Introduzione
Sin dalla loro nascita agli inizi degli anni ́70, le reti wireless hanno avuto il loro principale utilizzo in ambito militare. La natura dinamica delle operazioni belliche, dove, soprattutto nei campi di battaglia, non si può sempre contare su infrastrutture per l’accesso alle comunicazioni, ha portato le cosiddette “tactical networks” ad esser oggetto di un’intensa attività di ricerca e sperimentazione. Chiamate inizialmente packet radio network (PRNET) dal Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), sono state ideate per mantenere una comunicazione tra il quartier generale ed i vari accampamenti militari posti al di là della “Line of Sight”. Le PRNET erano reti a commutazione di pacchetto totalmente asincrone, completamente distribuite e gestivano l’accesso al canale radio con la combinazione dei protocolli Aloha e CSMA. Con l’uso di tecniche come il routing store-and-forward e del multi-hop (raggiungimento di stazioni fuori dal raggio di trasmissione passando per i nodi intermedi), si rimuoveva il limite dell’area di copertura. Il traffico di dati si estendeva su aree geografiche abbastanza ampie ma senza offrire alcuna efficienza per la trasmissione di dati multimediali. In seguito, sotto il Wireless Adaptive Mobile Information Systems (WAMIS)[1] e il programma “Glomo ARPA”, sono state sviluppate architetture di reti wireless che, fornendo una certa forma di sincronismo e di accesso a divisione di tempo, riuscivano a garantire diverse implementazioni efficienti per la trasmissione di dati multimediali. Tuttavia introducevano
molta più complessità ed erano poco robuste ai cambiamenti topologici della rete e all’indebolimento del canale di trasmissione. Chiaramente, nell’introduzione di vari gradi di sincronizzazione all’interno della rete, era necessario raggiungere una sorta di compromesso tra complessità e prestazioni. Successivamente, il progetto delle reti wireless è stato approfondito anche in ambiente civile ed è stato implementato in gran parte nelle industrie. Un forte sviluppo si è verificato soprattutto negli anni ‘90 in cui molte aziende con problemi di budget sul cablaggio dei loro edifici hanno preferito adottare questo tipo di rete. Si sono venute a creare così le wireless local area network o WLAN. Negli ultimi dieci anni la proliferazione delle tecnologie wireless (come computer palmari, smartphone e notebook) ha prodotto un radicale cambiamento nella nostra società dell’informazione, ponendosi come valida alternativa alle tradizionali connessioni basate su architetture fisse. Infatti non sempre il cablaggio rappresenta la soluzione ideale al problema della connettività, soprattutto in termini di flessibilità e di economicità.
Si è parlato quindi di un passaggio dall’era del Personal Computer a quella dell’ Ubiquitus Computing , con il termine coniato da Mark Weiser nel lontano ́91 per descrivere un ambiente dove un utente può utilizzare più piattaforme elettroniche per accedere, in qualsiasi luogo e momento, alle informazioni necessarie[2]. Utenti mobili possono usare il loro cellulare per controllare e-mail e visualizzare pagine web. Chi si trova in viaggio può accedere ad Internet da aeroporti, stazioni ferroviarie o altri luoghi pubblici tramite Access Point (i cosiddetti Wi-Fi hotspot). I turisti possono noleggiare macchine con terminali “Global Positioning System”(GPS) per consultare mappe e altre informazioni. I partecipanti ad una conferenza possono condividere, scaricare e scambiarsi documenti tramite i loro laptop. Questi
Introduzione
sono esempi di possibili usi di dispositivi wireless, ed alcuni in particolare ci riportano all’oggetto di studio di questa tesi: le WLAN in modalità ad-hoc. Con il termine ad-hoc si intende una topologia di rete in cui i nodi comunicano senza l’ausilio di strutture pre-esistenti, come gli AP. La comunicazione avviene in modalità Peer-to-Peer e gli apparati hanno allo stesso tempo il ruolo di host e router. A volte queste reti vengono definite anche come reti spontanee, proprio per l’estrema dinamicità nella loro formazione. E’ possibile dare una tassonomia (non sempre netta) delle reti ad-hoc a seconda della loro area di copertura e quindi di quanti dispositivi riescono a comprendere. Si definiscono Body Area Network (BAN) le reti formate da computer “indossati” da una persona e coprono quindi un’area inferiore ai 2m. L’interconnessione dei dispositivi nel raggio d’azione di una persona (telefonini, palmari, ecc.) porta alla formazione di Personal Area Network (BAN, entro 10m circa) mentre le WLAN tendono a fornire, in un singolo edificio o un insieme di edifici (tipicamente entro poche centinaia di metri), gli stessi servizi di comunicazione delle LAN classiche. Un altro dominio di applicazione in via di sviluppo è quello delle MAN wireless (ad esempio, il wireless local loop), che consentono di distribuire dati (Internet, telefonia, cinema on-demand…) su di un agglomerato di edifici tramite una potente antenna. Questa soluzione fornisce un’alternativa al costoso cablaggio dell’ultimo miglio. Il gruppo di lavoro IEEE 802.16 si occupa di questa architettura [3]. Lo standard de-facto per le WLAN sul mercato è l’IEEE 802.11, che, nato nel 1997, è stato esteso da vari gruppi di lavoro (identificati dalle lettere -a, -b, -c, ecc.). Il successo maggiore lo ha avuto l’802.11b (ultima edizione del 1999) [4], che opera nella banda ISM (Industrial, Scientific, Medical) a 2.4GHz, ha una velocità massima di trasferimento dati di 11 Mbps. Successivamente hanno visto la luce due
varianti a maggiori prestazioni: la 802.11a, operante sulle frequenze dei 5 GHz ed incompatibile con la precedente versione, capace di una velocità di 54 Mbps; e la 802.11g, anch’essa capace di 54 Mbps, ma operante sulle stesse frequenze degli apparati 802.11b e con essi retrocompatibile. In pratica un apparecchio equipaggiato con una scheda 802.11g che si trovi a lavorare in una rete con tutti nodi del tipo precedente continuerà a lavorare, ma a soli 11 Mbps. L’incompatibilità con l’802.11b ha molto limitato la diffusione dell’802.11a, che ormai ha una quota marginale di mercato rispetto alla g e alla b, disponibile ormai a prezzi bassi. In aggiunta agli standard IEEE, l’European Telecommunication Standard Institute (ETSI) ha proposto per le WLAN la famiglia HiperLAN, la cui tecnologia che offre bit rate più elevate è HiperLAN/2 (si va dai 6 ai 54 Mbps). Per la comunicazione nelle PAN lo standard più affermato è il Bluetooth. Questo è nato dal Bluetooth Special Interest Group (in cui sono presenti oltre duemila industrie) e ha portato, di recente, alla diffusione di una serie di unità di largo consumo e a basso costo. Bluetooth opera, come l’802.11b, nella banda ISM a 2.4 GHz, ma il raggio di copertura e le velocità di trasmissione sono minori, inoltre i meccanismi di comunicazione fra i dispositivi e l’accesso al mezzo sono del tutto differenti. Una volta vista la molteplicità delle applicazioni e delle sfide delle WLAN è necessario chiedersi quali siano le problematiche legate ai livelli della nuova architettura di rete.
La tesi è organizzata nel seguente modo:
• Il contesto in cui si svolge il lavoro di questa tesi, la tecnologia WLAN, con particolare riferimento allo standard 802.11 e alla modalità ad-hoc sono descritte nel Capitolo 1.
Introduzione
• Nel Capitolo 2 vengono evidenziate le problematiche relative al livello di routing nelle reti mobili ad-hoc (MANET)e le proposte standardizzate dall’IETF MANET working group[5].
• L’obiettivo della tesi è la valutazione sperimentale di due soluzioni per la gestione del routing: Ad-hoc On-demand Distance Vector (AODV) ed Optimized Link-State Routing (OLSR). Nel Capitolo 3 presentiamo nel dettaglio carattteristiche e funzionalità delle due implementazioni da noi scelte.
• Il Capitolo 4 comprende la realizzazione del nostro testbed, gli scenari in cui sono state effettuate le misure ed il confronto delle prestazioni di AODV ed OLSR sulla base dei risultati ottenuti.
