Approfondimenti

I vantaggi del WiMax

Grande velocità e maggiore copertura. Ma questa tecnologia non va in competizione con il Wi-Fi.

WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) promette di permettere un accesso wireless alla rete con prestazioni pari se non superiori a quelle di un'ottima connessione ADSL e simili a quelle degli attuali standard ufficiali Wi-Fi, entro un raggio nell'ordine di parecchi chilometri dalla stazione base.

Con queste caratteristiche, appare chiaro come diventi fattibile coprire un'intera città con un numero ragionevole di hot spot WiMax (mentre con WiFi ne servirebbero centinaia, senza contare i problemi di sovrapposizione delle frequenze fra access point confinanti), rendendo disponibile l'accesso a larga banda wireless a un bacino di utenza enormemente maggiore rispetto a oggi. Non solo, diventa possibile installare una stazione base WiMax al centro di una zona rurale non “economicamente raggiungibile” dall'ADSL e fornire all'improvviso, a decine o centinaia di siti, un servizio con prestazioni paragonabili a quelle della rete fissa.

Va detto che, in entrambi gli ambiti d'impiego, il WiMax dovrebbe differire in modo netto dal WiFi. Tanto per essere chiari, il WiMax non è l'ennesima evoluzione proprietaria di WiFi un po' più veloce delle precedenti. Anzi, la massima banda teorica che può offrire (indicativamente 70 Mbps) non supera i livelli nominali dichiarati per le più evolute varianti WiFi, per non parlare del velocissimo WiFi 802.11n in arrivo nel 2007.

Per le sue caratteristiche il WiMax è una tecnologia che si presta non tanto per “coprire” la propria casa o il proprio ufficio con una rete wireless più veloce, più sicura, più estesa o più stabile, quanto piuttosto per supportare la fornitura di un servizio commerciale di accesso a Internet a un'utenza numerosa sparsa su un territorio assai ampio. Stiamo infatti parlando di un sistema che, come vedremo meglio fra poco, può raggiungere un raggio di copertura anche di decine di chilometri.

In questo scenario, un'impresa potrà dotarsi di un ricevitore WiMax da interfacciare con la propria LAN per condividere la connessione, proprio come oggi si acquista un modem-router ADSL per lo stesso scopo. Naturalmente, per avere i migliori risultati, l'antenna dev'essere collocata in posizione elevata, possibilmente all'esterno; ciò è vero soprattutto per la stazione base che “illumina” il territorio, che sarà tipicamente collocata sul tetto di un edificio o su un traliccio, come le antenne della rete GSM/UMTS.

In conclusione, per le questioni tecniche e normative, e sia dal punto di vista della ripartizione dei ruoli sia da quello dell'attrezzatura di cui dotarsi, in esercizio il WiMax dovrebbe assomigliare più a una rete telefonica cellulare che al WiFi.
Il gestore è proprietario e responsabile delle stazioni base (per il cui esercizio ha probabilmente dovuto ottenere dallo Stato una licenza a pagamento), mentre l'utente deve procurarsi solo il terminale ed eventualmente corrispondere al gestore un canone per il servizio.

Un caso particolare in cui uno stesso soggetto privato potrebbe dotarsi delle apparecchiature a entrambe le estremità del collegamento WiMax potrebbe essere il mercato enterprise, in cui aziende con sedi dislocate in edifici a media distanza fra loro (e possibilmente senza interposizione di ostacoli) potrebbero costruirsi una rete dati privata dotandosi di un collegamento diretto WiMax punto-punto. Oppure i campus universitari o gli insediamenti industriali, che potrebbero installare un singolo access point WiMax, anziché una decina di access point WiFi, per coprire tutto un vasto complesso.

La comprensione dei vantaggi del WiMax e l'identificazione delle tecnologie “concorrenti” (o meglio dire “complementari”, come vedremo) dipendono dalla visione che si vuol dare di questo nuovo standard, che è sfruttabile in almeno due scenari d'uso completamente diversi fra loro.

Il WiMax per l'utente “nomade”
Se il WiMax viene visto come una tecnologia da applicare al campo dell'accesso in mobilità alla rete dati, allora deve essere paragonato innanzitutto con tecnologie nate nell'ambito delle reti cellulari e che ormai gli smartphone più recenti incorporano sempre più spesso. Queste includono, in particolare, le recenti EDGE e UMTS e l'ultimissima evoluzione di quest'ultima, l'HSDPA, che alcuni operatori hanno ribattezzato con nomi commerciali come “Super UMTS” (Vodafone), “ADSM” (Tre) o “UMTS Hi-Speed” (Tim).

Inoltre, se con “accesso in mobilità” intendiamo non tanto “su veicolo” ma semplicemente “fuori sede” o “in luogo pubblico attrezzato”, un'altra tecnologia applicabile e concorrente, anch'essa supportata da palmari e smartphones nonché laptop, è ovviamente il WiFi, che nelle attuali versioni 802.11b/g raggiunge rispettivamente 11 e 54 Mbps teorici.

Il WiFi può raggiungere prestazioni ancora superiori, con le numerose soluzioni di accelerazione non standard a 100, 108, 125 Mbps proposte dai vari produttori (Turbo G, G+, High Speed Mode, pre-N, MIMO); fra non molto farà la sua comparsa lo standard ufficiale 802.11n in versione definitiva, che dovrebbe decuplicare le prestazioni rispetto allo standard 54 Mbps garantendo però un contesto di standard interoperabili.

In questo ambito applicativo, rispetto al WiFi il principale punto di forza del WiMax consiste nella copertura territoriale nettamente più ampia rispetto a quanto possibile con il WiFi (dell'ordine dei chilometri anziché poche decine di metri), il che permette, da un'unica installazione, di offrire il servizio non soltanto nella hall di un albergo o nella sala d'attesa di un aeroporto, ma in un campus universitario, in un quartiere, in una cittadina o anche in una ampia zona rurale.

È chiaro comunque che le prestazioni ottimali si hanno in assenza di ostacoli fra stazione base e utente (questa situazione di visibilità diretta è definita Line Of Sight, LOS): nello scenario opposto, quando cioè vi siano palazzi, alberi e altri ostacoli (Non Line of Sight, o NLOS) il segnale si attenua e si riducono sia la banda sia la massima distanza operativa.

Rispetto alle tecnologie cellulari 3G e 3,5G invece il WiMax offre una velocità superiore a quella possibile con l'UMTS e con l'HSDPA (fino a 70 Mbps nominali contro, rispettivamente, 2 e 10 Mbps), entro un raggio operativo dell'ordine dei chilometri, e velocità simmetrica in download e in upload. Tuttavia, la copertura territoriale delle reti cellulari è tale che anche nello scenario più favorevole il WiMax impiegherà anni prima di poter essere altrettanto onnipresente.

Pertanto è ragionevole attendere un futuro nel quale, per l'accesso alla rete, un terminale userà, se disponibile, una tecnologia WiFi o WiMax, “ricadendo” (fall-back) su HSDPA o UMTS come soluzione di riserva. Questa è esattamente una delle ipotesi sul funzionamento dei dispositivi di comunicazione mobile di quarta generazione (4G), in parole povere gli smartphone del dopo-UMTS: terminali multistandard in cui il WiMax potrebbe colmare il gap fra le alte prestazioni del WiFi, circoscritte in pochi metri quadrati, e le prestazioni relativamente basse, ma disponibili praticamente ovunque, della rete cellulare UMTS/HSDPA.

Così come oggi il mercato offre delle schede PCMCIA per portatili comprendenti sia la circuiteria WiFi sia quella UMTS, in futuro questi prodotti supporteranno anche WiMax e HSDPA. Non a caso, già a dicembre 2006, Intel ha già mostrato un prototipo di piattaforma Centrino con connettività dati “a tre vie”: WiMax, WiFi 802.11n e HSDPA. Un mix capace di assicurare le massime prestazioni in quasi tutti gli scenari d'uso immaginabili. L'integrazione di queste funzioni nei notebook dovrebbe avvenire nel 2007-2008, ma già fra non molto saranno disponibili schede di espansione per portatili come soluzione “ponte”.

Il WiMax per l'utente fisso
Se invece si considera il WiMax come una tecnologia per il cosiddetto “ultimo miglio” (last mile), ossia per fornire a postazioni fisse (case e uffici) l'accesso a larga banda a Internet, allora le principali tecnologie concorrenti si chiamano ADSL (fino a 8 Mbps in download), ADSL2+ (24 Mbps) e fibra ottica (velocità limitata principalmente dalle scelte tecniche e commerciali del gestore). Tutte queste tecnologie si basano su un'infrastruttura a cavo e permettono di realizzare una rete con ampia capacità complessiva, ma hanno limitazioni e svantaggi:

• L'ADSL/ADSL2+ ha prestazioni tanto peggiori quanto maggiore è la distanza percorsa dal cavo in rame fra la centrale telefonica e la sede dell'utente; oltre i 2-3 km di distanza le prestazioni degradano in modo drastico. Questo limite non è particolarmente severo in ambito urbano in cui la densità abitativa fa sì che tipicamente la centrale disti al massimo poche centinaia di metri dal domicilio, ma nelle zone rurali o montane le distanze in gioco possono facilmente essere incompatibili con un buon funzionamento.
• La rete in fibra ottica garantisce prestazioni molto elevate anche su grandi distanze, ma deve essere realizzata da zero con notevoli investimenti, a differenza dell'ADSL/ADSL2+ che sfrutta i cavi telefonici già installati. Esistono già da anni tecnologie wireless alternative all'accesso basato su cavo: in particolare l'accesso via satellite e la tecnologia LMDS basata a terra.
• La tecnologia satellitare per l'accesso a Internet permette al gestore di offrire “improvvisamente” una copertura pressochè totale di enormi aree di territorio, ma la banda disponibile è condivisa fra tutti gli utenti che risiedono nell'area “illuminata” dal satellite; inoltre risulta veloce solo il download che avviene tramite parabola, mentre l'upload si fa via telefono, con basse prestazioni, alti costi e necessità di avere comunque accesso alla rete fissa.
• La tecnologia LMDS (Local Multipoint Distribution Service) prevede l'installazione a terra, in luogo elevato, di una antenna che copre un settore di territorio con un raggio di circa 2-3 km. Entro quest'area è possibile servire un certo numero di postazioni con prestazioni anche molto elevate (decine o centinaia di Mbps). Questa tecnologia finora ha avuto successo solo in applicazioni particolari, come la realizzazione di VLAN fra gli edifici che ospitano le sedi di una stessa organizzazione in un centro urbano, ma in un certo senso rappresenta l'antesignana del WiMax.

Normative, prestazioni e sicurezza
Il vero nome dello standard WiMax è IEEE 802.16, una famiglia di standard comprendente la norma 802.16-2004 (per l'impiego come tecnologia di accesso broadband per utenti fissi) e la più recente 802.16e (per l'accesso broadband mobile). Questa tecnologia radio può lavorare su diverse bande di frequenza ma in Europa è quasi certo che si adotterà la banda dei 3,5 GHz (per avere un riferimento, i telefoni UMTS lavorano tipicamente fra 1,9 e 2,1 GHz, mentre WiFi e Bluetooth arrivano a 2,4 GHz).

In Italia, in particolare, la banda dei 3.5 GHz era riservata al Ministero della Difesa per installazioni radar fisse e mobili e altri sistemi di comunicazione. Tuttavia, per velocizzare il decollo delle applicazioni commerciali, fin dall'inizio del 2005 è stato reso disponibile un certo numero di canali per sperimentazioni tecniche in varie aree del Paese. Coerentemente con questa impostazione, a fine dicembre 2006 è stato poi annunciato un accordo fra il Ministero della Difesa e quello delle Comunicazioni in base al quale, nei prossimi cinque anni, saranno gradualmente resi disponibili in via definitiva vari lotti di frequenze da destinare espressamente al WiMax.

I risultati delle sperimentazioni hanno dimostrato, com'era prevedibile, che come tutte le tecnologie radio il WiMax è uno standard con notevoli potenzialità, ma anche altamente sensibile alle condizioni di propagazione, specialmente per quanto riguarda la presenza di ostacoli fra le parti.

Molto dipenderà anche dalle scelte definitive che saranno fatte a livello normativo per quanto riguarda numero e ampiezza dei canali radio destinati al WiMax. Data la limitata disponibilità di frequenze, le sperimentazioni sono state effettuate per lo più usando canali ampi solo 3.5 MHz (per avere un termine di paragone si consideri che i canali del comune WiFi sono ampi ben 22 MHz), ma per quando il WiMax entrerà in servizio commerciale, alcuni operatori hanno fatto sapere di ritenere necessari canali più ampi, per poter raggiungere un adeguato livello di prestazioni.

Va anche ricordato che le due principali promesse del WiMax (banda fino a 70 Mbps e distanze di decine di chilometri) potrebbero rivelarsi “in concorrenza” fra loro, nel senso che è probabile che, a seconda delle applicazioni e delle esigenze, si debba scegliere se privilegiare la banda o la distanza. A titolo di riferimento, in condizioni pratiche d'impiego appare realistico aspettarsi velocità effettive dell'ordine di 10 Mbps su distanze di circa 10 km, con possibilità di supportare distanze maggiori a minor velocità oppure di supportare una banda maggiore su distanze più brevi.

È quindi significativo che pur in questa fase pioneristica, e con le limitazioni citate, nei numerosi scenari di sperimentazione siano state misurate velocità effettive di trasferimento dati dell'ordine di diversi Mbit/s su distanze dell'ordine dei chilometri: un risultato decisamente incoraggiante e ben fuori dalla portata del WiFi, rispetto al quale infatti il WiMax va visto come complementare e non come alternativo.

Un aspetto importante di cui si è tenuto conto nella definizione degli standard è ovviamente quello della sicurezza. Come in ogni tecnologia di comunicazione radio, infatti, è potenzialmente sempre presente il rischio di subire intercettazioni e intrusioni. Ma se nel caso del WiFi, a causa della copertura a corto raggio, l'attacker deve portarsi molto vicino all'access point, con il WiMax il territorio da cui può partire un attacco può avere un raggio di decine di chilometri e comprendere migliaia di edifici e di persone (alcune delle quali potenzialmente malintenzionate).

È chiaro che questo moltiplica a dismisura il numero di possibili minacce e rende estremamente difficile l'individuazione degli attaccanti: la tecnologia quindi deve essere resa intrinsecamente sicura con opportune tecniche di cifratura. Per questo per la protezione della comunicazione WiMax è previsto l'impiego di algoritmi crittografici estremamente “forti” come AES o anche il Triple-DES.

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