Realizzazione di un simulatore per lo studio dell’interferenza tra reti Wi-Fi e Bluetooth

Capitolo 1 Introduzione
 
Bluetooth e Wi-Fi sono complementari. Sicuramente Wi-Fi è la tecnologia più 
adatta a costituire l’ossatura delle WLAN aziendali, mentre Bluetooth, per come è 
attualmente concepito, è una tecnologia “cable replacement”, perché rende wireless una  
connessione via cavo preesistente (tra due computer, tra un computer e un PDA, tra un 
portatile e una stampante). 
Tale complementarità delle due tecnologie e il fatto che lavorano entrambe alla 
frequenza ISM (Industrial, Scientific, Medical) a 2,4 GHz, riservata per l’utilizzo in 
applicazioni Industriali, Scientifiche e Mediche, si è sviluppato un grande interesse 
riguardo la coesistenza tra le due tecnologie, tanto che l’IEEE (Institute Electronic 
Electrical Engeneering) ha creato un gruppo di lavoro, l’IEEE P802.15.2, e il SIG 
Bluetooth ha creato un Coexistence Working Group. Il risultato di questi due gruppi di 
lavoro è una raccolta di norme consigliate ai produttori di dispositivi wireless utilizzanti 
queste due tecnologie. 
In questo lavoro è stato realizzato un simulatore che permette la valutazione delle 
prestazioni di una WLAN IEEE 802.11b nel caso di vicinanza di una WPAN Bluetooth. 
Si è scelto di non prendere in considerazione particolari topologie di rete, bensì di 
considerare solamente le distanze che separano i vari dispositivi, così da realizzare un 
simulatore il più generale possibile.  
Inizialmente in questa tesi vengono esposti i temi presi in considerazione per 
questo lavoro, seguiti dalla descrizione del metodo adottato e dai risultati delle 
simulazioni, per dare infine una interpretazione dei risultati ottenuti. 
Il secondo capitolo si apre con una descrizione del concetto di rete, per poi porre 
l’attenzione alle reti wireless. Quindi viene data un’ampia descrizione dei due protocolli 
presi in considerazione, ossia l’IEEE 802.11b e il Bluetooth. Viene dedicato un 
paragrafo alla trattazione delle problematiche che insorgono in seguito alla coesistenza 
dei due protocolli. 
Il terzo capitolo è dedicato alla presentazione dei software utilizzati in questo 
lavoro, sia quelli di carattere sperimentale, sia a quelli di carattere analitico. 
Il quarto capitolo è dedicato alla descrizione dell’approccio teorico necessario allo 
sviluppo del metodo di lavoro descritto di seguito, specificando e descrivendo 
minuziosamente tutti i passaggi effettuati per ottenere i risultati. Poi si passa alla 
 
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Capitolo 1 Introduzione
 
descrizione del metodo sviluppato, che ha il fine di valutare le prestazioni di una rete 
Wi-Fi affetta da interferenza Bluetooth. 
In Appendice A, si può trovare una esauriente guida a tutti i software utilizzati in 
questo lavoro, così da dare la possibilità di comprendere fino in fondo come è stato 
condotto il lavoro.  
In Appendice B, vengono forniti tutti i risultati numerici ottenuti, che non sono 
stati presentati nei capitoli precedenti favorendo invece alcuni grafici, capaci di rendere 
la comprensione più chiara e veloce. 
 
 
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2 WLAN, IEEE 802.11, BLUETOOTH E LORO 
COESISTENZA 
 
 
 
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Capitolo 2 WLAN, IEEE 802.11, Bluetooth e loro coesistenza
 
2.1 RETI DI TELECOMUNICAZIONI 
Una rete di telecomunicazioni è un sistema che fornisce servizi relativi al 
trasferimento di informazioni ad una popolazione di utenti distribuiti geograficamente. 
Questi utenti possono essere di vari tipi: persone fisiche, terminali, periferiche (ad 
esempio stampanti). 
Le reti di telecomunicazioni vengono classificate attraverso sei proprietà: 
Estensione geografica: 
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¾ 
¾ 
¾ 
¾ 
¾ 
¾ 
¾ 
¾ 
LAN: hanno una estensione geografica limitata ad alcuni chilometri, una 
topologia relativamente semplice e possono raggiungere velocità alte; 
MAN: hanno una estensione metropolitana, topologie complesse dovute alla 
necessità di connettere un numero elevato di utenti; raggiungono velocità medio-alte; 
WAN: possono estendersi per un intero continente e oltre; presentano 
topologie complesse e sono caratterizzate da velocità relativamente basse. 
Proprietà: 
Reti pubbliche: sono reti la cui gestione è affidata ad una entità statale. Le rete 
è di proprietà dello Stato, ma il gestore di rete offre i servizi di connessione a qualunque 
organizzazione o utente ne faccia richiesta; 
Reti private: sono le reti di proprietà e gestione privata, caratterizzate d isolito 
da dimensioni contenute. 
Mobilità:  
Reti fisse: sono reti per le quali la posizione geografica degli utenti che vi 
accedono è fissa e stabilita durante l’allacciamento dell’utente alla rete stessa; 
Reti mobili: sono reti che consentono agli utenti un certo grado di movimento; 
la struttura dei nodi della rete rimane fissa, ma i percorsi dei dati possono variare 
dinamicamente per “inseguire” la posizione dei terminali mobili comunicanti. 
Tipo di apparati: 
Reti omogenee: connettono apparati di tipo differente, ma provenienti da una 
stessa casa produttrice; 
Reti eterogenee: connettono apparati differenti sia dal punto di vista della 
tipologia che del marchio. 
 
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Capitolo 2 WLAN, IEEE 802.11, Bluetooth e loro coesistenza
 
Tipo di commutazione: 
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¾ 
¾ 
¾ 
Reti a commutazione di circuito: viene assegnato un percorso dedicato a 
ciascuna comunicazione, che è mantenuta fino al termine della trasmissione; 
Reti a commutazione di pacchetto: i dati relativi ad una comunicazione sono 
suddivisi in pacchetti ciascuno dei quali può viaggiare su un qualsiasi percorso 
disponibile fino a destinazione; il link può essere suddiviso; 
Tipologia dei dati trasmessi: 
Reti analogiche: caratterizzate dalla trasmissione di segnali continui mediante 
tecniche di modulazione e multiplazione analogiche; 
Reti digitali: caratterizzate dalla trasmissione di informazione sotto forma di 
sequenze di cifre binarie mediante tecniche di modulazione e multiplazione digitali. 
2.2 RETI WLAN 
2.2.1 COSA SONO 
Una Wireless LAN (WLAN) è un sistema flessibile di comunicazione da 
inquadrare come estensione di una LAN cablata (o come una sua alternativa). Poiché 
tale tecnologia usa frequenze radio, le WLAN trasmettono e ricevono dati via etere, 
minimizzando il bisogno di collegamenti cablati, combinando così la connettività con la 
mobilità dell'utente. 
Inizialmente l’interesse verso questa tecnologia è stato limitato dai costi elevati e 
dalle basse prestazioni raggiungibili sul canale radio, ma oggi questi prodotti sono 
economicamente vantaggiosi e i progressi nelle tecniche radio consentono di 
raggiungere velocità di trasmissione fino a 54 Mbps, per questi motivi il mercato delle 
WLAN è in fase di crescita veloce. 
Oggi le WLAN sono riconosciute più estesamente come un'alternativa di 
connettività general purpose per un gran numero di utenti. 
Una rete locale wired non si può trasportare, né aggiornare con facilità per via del 
cablaggio degli edifici. Con dispositivi wireless questi ostacoli sono superati, pertanto 
 
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Capitolo 2 WLAN, IEEE 802.11, Bluetooth e loro coesistenza
 
l’aggiornamento dell’hardware secondo le esigenze proprie dell’azienda avrà un peso 
economico inferiore.  
2.2.2 TECNOLOGIA DELLE WLAN 
I produttori di WLAN dispongono di una serie di tecnologie per scegliere la 
soluzione ottima per progettare una rete. Ciascuna di queste tecnologie ha una serie di 
vantaggi e di limitazioni: 
¾ 
¾ 
¾ 
Tecnologia Narrowband (banda stretta): un sistema radio narrowband 
trasmette e riceve informazioni su una frequenza radio specifica. Tali dispositivi 
cercano di mantenere la banda del segnale radio quanto più stretta possibile, occupando 
solo le frequenze strettamente necessarie per l’interscambio di informazioni. I crosstalk 
tra canali di comunicazione sono evitati coordinando attentamente gli utenti su 
frequenze diverse. Una linea telefonica privata è molto simile ad una frequenza radio: 
poiché ogni appartamento ha la sua linea telefonica privata, gli abitanti di un 
appartamento non possono ascoltare le chiamate relative agli altri appartamenti. In un 
sistema radio, privacy e affidabilità sono permessi dall'uso di frequenze radio separate. 
Un ricevitore filtra tutti i segnali radio trasmessi su frequenze diverse da quella 
assegnatagli. Un inconveniente della tecnologia narrowband è che l’utente deve ottenere 
una licenza (e quindi l’assegnazione di una frequenza) per ogni luogo da cui prevede di 
collegarsi in rete;  
Tecnologia Spread Spectrum: molte WLAN usano la tecnologia Spread 
Spectrum, che è una tecnica di trasmissione radio sviluppata dal Ministero della Difesa 
USA per consentire comunicazioni affidabili e sicure. Lo Spread Spectrum utilizza una 
porzione di banda maggiore rispetto a trasmissioni narrowband; ciò implica che il 
segnale trasmesso sia più forte e, quindi, di più facile ricezione, purché il ricevitore 
conosca i parametri del segnale trasmesso. Se un ricevitore non è sincronizzato alla 
frequenza giusta, il segnale Spread Spectrum viene visto come un rumore di fondo. Ci 
sono due tipi di trasmissione Spread Spectrum:  
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS): tale tecnologia usa una 
portante che cambia frequenza secondo una sequenza nota solo al trasmettitore e al 
ricevitore. Se entrambi sono opportunamente sincronizzati, l'effetto globale che si 
 
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Capitolo 2 WLAN, IEEE 802.11, Bluetooth e loro coesistenza
 
ottiene è l’identificazione di un singolo canale logico. A un ricevitore non sincronizzato, 
il FHSS appare essere rumore di tipo impulsivo;  
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¾ 
¾ 
Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS): tale tecnica genera dei pattern di 
bit ridondanti per ogni bit che deve essere trasmesso. Questo pattern è chiamato "chip". 
Maggiore è la durata del chip, maggiore è la probabilità che i dati originali possano 
essere recuperati (e, chiaramente, maggiore è la banda utilizzata). Anche se uno o più 
elementi del chip si corrompono durante la trasmissione, mediante tecniche statistiche si 
possono recuperare i dati originali senza il bisogno di ritrasmissione. A un ricevitore 
non sincronizzato, il DSSS appare come un rumore di bassa potenza e larga banda, e 
quindi ignorato dalla maggior parte dei ricevitori narrowband;  
Tecnologia infrarossa (IR): una terza tecnologia, poco usata negli usi 
commerciali delle WLAN, è la tecnologia ad infrarosso. I sistemi ad infrarosso usano 
frequenze molto alte, appena al disotto della luce visibile, per trasmettere i dati. Come la 
luce, l’IR non può penetrare oggetti opachi; può essere diretta (a vista) o diffusa. I 
sistemi poco costosi possono lavorare a distanze molto limitate (circa 1 metro) mediante 
l’allineamento del trasmettitore e del ricevitore e tipicamente sono usati per reti di tipo 
personale, ma talvolta sono usati in applicazioni specifiche per le WLAN. Sistemi IR ad 
alte prestazioni non sono efficienti per utenti mobili e perciò sono usati solo per 
implementare sottoreti fisse. I sistemi IR diffusi (o riflessivi) non richiedono 
l’allineamento tra trasmettitore e ricevitore, ma le celle sono limitate a piccoli ambienti. 
2.2.3 CONFIGURAZIONI DELLE WLAN 
L’installazione di una rete WLAN è sempre garantita da almeno due dispositivi di 
base: 
Wireless Terminal (WT): possono essere qualsiasi tipo di dispositivo come per 
esempio notebook, palmari, pda, cellulari, o apparecchiature che interfacciano standard 
IEEE 802.11, o sistemi consumer su tecnologia Bluetooth. 
Access Point (AP): è l’equivalente wireless di un gateway. La sua funzione è 
quella di gestire il traffico dati tra la rete fissa e un gruppo di dispositivi wireless. 
Analogamente a quanto accade nelle reti telefoniche cellulari questo dispositivo prevede 
il meccanismo di handover da un’access point ad un altro, per garantire la mobilità del 
dispositivo su un’area più vasta. 
 
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Capitolo 2 WLAN, IEEE 802.11, Bluetooth e loro coesistenza
 
Di seguito vengono presentate diverse topologie di Wireless LAN, di cui vengono 
illustrate le caratteristiche peculiari. 
Nella configurazione più elementare, due PC, equipaggiati con schede apposite, 
possono implementare una rete indipendente fino a quando un PC è nell’area di 
copertura dell’altro. Questo tipo di rete è detto "peer to peer" o anche "on demand" 
(Figura 2.1). Le reti di questo tipo non richiedono nessuna amministrazione o 
configurazione. In questo caso ciascun utente avrà accesso solamente alle risorse 
dell'altro utente e non anche ad un sistema di centrale. 
 
 
Figura 2.1 Rete wireless di tipo peer-to-peer [21] 
Installare un AP (Figura 2.2) può estendere l’area di copertura di una rete; poiché 
l’AP è connesso ad una rete cablata, ogni utente avrà accesso a risorse di un sistema di 
servizio così come gli utenti collegati alla porzione cablata della rete. Ciascun AP può 
servire molti clienti, in base all’implementazione del singolo produttore. Esistono molte 
applicazioni reali dove un singolo AP serve dai 15 ai 50 utenti contemporaneamente. 
 
Figura 2.2 Comunicazione tra utente singolo ed Access Point [21] 
 
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Capitolo 2 WLAN, IEEE 802.11, Bluetooth e loro coesistenza
 
Gli AP hanno un’area di copertura limitata, sull'ordine dei 150 metri al coperto e 
300 metri all’esterno. In reti molto estese, come quelle che è possibile realizzare in un 
supermercato o in una università, sarà probabilmente necessario installare più di un AP 
(Figura 2.3). Il posizionamento di tali AP deve essere effettuato mediante un accurato 
studio del luogo in cui si deve implementare la rete. Lo scopo è quello di ricoprire 
uniformemente un’area assegnata, facendo in modo che un utente in movimento non 
incontri mai delle zone non coperte dal segnale. La possibilità degli utenti di potersi 
muovere tra celle relative ad AP diversi è detta roaming e l’handoff tra celle adiacenti 
deve essere del tutto trasparente all’utente. 
 
 
Figura 2.3 Access Point multipli e roaming [21] 
L’amministratore di rete potrebbe scegliere di usare degli Extension Points (EP) 
per ingrandire la rete degli AP (Figura 2.4). Gli EP sono molto simili agli AP, ma non 
sono collegati alla rete cablata come gli AP: il loro compito è quello di estendere l’area 
di copertura della rete, replicando i segnali trasmessi da un utente verso un AP o verso 
un altro EP. Tale dispositivo è in genere usato per passare un segnale da un AP ad un 
utente remoto. 
 
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