Caratteristiche e differenza tra rete mesh e rete ah-hoc in informatica
Che cos’è una mesh network
Le tecnologie radio sviluppate nel corso degli anni sono molto diverse tra loro, ma il modello di rete largamente utilizzato finora è quello delle reti di accesso wireless in cui il collegamento senza fili è solo l’ultimo tra il terminale dell’utente e una stazione di accesso, denominata stazione radio base o access point (AP) in base alla tecnologia. Il resto della rete dietro la stazione d’accesso è costituito da collegamenti punto-punto quasi sempre cablati che costituiscono uno dei costi più rilevanti dell’intera infrastruttura di rete e il limite principale allo sviluppo della sua capacità di traffico verso sistemi a larghissima banda. L’infrastruttura cablata rappresenta la principale voce di costo negli scenari micro-cellulari necessari per i servizi a larga banda, in molte applicazioni che richiedono il collegamento di numerosi punti di raccolta informazioni (come nei sistemi di videosorveglianza, monitoraggio ambientale, automazione industriale, ecc.) e quando lo scenario rende particolarmente complesso posare dei cavi (edifici storici, aree protette, manifestazioni temporanee, ecc.). Inoltre, il cablaggio richiede tempi di realizzazione normalmente elevati che sono non solo negativi in sé, ma spesso possono creare disagio alle attività che si svolgono nell’area. Per queste ragioni, negli ultimi anni la ricerca scientifica si è concentrata nella ricerca di una soluzione che consenta di sostituire in tutto o in parte l’infrastruttura cablata con una rete anch’essa wireless come quella d’accesso. Il wireless mesh networking, che si è recentemente affacciato sul mercato, rappresenta il frutto di questo lavoro di ricerca e la nuova frontiera delle reti wireless.
La caratteristica principale di questa tecnologia è l’estrema adattabilità alle condi- zioni operative che consente di creare velocemente la rete e di limitare al minimo le operazioni di gestione degli apparati, apparati che devono essere in grado di configurarsi autonomamente e di reagire velocemente ad ogni cambiamento del sistema (guasti di apparati o collegamenti, modifiche delle condizioni di propagazione, mutate condizioni di traffico, ecc.). In molti ambiti applicativi il mesh networking rappresenta oggi un nuovo paradigma di interconnessione in grado di superare i limiti delle tecnologie wireless tradizionali da un lato e dell’approccio IP tradizionale dall’altro.
La banale sostituzione di alcuni collegamenti dell’infrastruttura di rete cablata delle reti wireless d’accesso con collegamenti radio punto-punto di per sé non è definibile come mesh networking. Non sono propriamente mesh neanche le reti Wi-Fi con Wireless Distribution System (WDS) costituito da collegamenti radio gestiti a livello 2 con tabelle di inoltro statiche normalmente configurate manualmente, e neppure soluzioni basate su ponti radio (di qualunque tipo) con infrastruttura di rete IP. Le reti wireless mesh sono una tecnologia evoluta che si basa sui nuovi protocolli ed algoritmi di controllo che costituiscono il nuovo paradigma di networking wireless.
I dispositivi di rete (mesh router) devono essere in grado di configurarsi in modo automatico e di adattarsi autonomamente alle condizioni operative. I protocolli di rete devono gestire l’instradamento in modo dinamico scegliendo il miglior percorso in base alle condizioni di propagazione/interferenza e alle frequenze utilizzate. Tutti o alcuni dei dispositivi di rete devono poter svolgere in modo flessibile le funzioni di stazione di accesso wireless fornendo copertura ai terminali utente. Uno o più dispositivi devono fungere da gateway verso internet ovvero da termine della rete mesh.
Differenza tra rete mesh e una rete ah-hoc
Viene creata spesso confusione nella differenza tra una rete mesh e una rete ah-hoc. La differenza sta nel fatto che in una rete ad-hoc tutti i nodi sono paritari e devono avere piena capacità di routing, in una rete mesh invece la backbone è costituita da nodi chiamati mesh router che sono i soli a dover essere capaci di instradare i pacchetti, i nodi utente sono quindi esonerati da questo compito. La confusione deriva dal fatto che generalmente le reti mesh vengono considerate come reti ad-hoc in virtù del fatto che le tecnologie e le tecniche sviluppate per le reti ad-hoc vengono utilizzate anche nelle reti mesh. In realtà è più ragionevole considerare le reti ad-hoc come un caso specifico di una rete mesh e non il contrario. Infatti, come è stato precedentemente evidenziato, le reti mesh beneficiano di una componente di infrastruttura formata dai mesh router che garantisce maggiore robustezza alla rete e fa sì che il carico sugli end point sia minore, componente non presente nelle reti ad-hoc.
Esistono diversi modi per creare la connettività tra i mesh router (spesso chiamata backhaul) e contemporaneamente fornire connettività ai nodi utente. Le principali modalità sono principalmente tre. Nel primo caso la backhaul e la connettività verso i nodi utente vengono create da una stessa interfaccia wireless su un unico canale; nel secondo caso le due connettività vengono create da due interfacce radio diverse che lavorano su canali diversi (nel caso della figura addirittura in bande diverse) ma la backhaul viene instaurata sullo stesso canale, quindi non può esserci ricezione e trasmissione simultanea; nel terzo caso la backhaul viene creata da un gestore dei canali radio che riesce ad evitare l’interferenza permettendo la potenziale ricezione e trasmissione simultanea. Il problema principale che si presenta nella prima e nella seconda situazione è che il bitrate della connessione viene condiviso tra i tanti nodi nello stesso raggio di interferenza e ciò comporta l’impossibilità di una ricezione e trasmissione simultanee. Questo fa sì che per ogni hop successivo al primo la banda disponibile venga dimezzata.
Un altro problema che affligge le reti mesh del primo tipo (con una singola interfaccia radio per mesh router) è la condivisione della banda. Come in ogni rete Wi-Fi l’accesso al mezzo è regolato dalla DCF (Distributed Coordination Function) adattamento per reti radio del classico CSMA (Carrier Sense Multiple Access). Un nodo non può trasmettere se sente un’altra trasmissione in atto per non causare collisioni, quindi ogni nodo che voglia trasmettere deve attendere di trovare il canale libero. Se la backhaul e la connessione con i nodi utente lavorano sullo stesso canale, tutti per trasmettere dovranno condividere la stessa banda. Se ogni mesh router dà connettività a C nodi utente, ad ogni hop la banda viene divisa per C + 1 (le connessioni con gli utenti più la connessione della backhaul), perché ogni volta la connessione verso il mesh router successivo deve ospitare le C + 1 connessioni precedenti.
