802.11n: reti wireless velocissime

di Alessandro Vinciarelli

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Presentazione del nuovo protocollo 802.11n e della tecnologia MIMO: nuova velocità per le reti Wi-Fi di imprese e piccoli uffici

Tra tutte le nuove tecnologie, la connessione senza filo (wireless networking) è stata una di quelle che ha stravolto completamente il modo di pensare alle infrastrutture di rete. Proprio grazie al suo grado di invasività decisamente minore, è diventata da una parte un business per molte aziende e dall’altra parte un prodotto estremamente semplice e versatile per gli utilizzatori. La comunicazione wireless è divenuta così una necessità sempre più crescente per tutti i tipi di azienda.

Le grandi e medie imprese vogliono rendere più pratica e usabile la loro rete permettendo la connessione in tutti i punti interni ai propri edifici come sale riunioni, uffici del personale, sale d’attesa e così via. Le piccole imprese, invece, magari sostituiscono la cablatura di una classica rete LAN preferendo la soluzione wireless che, tra l’altro, riduce anche i costi e i tempi di setup del sistema.

Quando si parla di wireless networking, si parla necessariamente del protocollo standard che la supporta, ovvero l’802.11, meglio noto come Wi-Fi. Quest’ultimo è molto vasto e contiene una serie di specifiche spesso cambiate o aggiunte nel passare degli anni. Ad esempio nel 2003, con l’802.11g, sono state effettuate delle modifiche per rendere il Wi-Fi compatibile con le prestazioni dei nuovi sistemi introdotti in quel periodo. 

Allo stesso modo questa nuova versione (802.11g) sembra soffrire, ormai da diversi anni, di una sorta di inadeguatezza nei confronti di quegli applicativi che richiedono una banda sempre maggiore per soddisfare il fabbisogno dettato dalla loro accresciuta complessità. Ad esempio le applicazioni di streaming video, sia esso in real time o meno, hanno bisogno di una velocità e di una banda consistente che attualmente il protocollo 802.11g non riesce ad offrire. Per quanto riguarda il throughput e la velocità, infatti, la velocità nominale si attesta a 54 Mbit/sec, ma quella reale, di molto inferiore, non è sufficiente al supporto di tali applicazioni.

La soluzione a questi problemi potrebbe essere la standardizzazione di un nuovo protocollo: l’802.11n, che promette prestazioni maggiori e che sarà l’oggetto della restante parte di questo articolo. Iniziamo col dire che per mantenere queste premesse il protocollo prevede l’inserimento di alcune nuove tecnologie, tra le quali è opportune evidenziare, in qualità di maggiore innovazione, la cosiddetta MIMO.

Questa tecnologia entra in questo momento nel panorama del wireless ed i primi risultati sembrano essere soddisfacenti. MIMO sta per Multiple Input Multiple Output ed è il risultato di un’idea tanto semplice quanto geniale: se ad ogni antenna corrisponde un flusso di dati, è sufficiente utilizzare più antenne per incrementare la quantità di informazioni trasmesse. MIMO, appunto utilizza più antenne per inviare e ricevere dati.

È evidente che la definizione precedente va presa con la dovuta cautela in quanto vanno considerati una moltitudine di fattori che non permettono di aggiungere antenne all’infinito. Tra questi fattori troviamo il rumore generato dai flussi di dati adiacenti e la difficoltà nella gestione di informazioni parallele. Ma l’approfondimento di tali problematiche non è questo lo scopo di questo articolo, in quanto richiederebbe di per sè uno studio a parte.

Le tecnologie

Per quanto riguarda la tecnica MIMO è sufficiente sapere che i flussi multipli di dati che possono essere trasmessi sono tre, mentre quelli che possono essere ricevuti sono due. Nello stesso periodo di tempo quindi sarà possibile inviare tre volte la quantità di dati che siamo abituati ad inviare oggi. Inoltre, mediante l’utilizzo di questa tecnica, è possibile incrementare la distanza di comunicazione (il range).

Tra le altre tecnologie citiamo solamente il channel bonding che permette di utilizzare due diversi canali allo stesso instante di tempo senza che i loro segnali si sovrappongano e il payload optimization che, come si può comprendere dalla parola stessa, migliora il riempimento del pacchetto di dati da inviare e di conseguenza incrementa le capacità di trasmissione del protocollo.

Grazie alle nuove tecnologie adottate, l’802.11n si presenta quindi come un netto miglioramento del più anziano 802.11g. Se vogliamo analizzare alcuni numeri, possiamo osservare in primo luogo come per quanto riguarda i dispositivi “g” ad una velocità nominale di 53 Mbit/sec corrisponde in realtà una velocità reale che varia tra i 22 Mbit/sec e i 24 Mbit/sec; mentre, con i nuovi dispositivi 802.11n potremo raggiungere velocità di 100 Mbit/sec con picchi di anche 140 Mbit/sec.

In secondo luogo possiamo dire che, nel caso di dispositivi N, la distanza di consegna dell’informazione può considerarsi doppia rispetto a quella calcolata con dispositivi “g”. Chiaramente in questo caso i risultati reali dipendono da molti fattori che potrebbero attenuare o addirittura far cadere il segnale, proprio per questa ragione non è possibile dare una distanza di riferimento.

Su questo tema esistono degli studi su casi specifici, ma la loro analisi risulta complessa e non suffragabile da sufficienti dati ufficiali. Ci limiteremo a dire quindi che il confronto di 2 a 1 a vantaggio dell’802.11n risulta attendibile e che al decrescere degli ostacoli ambientali quest’ultimo protocollo sembra guadagnare un margine ulteriore. Con queste premesse c’è da scommettere che, non appena tutti i vendor inizieranno a prendere sul serio questi dispositivi, il wireless subirà una impennata in termini di utilizzo.

Basta osservare le caratteristiche dei primi prodotti, come i recenti di Cisco, per capire quale potrebbe essere la scala di crescita. Fino ad oggi molte aziende hanno preferito il cablaggio LAN soprattutto per via della sua velocità (dichiarata a livello nominale di 100Mbit/sec) e dalla sua caratteristica proprietà di essere “switchata” e quindi ripartita, mentre al contrario con la wireless le velocità attestate sono molto minori e la banda è condivisa.

Anche per i piccoli utenti l’802.11n potrebbe risolvere alcuni problemi tipici di un piccolo ambiente. Con un solo router Wi-Fi sarà possibile coprire tutta la casa o il piccolo ufficio minimizzando il numero di “dead spot” e garantendo l’utilizzo di applicazioni che richiedono una banda maggiore anche in punti distanti dall’access point.

La standardizzazione

Fino a questo momento non abbiamo discusso di un altro aspetto legato al protocollo 802.11n, ovvero la sua standardizzazione. Attualmente è in fase di sviluppo da parte di un gruppo di lavoro dell’ IEEE. Il processo di standardizzazione è notoriamente molto lento e richiede uno studio dettagliato su tutti i punti che impattano sul protocollo. Basti pensare che iniziò più di tre anni fà e che non avrà termine prima dell’ottobre del 2008. In realtà agli inizi il protocollo ebbe un successo inaspettato, mentre più tardi alcune considerazioni di certe case costruttrici ne rallentarono lo sviluppo.

Ad oggi i problemi con tali case sono stati superati e lo scorso marzo è stato approvato con successo il Draft 2.0, ulteriore passo prima del Draft 3.0 e della standardizzazione finale. Inoltre, l’alta percentuale di approvazione del Draft 2.0, che supera l’80%, fa ben sperare per il futuro di questo protocollo. Anche perché, con ogni probabilità, da oggi in avanti, le modifiche da apportare saranno minime ed andranno ad impattare sulle componenti non strutturali dell’802.11n.

Come conferma della fiducia espressa nei confronti del nascente standard è da notare l’iniziativa di alcuni vendor che iniziano a sperimentare prodotti adeguati alla serie N e cominciano a proporli sul mercato. C’è da dire che un po’ di resistenza nasce invece dal lato dei distributori che non gradiscono la vendita di prodotti che non siano conformi ad uno standard già consolidato. Per ovviare al problema e quindi rendere più appetibili alla grande distribuzione i dispositivi della serie N, basati sul Draft 2.0, chi produce attualmente i primi prodotti cerca di renderli aggiornabili in previsione degli eventuali aggiustamenti in fase di approvazione.

Inoltre la Wi-Fi Aliance, un organizzazione composta da produttori impegnati nello sviluppo del Wi-Fi, è pronta ad accogliere prodotti tanto innovativi e si dichiara aperta a questa recente sfida. Questo nuovo spirito deriva dalla consapevolezza che studi fatti sui dispositivi Draft 2.0 mostrano come essi siano nettamente più affidabili e soprattutto maggiormente interoperabili con i vecchi protocolli 802.11a/b/g.

Proprio questa interoperabilità è stata la principale preoccupazione per la Wi-Fi Alliance che, dall’attuale Draft 2.0 in avanti, inizierà a certificare tutti quei prodotti che rispettano le specifiche e che risulteranno interoperabili con la vecchia generazione di dispositivi wireless.

Ma non solo solo i produttori più legati alla rete a muoversi. Anche Intel ha compreso la bontà e la futura espansione del protocollo 802.11n e in questo senso ha fornito supporto economico e di personale in ausilio della task force di ricerca e sviluppo. Inoltre già da alcuni mesi fornisce, con la nuova generazione della piattaforma Centrino Duo e Centrino Pro, un modulo wireless dedicato al nuovo nascente standard.