei salti al secondo è Questo metodo non amplia lo spettro del segnale se si considera un singolo bit ma lo estende se si considera un intero carattere. Relativamente ad un singolo bit lo schema è a banda stretta mentre è considerato a spread spectrum si considera un intero carattere. Questa tecnica tende ad evitare il disturbo. Le comunicazioni che utilizzano la tecnica FHDD non sono in grado di autocorreggere un eventuale errore avvenuto durante al comunicazione Messaggio Frequenza del segnale trasmesso dwell t Canale 4 Canale 3 Canale 2 Canale 1 Il dwell (dimora) è il tempo di permanenza del trasmettitore in un canale. Il metodo FHDD è utilizzato nella tecnologia Bluetooth, il nome è derivato dal re vichingo Harald Blatand detto Bluetooth che nel X secolo unificò due paesi, allora, molto diversi come la Norvegia e la Danimarca convertendoli alla religione cristiana. Per analogia possiamo affermare che l obiettivo è quello di collegare apparecchiature dissimili diversamente destinate a restare isolate. Bluetooth, nata per collegamenti su breve distanza, in un raggio di dimensione massima intorno ai 100 mt e con velocità di trasmissione che arrivano ai 10 Mbps, permette di far dialogare e interagire apparecchiature disparate come cellulari, portatili, stampanti, impianti HiFi, cuffie, microfoni, palmari, agende elettroniche, videoproiettori,televisori, frigoriferi e così via, in modo da creare una Wpan o piconet. Bluetooh consente sia collegamenti punto-punto e sia collegamenti multipunto da un dispositivo verso altri dispositivi fino a un massimo di 8 con tendenza a portarli a t Itis Euganeo- Naso Michele a.s /7

7 16. Si possono collegare Wpan tra loro ottenendo delle Scatternet.A differenza dello standard IEEE x integra voce e dati. Se vuoi puoi inserire i seguenti schemi di collegamento dopo averli personalizzati Schemi di collegamenti: Collegamento diretto tra due Stazioni mobili WLan Collegamento diretto in configurazione ad anello WLan Collegamento con Access Point WLAN Collegamento con Portale WLAN Topologie Bluetooh Itis Euganeo- Naso Michele a.s /7

8 Titolo: Autore: Classe: Wireless: tecniche di comunicazione Michele Naso QUINTA INFORMATICA (5IA) Anno scolastico: 2003/2004 Scuola: Note legali: Itis Euganeo Via Borgofuro, 6 Via Borgofuro Este (PD) - Italy Telefono Fax Diffusione consentita con obbligo di citare le fonti

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