Wi-Fi

Come funziona le rete Wi-Fi

Presente in ogni casa o quasi, il Wi-Fi è una tecnologia di trasmissione dati senza fili. Scopriamo il funzionamento delle rete Wi-Fi e la loro storia
Come funziona le rete Wi-Fi FASTWEB S.p.A.

 

Non tutti concordano sulla data di nascita del Wi-Fi (acronimo che dovrebbe stare per Wireless Fidelity, anche se in alcuni casi viene indicato come un non-sense). C'è chi la fa risalire a metà degli anni '80, chi all'inizio degli anni '90. Chi, come la Wireless History Foundation, attribuisce la nascita della rete wireless al 1896 e al primo messaggio telegrafico inviato senza fili da Guglielmo Marconi. Magari un po' azzardato, ma effettivamente l'idea di poter inviare dati nell'etere, senza che il messaggio fosse trasmesso per mezzo di un supporto fisico, come ad esempio un cavo, rispecchia la filosofia di funzionamento del Wi-Fi.

Potremmo però prendere come atto costitutivo di questa tecnologia la decisione della Federal Communications Commission statunitense (l'ente regolatore del settore delle telecomunicazioni) di liberare alcune frequenze e renderle disponibili all'uso civile senza obbligo di licenza. Era il 1985 e le grandi aziende cominciarono a progettare sistemi di comunicazione senza fili (wireless, appunto) per la trasmissione di dati. Fu necessario aspettare il 1991 prima che un dispositivo di questo genere fosse presentato dalla compagnia telefonica Usa AT&T. I primi anni di vita furono contraddistinti da una sostanziale incertezza determinata dall'assenza di uno standard e di un protocollo di comunicazione unico in tutto il mondo. Solo nel 1999, lo IEEE rilasciò il protocollo 802.11 che definì una volta per tutti i principi strutturali della tecnologia.

Che cos'è il Wi-Fi

Oggi, per Wi-Fi (detta anche rete wireless o rete Wi-Fi), si intende una tecnologia che permette a due o più dispositivi di scambiarsi dati senza fili, utilizzando onde radio. Questa sistema di comunicazione permette la condivisione non solo di file ma anche della connessione Internet.

 

Grazie alla dislocazione di vari hotspot, è possibile navigare in Internet anche in aperta campagna

 

La Wi-Fi alliance ad esempio, la definisce come un "qualsiasi prodotto basato sugli standard dell'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11 capace di creare una rete locale senza fili (Wireless Local Area Network, WLAN)". Una rete Wi-Wi è identificata attraverso il suo SSID (Service Set IDentifier), ovvero un nome solitamente scelto dall'utente che può essere d'aiuto nel riconoscere la propria WLAN.

Come è formata una rete Wi-Fi

Ogni rete può essere composta da uno o più access point (o hotspot), ovvero di un punto d'accesso o più punti di accesso alla rete stessa che fungono da "sorgente" del segnale, e uno o più client che si connettono alla rete. Il segnale wireless di un singolo access point solitamente copre un'area tra i 50 ed i 100 metri (molto dipende dalla configurazione architettonica dell'area coperta), ma può essere esteso in diversi modi. Si può amplificare, ad esempio, attraverso il collegamento di differenti access point tramite cavo; oppure creando un "ponte" wireless con ripetitori di segnali come i ripetitori Wi-Fi che "catturano" il segnale di un access point e lo ritrasmettono.

 

Il logo del Wi-Fi su un computer

 

Come funziona il Wi-Fi

Il funzionamento di un access point (solitamente un router dotato di una o più antenne Wi-Fi) è piuttosto semplice. L'apparato Wi-Fi del router trasmette, ogni 100 ms, un pacchetto dati, chiamato beacon contenente lo SSID della rete e altre informazioni, come il protocollo di sicurezza utilizzato. Il client (un computer dotato di scheda Wi-Fi o un ripetitore di segnale) può decidere di connettersi alla rete seguendo vari criteri: ad esempio, può collegarsi alla rete con un SSID noto (ossia a una rete alla quale già ci si è connessi in precedenza), oppure a quella dal segnale più forte e che quindi garantisce le prestazioni migliori. Nel caso in cui la rete sia protetta, l'utente dovrà inserire la password. Esistono tre differenti protocolli di sicurezza: WEP, WPA e WPA2. Tra i tre, il più sicuro è l'ultimo (conosciuto anche come IEEE802.11i) poiché permette di crittografare le chiavi di sicurezza con l'algoritmo AES (Advanced Encryption Standard) a 256 bit.

 

Linea temporale evolutiva del Wi-Fi

Gli standard Wi-Fi

Le certificazioni dello IEEE hanno di volta in volta stabilito gli standard tecnologici sui quali i produttori realizzano i loro dispositivi Wi-Fi. La prima certificazione, rilasciata nel 1999, è la 802.11a, seguita poco dopo dalla certificazione 802.11b. Nel giugno 2003 viene rilasciata la certificazione 802.11g, che fa segnare un netto miglioramento nelle prestazioni (sia per la forza del segnale sia per i picchi di velocità raggiungibili) rispetto ai due predecessori. Lo standard 802.11g lavora sulla banda di frequenza da 2,4 GHz, copre aree di circa 100 metri e permette teoricamente la trasmissione di dati fino a 54Mbps (Megabit per second), sebbene mediamente si attesti attorno ai 22-24 Mbps.

Un ulteriore avanzamento delle prestazioni si è avuta con la certificazione 802.11n, rilasciata nel 2009 con il nome commerciale di Wi-Fi 4. Questo nuovo standard si basa sull'utilizzo di diverse antenne MIMO (multiple-input, multiple-output) che lavorano sulle frequenze di 2,4 GHz e 5 GHz. Così facendo, si può rafforzare ulteriormente il segnale e raggiungere velocità che possono, in teoria, arrivare anche 600 Mbps.

Wi-Fi 6

A questo è seguito lo standard 802.11ac, il cosiddetto Wi-Fi 5, che ha portato l'asticella della velocità di connessione a 1,3 gigabit al secondo (il doppio rispetto allo standard n, oltre 20 volte più veloce rispetto allo standard g). Un risultato reso possibile dalla differente divisione in sottobande della banda da 5 gigahertz e dall'impiego di differenti standard di comunicazione.

L'ultimo standard Wi-Fi certificato dalla Wi-Fi Alliance è l'802.11ax, comunemente noto come Wi-Fi 6. Presentato ufficialmente nel maggio 2018 e implementato a partire da fine 2019, questo standard sfrutta le frequenze comprese tra 1 e 7 GHz (molte delle quali sono però già occupate da altri tipi di trasmissioni e, quindi, non pienamente utilizzabili) e ha una velocità teorica massima di 11 Gbit/s (Gigabit per second). Molto buona anche la latenza, che scende del 75% rispetto al precedente Wi-Fi 5. Un "sottostandard" del Wi-Fi 6 è il Wi-Fi 6e, che sfrutta le frequenze a 6 GHz che, però, ancora non sono state autorizzate da nessun Governo al mondo.

Il prossimo standard Wi-Fi previsto, oltre al 6e, è il Wi-Fi 7: verrà rilasciato nel 2024 e avrà una velocità massima teorica di 30 gigabit al secondo sfruttando frequenze a 2,4, 5 e 6 GHz. Rispetto agli standard precedenti avrà una tecnologia MIMO più evoluta.

Router Wi-Fi

Copertura Wi-Fi: le ultime frontiere

Mentre la Wi-Fi Alliance, cioè gli attori industriali che producono gli apparati Wi-Fi, procede con lo sviluppo dello standard 802.11, scienziati e ricercatori cercano nuove vie per migliorarne le caratteristiche tecniche. Una delle caratteristiche tecniche maggiormente ricercate nelle connessioni Wi-Fi è la copertura del segnale, ovvero la distanza massima possibile tra due dispositivi che comunicano tramite Wi-Fi.

L'ultima frontiera sembrerebbe al momento la tecnologia On-Off Noise Power Communication (ONPC), ideata dalla Brigham Young Unviersity, che si basa sulla trasmissione del rumore radio insieme al flusso di dati vero e proprio. Grazie a questa soluzione i ricercatori sono riusciti ad aumentare la portata del segnale Wi-Fi di quasi 70 metri, ma con un importante rovescio della medaglia: a quella distanza la velocità di trasmissione è pari a pochi bit al secondo. Non bastano per trasmettere neanche file di piccole dimensioni, ma in ottica di Internet of Things e di milioni di oggetti connessi potrebbe essere sufficiente quanto meno per comunicare la presenza o lo stato di ON/OFF di un sensore o di un altro oggetto smart.

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