Capitolo 1 Sistemi wireless 1.1 Introduzione Fino a poco tempo fa, con il termine networking (comunicazione via rete) ci si è sempre riferiti ad un qualcosa che avveniva via cavo. Tuttavia, ad oggi, sono stati sviluppati nuovi standard che, oltre a rendere i sistemi di comunicazione wireless molto meno costosi, garantiscono semplicità di installazione e manutenzione. Ciò ha reso possibile la diffusione di questo tipo di comunicazioni nel campo professionale, domestico e dell elettronica di consumo. La tecnologia del wireless networking non rappresenta una semplice alternativa al cavo, ma mette a disposizione degli utenti tutta una serie di utili applicazioni prima impossibili da implementare. Inoltre il fatto di avere a disposizione degli standard, permette a dispositivi di diverse case di produzione di interagire tra di loro. La maggioranza dei prodotti wireless attualmente disponibili sul mercato sono soluzioni proprietarie specializzate che operano nelle bande di frequenza dei 900 MHz e dei 2,4 GHz. Al momento esistono alcuni standard wireless che coprono un numero sempre crescente di applicazioni, dalla telefonia (GSM, GPRS, UMTS, DECT, etc.) alle reti locali, denominate WLAN 1 (Bluetooth, HomeRF, 802.11, etc.). 1 Wireless Local Area Network
CAPITOLO 1 Si è appena parlato di reti, ma forse tale termine è un po' generico; si definiscono tre macro tipologie di reti all'interno delle quali trovano valida applicazione le tecnologie wireless: - PAN: Personal Area Network. Sono reti di dimensioni estremamente piccole; un tipico esempio è la connessione tra un notebook e una stampante o un PDA 2. In questo tipo di reti trova applicazione lo standard Bluetooth. - LAN: Local Area Network. Questa tipologia di reti connette tra loro PC, stampanti, unità di back-up e consente di condividere connessioni o altre risorse. E' generalmente cablata con tradizionali installazioni Ethernet. In questa tipologia di reti trovano larga applicazione i dispositivi Wi-Fi (Wireless Fidelity, altro nome dello standard IEEE 802.11b). - WAN: Wide Area Network. In questa tipologia rientrano reti di grandi dimensioni, a livello metropolitano. Di recente alcuni provider forniscono connettività wireless sfruttando l'utilizzo di prodotti Wi-Fi. Uno dei grandi pregi delle reti wireless, oltre alla loro scalabilità, è la loro grande flessibilità, sia come utilizzo (muovendosi nell ambiente di lavoro, si rimane comunque connessi alla rete), sia in termini di soluzioni disponibili. Figura 1.1: Esempio di rete wireless interfacciata su rete LAN Ethernet 2 Personal Digital Assistant 6
SISTEMI WIRELESS Una rete wireless (fig. 1.1) può essere un'estensione di una normale rete cablata che supporta, tramite un access point, la connessione tra dispositivi mobili (es. notebook, palmari, etc.) e dispositivi fissi (es. PC). In generale le architetture per sistemi wireless sono basate due tipologie di dispositivi : - Access Point (AP) ; - Wireless Terminal (WT). Gli AP sono bridge che collegano la sottorete wireless con quella cablata, mentre i WT sono dei dispostivi che usufruiscono dei servizi di rete. Gli AP possono essere implementati sia in hardware (esistono dei dispositivi dedicati) che in software, per esempio appoggiandosi ad un PC, oppure a un 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, apparecchiature che interfacciano lo standard IEEE 802.11 o sistemi consumer su tecnologia Bluetooth. Tra i possibili vantaggi offerti da una WLAN, è possibile elencare : - installazione più veloce e semplice rispetto alla stesura dei cavi di una rete cablata (canaline, etc.); - installazione flessibile; - mobilità con un accesso delle informazioni real-time ovunque ci si trova all'interno del network wireless; - scalabilità, consentendo variegate tipologie e possibilità di configurazione; - possibile riduzione dei costi in certe situazioni o a lungo termine. La copertura di una cella radio (fig. 1.2) varia da 20 metri a oltre 300 metri, in relazione alla tipologia degli ambienti e alla potenza di trasmissione, con una possibilità di collegamento di 250 utenze per AP, in funzione del modello e della tecnologia impiegata. La trasmissione e ricezione wireless opera con potenze da 1 mw fino a 100 mw. 7
CAPITOLO 1 Figura 1.2: Copertura cella radio Gli standard di comunicazione usati consentono ad un WT di inviare via radio all AP i dati che poi instraderà verso un'eventuale sottorete cablata o ad un altro WT. Ci sono molti usi dell infrastruttura wireless; di seguito sono elencati alcuni possibili scenari: - Ambiente domestico Negli ultimi anni ha avuto grande sviluppo il settore della domotica, cioè quella disciplina che si occupa dell automazione degli oggetti domestici, come elettrodomestici, videocitofoni o antifurti; particolare rilevanza stanno assumendo in tale ambito le comunicazioni wireless, come ad esempio i sistemi DECT, soprattutto per l eliminazione dei cablaggi. - Il piccolo ufficio In un piccolo ufficio una rete wireless può essere installata ed utilizzata in poche ore, contro i giorni che servono per cablare una rete standard. L installazione può essere fatta direttamente dagli utenti, in quanto gli unici dispositivi da configurare sono gli access point e le schede di rete wireless, che possono essere su bus PCI, su scheda PCMCIA (fig. 1.3) o dotati di interfaccia USB; ad oggi alcune motherboard presentano schede di rete wireless direttamente integrate on-board (tecnologia 802.11b). 8
SISTEMI WIRELESS Figura 1.3: Scheda di rete wireless PCI e PCMCIA - La media e la grande impresa Di solito nelle grandi imprese l infrastruttura di rete è basata su dorsali a 100-200 Mbps, ed è sempre più comune trovare tecnologie come Ethernet Gigabit per la connessione al server. In questi ambienti la rete wireless è comunque indicata per alcune zone degli uffici quali sale riunioni o sale convegni, dove l installazione di cavi può essere difficoltosa e, per motivi di sicurezza, non è indicato rilasciare accessi fissi alla rete. - Hotspots in aeroporti ed hotel Altro uso comune delle reti wireless è la creazione di punti di accesso all interno di strutture con un grosso movimento di persone, quali possono essere aeroporti ed hotel. In questi ambienti il sistema wireless viene installato e mantenuto da aziende commerciali che offrono tutta una serie di servizi (orari, prenotazioni, etc.). Gli utenti pagano l accesso alla rete e quindi ai servizi offerti. - Ambito industriale Ad oggi i sistemi wireless sono poco diffusi in questo ambiente, e solo la grande evoluzione avuta ultimamente dai sistemi standard e da quelli proprietari in termini di prestazioni e di affidabilità fa pensare che il prossimo futuro di questo tipo di applicazioni possa essere nel wireless. Un altro aspetto da considerare riguarda la privacy; per quanto concerne una rete cablata, i vari punti di accesso alla rete sono ben identificati e controllabili, mentre per 9
CAPITOLO 1 una WLAN ogni trasmissione può essere potenzialmente intercettata. Per evitare ciò sono stati perfezionati diversi metodi, tra cui i due principali sono: - l autenticazione, cioè un processo attraverso il quale è possibile verificare l identità del sistema remoto connesso allo scopo di prevenire eventuali intrusioni; questa tecnica si basa sulla distribuzione di chiavi; - il criptaggio, cioè la codificazione di una comunicazione in maniera che sia intelligibile soltanto al possessore della chiave di decifrazione e/o dell'apparecchiatura apposita. 1.2 Protocolli wireless Sul mercato esistono molti protocolli trasmissivi wireless, da quelli proprietari a quelli standardizzati in ambito internazionale. I sistemi proprietari vengono solitamente sviluppati e realizzati appositamente per una determinata applicazione, per cui possono essere ottimizzati a seconda delle necessità e quindi presentano prestazioni molto spinte (bassa potenza, bassi tempi di trasmissione, alti throughput, alta velocità ed elevata affidabilità); hanno però costi molto elevati, per cui sono destinati ad un mercato di nicchia. Un grande problema dei protocolli proprietari è l incompatibilità con prodotti di diversa provenienza: questo può comportare la morte di tali sistemi, a meno che riscontrino il favore del mercato. I sistemi standard invece sono più aperti e diffusi, hanno un minor costo a causa della concorrenze tra i produttori, ed hanno minori tempi di sviluppo. Come già detto questo va spesso a discapito delle prestazioni. Viene riportata ora una breve presentazione di alcuni sistemi standard di comunicazione wireless e di alcuni protocolli proprietari presenti sul mercato. 1.2.1 IrDA IrDA (Infrared Device Application) è uno standard punto-punto che lavora nello spettro infrarosso utilizzando una connessione ottica; pertanto richiede che non vi siano ostacoli tra i dispositivi in comunicazione, cioè si necessita della cosiddetta line of sigth 10
SISTEMI WIRELESS (LOS), ossia della visibilità diretta. Questo standard ha una velocità di trasmissione variabile tra i 9600 bps e i 16 Mbps, con un consumo medio di 100mW. La possibilità di essere implementato su chip a basso costo e il basso consumo sono caratteristiche che consentirebbero a questo standard di essere tra i più diffusi, non fosse per il corto raggio d azione e per la necessità di essere in visibilità tra trasmettitore e ricevitore. Figura 1.4: Dispositivo infrarossi Tra i dispositivi dotati di interfaccia IrDA figurano la maggior parte delle schede madre per PC desktop, computer notebook, stampanti, telefoni cellulari, modem e macchine fotografiche. 1.2.2 IEEE 802.11 Dal momento della realizzazione della prima LAN sperimentale all inizio degli anni 70 nel Centro di Ricerca Xerox di Palo Alto (California), Ethernet ha fatto molta strada e si è trasformato da singolo protocollo in una complessa famiglia di protocolli, definiti dall ente di unificazione IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) nell ambito della commissione 802.3, aumentando la velocità da 10 Mbps a 100 Mbps e poi a 1 Gbps, e utilizzando tutti i tipi di cablaggio: cavo coassiale, cavo telefonico e fibra ottica. Nel 1990, IEEE crea la commissione 802.11, che lavora sette anni per definire uno standard per le reti locali in radiofrequenza. Il 26 giugno 1997 viene finalmente approvato lo standard IEEE 802.11. Questo standard ha lo stesso significato e valore che IEEE 802.3 ha per il mondo Ethernet cablato e definisce come i nodi dialogano tra loro e con i punti di accesso (access point) alla rete cablata. 11
CAPITOLO 1 Le specifiche 802.11 riguardano i primi due livelli del modello di riferimento OSI, cioè il livello fisico e il livello data link (fig. 1.5), e si suddividono in 802.11b, 802.11g e 802.11a. Figura 1.5: Posizione di 802.11 nello stack OSI Lo standard IEEE 802.11 consente, oltre ad un interfaccia infrarossi, due possibili interfacce RF della categoria SSS (Spread Spectrum Signals), nella banda ISM (Industrial Scientific Medical) intorno a 2.4 GHz, che può essere usata senza richiedere una concessione specifica: - FHSS (Frequency Hopping Spread Specrtrum), dispersione di spettro a salto di frequenza; - DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), dispersione di spettro in banda base. Le tecniche SSS 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. L'uso dell'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. Nell'FHSS il segnale ad una data frequenza viene fatto "saltare" da una frequenza all'altra, distribuendosi su una una banda di frequenze. Il vantaggio di tale sistema è di offrire una grande immunità all'interferenza, ma solo quando il rapporto fra la larghezza di banda originale del segnale e la larghezza di banda del segnale di diffusione è molto 12
SISTEMI WIRELESS grande. Lo spectrum spreading consiste in una continua variazione di frequenza utilizzando una modulazione di frequency hopping. Gli hops corrispondono ai salti di frequenza (fino a 1600 al secondo) all'interno della gamma assegnata (2.402 GHz 2.480 GHz salti di 1 MHz, complessivamente 79 hops set, denominati canali). Il sistema FHSS risulta molto sicuro contro interferenza e l'intercettazione in quanto risulta statisticamente impossibile poter ostruire tutte le frequenze che possono essere usate ed implementare sistemi di filtri selettivi su frequenze diverse dalla frequenza del segnale. DSSS è una tecnologia di trasmissione a "frequenza diretta" a banda larga, in cui ogni bit viene trasmesso come una sequenza ridondante di bit. Tale metodo è indicato per la trasmissione e ricezione di segnali deboli, e consente l'interoperabilità con le 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, per cui ogni bit trasmesso viene disperso su una sequenza a 11 bit (sequenza Barker). I vantaggi che l'interfaccia DSSS assicura contro l'interferenza è piuttosto scarso. Questa limitazione riduce significativamente il valore di DSSS come metodo per resistere all'interferenza nelle applicazioni reali delle WLAN. 1.2.2.1 IEEE 802.11b Lo standard che più si sta affermando nella realizzazione di reti wireless fa riferimento all' IEEE 802.11b (denominato anche Wi-Fi ), entrato in scena nel 1997. Il protocollo IEEE 802.11b presenta le seguenti caratteristiche : - possibilità di variare la velocità di trasmissione dati per adattarsi al canale; - un data rate fino a 11 Mbps, con un throughput medio che va dai 4 ai 6 Mbps; - possibilità di scelta automatica della banda di trasmissione meno occupata; - possibilità di scelta automatica dell'access point in funzione della potenza del segnale e del traffico di rete; - possibilità di creare un numero arbitrario di celle parzialmente sovrapposte permettendo il roaming in modo del tutto trasparente; 13
CAPITOLO 1 - utilizzo della tecnologia WEP 3 per garantire sicurezza nello scambio di dati. A tale protocollo hanno sensibilmente contribuito alcuni marchi leader quali, ad esempio Cisco ed Apple (con il celebre Airport). Questo standard utilizza una modulazione DSSS, con uno spettro di frequenza di circa 850 MHz nella banda dei 2.4 GHz; i prodotti che supportano tale standard hanno emissioni pari a 15 dbm, potenza che garantisce una portata di circa 30 m in condizioni reali (in condizioni ideali, cioè senza ostacoli e con antenne allineate si possono raggiungere i 75 m). Purtroppo, trattandosi di trasmissioni RF non è possibile definire una portata precisa, in quanto le variabili in gioco sono molte: pareti, interferenze e riflessioni (anche se il deficit prestazionale creato da queste ultime è ridotto dalla particolare modalità di trasmissione). Ulteriore caratteristica prevista dal protocollo prevede che al degradare del link tra access point e dispositivo remoto (o tra due card in reti ad hoc) la velocità di trasferimento venga ridotta (gli step sono: 11 Mbps, 5,5 Mbps e 2 Mbps). Da posizioni particolarmente "infelici", pur continuando ad essere connessi, le prestazioni subiranno un notevole degrado. La sicurezza in una rete wireless assume un'importanza strategica; se, infatti, in una rete Ethernet cablata in rame un buon firewall può alzare il livello di sicurezza a valori accettabili, così non è in una rete in cui le informazioni vengono scambiate con l'uso di onde radio. Qualunque dispositivo all'interno della portata dell'access point o dei dispositivi dotati di wireless card, può teoricamente connettersi alla rete. Per garantire la sicurezza delle LAN wireless è stato introdotto il protocollo protocollo WEP, che prevede l'autenticazione (come in una normale Ethernet), ma anche l'utilizzo di una procedura di criptaggio. L'utente ha la possibilità di impostare una chiave personale, oppure può far generare la chiave in automatico. La chiave può essere a 64 o 128 bit (quest'ultima opzione è disponibile solo nei dispositivi di ultima generazione). Probabilmente molte novità in termini di sicurezza arriveranno con il protocollo 802.11i (attualmente in via di studio e di cui trapela molto poco). 3 Wired Equivalent Protocol 14
SISTEMI WIRELESS 1.2.2.2 IEEE 802.11a Lo standard 802.11a usa una nuova banda di frequenze libere e aumenta il throughput fino a 54Mbps, ma più realisticamente permette di ottenere veolocità comprese tra i 20 e i 25 Mbps in condizioni di traffico normale. Gran parte dell incremento proviene dall utilizzo della tecnica di modulazione OFDM (Ortogonal Frequency Division Multiplexing). Questo standard utilizza la banda di frequenze UNII (Unlicensed National Information Infrastructure), che è collocata in tre segmenti di frequenza non contigui: - UNII-1 attorno ai 5.2 GHz; - UNII-2 attorno ai 5.7 GHz; - UNII-3 attorno ai 5.8 GHz. Un errore comune è quello di pensare che l 802.11a venga prima dell 802.11b, ma non è così: mentre 802.11b rappresenta una seconda generazione del wireless networking, 802.11a rappresenta la terza. Questo standard consente di comunicare, in un normale ambiente d ufficio, fino a 25m di distanza alla massima velocità. 1.2.2.3 IEEE 802.11g Il nuovo standard IEEE 802.11g, conosciuto anche come 802.11b-extended, è già un successo, visto che ha conquistato il 17% del mercato in pochi mesi. Questo standard coniuga la compatibilità con 802.11b alle prestazioni dello standard 802.11a, con il quale però non è compatibile; utilizza il medesimo spettro di frequenze del 802.11b ma con una modulazione OFDM (Orthogonal Frequency division Multiplexing) come 802.11a. La sua compatibilità all indietro con 802.11b implica che, se un dispositivo mobile 802.11b incontra usa un access point 802.11g, si riconosceranno ma utilizzeranno la velocità dell 802.11b. 15
CAPITOLO 1 1.2.2.4 Mercato 802.11 L avvento del protocollo 802.11b ha provocato un boom nel mercato wireless; in particolare, con una mossa di puro marketing, è stata coniata la denominazione Wi-Fi (Wireless Fidelity) per questi prodotti, per richiamare la sigla Hi-Fi. Ecco alcuni dei prodotti disponibili sul mercato: - CISCO Aironet Serie 350 Prodotto di alta fascia pensato per grandi aziende, questo AP presenta una notevole facilità d uso, aggiornamento del firmware tramite una apposita utility, programmi di monitoraggio e configurazione completi. Presenta la funzione di standby, ha una media di 6.28 Mbyte/s e codifica wep a 128 bit. - Lucent Orinoco AP-100 E l ultima evoluzione della famiglia Lucent, possiede un interfaccia semplice, supporta due schede PcCard usate per la parte radio, e possiede strumenti di diagnostica ottimi. L AP è dotato di interfaccia ethernet 10/100: in termini di prestazioni raggiunge i 4.24 Mbyte/s. Figura 1.6: Lucent Orinoco AP-100 - Ericsson Wireless LAN 11 Mbps DSSS Usa lo stesso hardware dei prodotti di Intel e 3Com, ossia il chipset della Intersil - Intel PRO/Wireless 2011 LAN PC card Supporta Windows 95, 98, 2000 e NT, presenta la possibilità di aggiornare il firmware, fornisce in tempo reale un segnale di stima della qualità del segnale, 16
SISTEMI WIRELESS possiede un antenna non estendibile integrata. Ha dimensioni di 11.02 x 5.66 cm, con peso di 45.3 g. Permette di raggiungere distanze di 460 m in ambiente aperto e 90m in ufficio a 1 Mbps, mentre a 11 Mbps raggiunge 120 m e 30 m rispettivamente. Presenta consumi di potenza dell ordine dei 300 ma in trasmissione e 10 ma a riposo. - Intel PRO/Wireless 2011 LAN access point Questo dispositivo ha dimensioni di 4.5 x 15.2 x 21.5 cm e pesa 500g. Presenta un connettore seriale e un RJ45 per rete 10BaseT. Per incrementare la distanza di trasmissione, utilizza due antenne, che possono essere orientate. Viene usato in combinazione con le PC card Intel PRO/Wireless 2011 LAN PC card inserite in computer. - 3Com AirConnect 11 Mbps Wireless LAN access point Supporta fino a 63 utenti contemporaneamente in un raggio di 100 m, a velocità fino a 11 Mbps. - D-Link DWL-1000AP Rivolta ai piccoli uffici o agli utenti privati, fornisce anche un adattatore USB che permette di creare un intera WLAN casalinga. Il tool di gestione dell AP consente di gestire più access point contemporaneamente. - LinkSys Instant Wireless WAP11 E una soluzione economica, anche e il suo contenuto tecnologico è di tutto rilievo. Si può scegliere tra diversi access point, una scheda di rete wireless e un adattatore per bus PCI, in modo da connettersi a un desktop. - Moduli Sharp Sharp, che fa parte del consorzio Wi-Fi, ha realizzato prodotti seguendo el normative IEEE 802.11b. Sono disponibili i moduli DC2A1AZ014 per il montaggio su schede, e le PcCard DC2B1AZ015, da inserire direttamente nel notebook. 17
CAPITOLO 1 1.2.3 Bluetooth Nel febbraio 1998, Ericsson, IBM, Intel, Nokia e Toshiba annunciano, in collaborazione con altri produttori, la nascita del gruppo di interesse (SIG), cioè il Bluetooth Special Interest Group", per sviluppare un collegamento universale senza fili per telefoni, computer tascabili, scanner, stampanti, PC, fax e altri apparecchi portatili. Bluetooth è il nome di progetto di una specifica aperta per un collegamento radio voce-dati full duplex a corto raggio con velocità di trasmissione di 1 Mbps, che raddoppierà con la seconda generazione. Concepita inizialmente come un modo per sostituire i cavi di collegamento tra PC, telefoni e altri dispositivi elettronici, la tecnologia Bluetooth si afferma come una rete locale in grado di configurarsi automaticamente man mano che si presentano nuovi dispositivi nell area di copertura, creando una PAN 4, formata da PDA, PC, telefoni cellulari, periferiche e altri dispositivi. L'idea originale viene concepita da Intel, che lancia nel 1996 la Mobile Data Initiative (MDI), con l'obiettivo di migliorare i sistemi di comunicazione dati via etere per gli utenti professionali mobili, agendo come catalizzatore per riunire industrie di informatica e di telecomunicazioni interessate all'argomento. Le cinque aziende fondatrici del SIG lavorano in modo sinergico per creare la nuova tecnologia. Ericsson sviluppa la tecnologia radio, aiutata da Nokia, che fornisce anche il software per i telefoni cellulari. Toshiba e IBM sviluppano le specifiche per integrare la tecnologia negli apparecchi portatili. Intel si occupa di chip e software di base. I fabbricanti di dispositivi di networking e di telecomunicazioni che si aggiungono man mano portano l esperienza dei veterani delle WLAN a onde radio e a raggi infrarossi. La tecnologia Bluetooth utilizza la frequenza radio ISM a 2,4 GHz, che è libera in tutto il mondo. I primi prodotti dotati di questa tecnologia, sul mercato a partire dalla fine del 1999, appartengono, tra gli altri, a Compaq, Toshiba, Intel, Motorola, Qualcomm, 3Com, VLSI e Lucent. Le applicazioni di questa tecnologia possono essere molteplici e creano nuove opportunità di utilizzo per gli apparecchi portatili, come la possibilità di sincronizzare 4 Personal Area Network 18
SISTEMI WIRELESS un'agenda elettronica con il proprio PC portatile senza estrarre il computer dalla borsa, o ricevere automaticamente messaggi e-mail diretti al proprio PC portatile attraverso il telefono cellulare che squilla per avvisare dell'arrivo del messaggio, o effettuare una presentazione a un meeting senza collegare cavi tra il videoproiettore e il PC. E anche possibile inviare cartoline in tempo reale, collegando via etere una macchina fotografica digitale a un telefono cellulare o a qualsiasi presa telefonica. In ufficio, il telefono può funzionare come intercomunicante (nessun costo telefonico). A casa funzionerà come un telefono cordless (tariffa dei telefoni fissi), mentre all'esterno il telefono sarà un normale cellulare (tariffa telefono cellulare). I dispositivi dotati di questa tecnologia, sono in grado di rilevare la presenza di altri dispositivi presenti nel raggio di azione (fino a 10 metri per dispositivi di Classe 2) e di interagire in modo automatico in funzione di come sono stati programmati. Fino a otto utenti o dispositivi possono convivere contemporaneamente in una piconet, una mini rete locale wireless ad hoc formata da dispositivi che interagiscono, in cui uno è il master e altri sette sono gli slave. Nella stessa zona di copertura possono coesistere fino a dieci piconet. Diverse piconet indipendenti e non sincronizzate formano una scatternet. Il sistema Bluetooth supporta collegamenti punto-punto e punto-multipunto. Oltre ai nuovi prodotti con interfaccia Bluetooth incorporata, ci sono in commercio anche adattatori per permettere a telefoni, computer e periferiche esistenti di sfruttare questo nuovo tipo di collegamento. Bluetooth è utilizzato anche per realizzare cuffie senza fili professionali, soprattutto per gli operatori dei Call Center. Lo standard Bluetooth sarà descritto in maniera più dettagliata nel Capitolo 2. Al congresso di Amsterdam del 17 giugno 2003, il Bluetooth SIG 5 ha annunciato che le specifiche Bluetooth v.1.2 sono in fase di testing finale, per cui saranno disponibili a breve. Il nuovo standard sarà compatibile con la versione 1.1, raggiungerà un data rate di 2-3 Mbps, introdurrà innovazioni quali l AFH (Adaptative Frequency Hopping), per ridurre le interferenze con la banda 2.4 GHz, migliorerà il servizio di QoS (Quality of Service) per incrementare le prestazioni, e aumenterà il livello di sicurezza. 5 Special Interest Group 19
CAPITOLO 1 In fase di studio vi è anche la versione 2.0 delle specifiche, che prevede data rate di 4,8 e 12 Mbps, ma la cui uscita, prevista non prima del 2004, dipenderà anche dall andamento del mercato Bluetooth. 1.2.3.1 Mercato Bluetooth Le previsioni per la crescita del mercato Bluetooth hanno avuto grandi variazioni negli ultimi anni, ma gli esperti sono uniti nel prevedere una straordinaria crescita nei prossimi anni (fig. 1.7). 1000 800 Million of Solution 600 400 200 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Year Figura 1.7: Previsioni andamento mercato Bluetooth Nel 2001 sono stati venduti 7.2 milioni di unità Baseband/RF, mentre nel 2002 si è registrata una crescita pari a 5 volte l anno precedente, raggiungendo quota 41 milioni di soluzioni individuali vendute, e per il 2003 si prevede una cifra di vendita compresa tra i 150 e i 200 milioni di unità. L adozione completa di Bluetooth da parte di telefoni mobili e PC (integrazioni di moduli direttamente su motherboard) farà impennare il mercato Bluetooth, che in questo caso potrebbe raggiungere entro il 2006 vendite dell ordine del miliardo di unità all anno. 20
SISTEMI WIRELESS Esistono ad oggi oltre 450 prodotti qualificati Bluetooth sul mercato. Ecco alcuni prodotti Bluetooth presenti in commercio: - Ericsson ROK 101 007 Figura 1.8: Ericsson ROK 101 007 Certificato per lo standard Bluetooth ver.1.1; Supporto piconet, fino a sette slave; potenza d uscita RF Classe 2; interfaccia UART per i dati (HCI); interfaccia per la voce; interfaccia USB per la voce e i dati; interfaccia I 2 C; oscillatore al quarzo interno. - Mitsumi WML-C07N Figura 1.9: Mitsumi WML-C07N Supporta Bluetooth Classe 1; Certificato per lo standard Bluetooth ver.1.1; Interfaccia HCI over UART and USB; Protocollo Link controller and Link Manager; Interfacce UART, USB and PCMIF per applicazioni a corto raggio; Comunicazioni fino a 10 m; 21
CAPITOLO 1 Power supply voltage 3.0 V (tipica 2.9 ~ 3.4 V); Dimensioni: 32 mm X 15 mm X 2.55 mm. - Gennum GR2312 Figura 1.10: Gennum GR2312 Certificato per lo standard Bluetooth ver.1.1; Classe 2 di potenza; Funzionalità controllo di potenza inclusa; Flash interna 8Mb, cristallo 16MHz; RF integrato, filtro passabanda; alimentazione singola 3V, basso consumo; package compatibile con lo standard 0.8mm BGA; dimensioni: 12 mm x 12 mm x 18 mm - Siemens SieMo S50037 Figura 1.11: Siemens SieMo S50037 Funzionalità Bluetooth complete ver.1.1; Footprint compatibile con i moduli Ericsson ROK 101 007 e 101 008; Classe 2 di potenza; Interfacce UART 1.5 Mbps, USB high speed (12 Mbps) e PCM voce; 22
SISTEMI WIRELESS funzionamento indipendente (es. headset) o tramite HCI; Sensitività in ricezione 85 db. - Bluegiga Wrap-Thor Figura 1.12: Bluegiga Wrap-Thor Classe 1 di potenza; certificato per lo standard Bluetooth ver.1.1; interfaccia HCI su UART e USB; interfaccia SPI per installazione e configurazione modulo; dimensioni: 26 mm x 14 mm x 3 mm; flash interna 8 Mb; basso consumo di memoria. - Murata Blue Module Figura 1.13: Murata Blue Module Classe di potenza 2; certificato per lo standard Bluetooth ver.1.1; interfaccia HCI su UART; 23
CAPITOLO 1 interfaccia SPI e PCM; controllo di potenza; peso 600mg; dimensioni: 9.6 mm x 9.8 mm x 1.7 mm. 1.2.4 HomeRF Questo è uno standard aperto nato per supportare la comunicazione digitale wireless tra PC e dispositivi elettronici all interno di una casa, cioè nell ambito del cosiddetto home networking. Questo standard può essere visto come una versione rilassata degli standard 802.11 e DECT. Per accedere al canale viene utilizzata la tecnica SWAP 6, che supporta il CSMA/CA per la trasmissione ad alta velocità dei pacchetti dati e il TDMA per la comunicazione della voce. HomeRF opera nella banda dei 2.4 GHz e usa il frequency hopping ad una frequenza di 50 salti/s; può trasmettere a 1.6 e 10 Mbps (rispettivamente nelle sue versioni 1.0 e 2.0) e non richiede una stazione radio base per operare. Può arrivare ad una distanza di trasmissione di 45 m, con una potenza di 100 mw. Le specifiche HomeRF riguardano i primi due livelli del modello di riferimento OSI, cioè quelli relativi al livello fisico e alle segnalazioni di controllo e di gestione del traffico. 1.2.5 HiperLAN/2 Questa tecnologia è standardizzata dall ETSI 7, ma non è ancora supportata da una ampia disponibilità di prodotti. Essa nasce dal settore della telefonia cellulare, con la possibilità, quindi, di gestire un canale isocrono. Una rete HiperLAN/2 per ambiente business è costituita da un certo numero di Access Point (AP), ciascuno dei quali copre una propria area geografica (cella) e che formano, 6 Shared Wireless Access Protocol 7 European Telecommunication Standard Institute. 24