Reti wireless – classificazione e panoramica
Dal cavo all'aria: perché il wireless ha cambiato tutto, come lo spettro radio determina copertura e velocità, e come classificare WPAN, WLAN, WMAN e WWAN con tecniche FHSS, DSSS, OFDM e MIMO.
Perché il wireless ha cambiato tutto
Fino a pochi decenni fa, comunicare in rete significava necessariamente essere connessi fisicamente a un cavo. Oggi questa limitazione è diventata l'eccezione: smartphone, sensori industriali, veicoli autonomi, elettrodomestici e infrastrutture urbane comunicano attraverso l'aria, senza alcun collegamento fisico.
Alla base di questa trasformazione c'è un principio fisico semplice: le onde elettromagnetiche possono trasportare informazioni attraverso lo spazio libero. Variando frequenza, potenza di trasmissione, tecniche di modulazione e protocolli, è possibile realizzare reti wireless con caratteristiche radicalmente diverse — da pochi centimetri (NFC) a migliaia di chilometri (reti satellitari).
- Mobilità utenti e dispositivi
- Assenza infrastruttura fisica (cavi, condotti)
- Rapida espansione e scalabilità
- Connettività in luoghi difficili da cablare (magazzini, centri storici)
- Mezzo condiviso — intercettabile senza accesso fisico
- Interferenze con altri dispositivi/reti
- Attenuazione con distanza e ostacoli
- Variabilità prestazioni, latenza
Nel tuo istituto: LIM in Wi-Fi, badge RFID per ingressi, sensori Zigbee per luci, smartphone in 4G, LoRaWAN per contatori. Tutte wireless, ma con portate e requisiti opposti. Senza classificazione rischi di usare Wi-Fi dove basterebbe BLE a basso consumo.
Lo spettro radio — il fondamento fisico
Tutte le tecnologie wireless usano onde radio — una porzione dello spettro elettromagnetico con frequenze comprese tra pochi Hz e centinaia di GHz. La frequenza determina le caratteristiche fondamentali del segnale:
ISM libere (Industrial, Scientific, Medical) – 2.4GHz e 5GHz, 868MHz in EU: nessuna licenza, chiunque può trasmettere, ma interferenze (microonde, Bluetooth, Wi-Fi affollato). Licenziate – 700/800/1800/2600MHz per 4G/5G: l'operatore paga concessione statale, ha diritto esclusivo, garantisce QoS. Scelta tecnologia dipende da questa distinzione.
2.4GHz ha solo 3 canali non sovrapposti (1,6,11). In un condominio con 20 AP vicini, interferenza garantita. Per laboratorio didattico: usa 5GHz o meglio 6GHz (Wi-Fi 6E) per dimostrazioni senza interferenze. Mostra con Wi-Fi analyzer su smartphone.
Classificazione per estensione geografica
Il criterio più usato per classificare le reti wireless è l'estensione geografica coperta. Ogni categoria corrisponde a scenari d'uso, tecnologie e protocolli specifici:
Le quattro categorie in dettaglio
Raggio <30m, basso consumo, bassa velocità. Pensata per dispositivi personali e IoT domestico. Bluetooth Classic (audio), BLE (sensori), Zigbee (domotica), RFID/NFC (badge, pagamenti). Topologia stella o mesh. Batteria che dura anni.
Raggio <100m, alta velocità, consumo medio. Wi-Fi IEEE 802.11 (b/g/n/ac/ax/be). Infrastruttura con AP o ad-hoc. Dominante in casa, scuola, ufficio. Sicurezza WPA2/WPA3, 802.1X + RADIUS in enterprise.
Raggio <50km, banda larga cittadina. WiMAX 802.16 (storico), oggi 5G FWA (Fixed Wireless Access) per portare fibra-like senza cavo. Usata per connettere quartieri, telecamere, backhaul AP.
Copertura globale via operatore. 4G LTE, 5G NR (fino a Gbps, latenza <10ms), LoRaWAN per IoT a lungo raggio (km con batteria 10 anni), satellitare. Richiede SIM/USIM e bande licenziate.
WPAN: badge NFC studenti, tastiere Bluetooth, sensori Zigbee luci. WLAN: Wi-Fi 6 AP per aule (SSID Studenti, Docenti, Guest). WMAN: ponte 5G FWA tra sede centrale e succursale. WWAN: smartphone docenti in 4G per registro elettronico da gita, contatori LoRaWAN acqua.
Tecniche di trasmissione wireless
Per rendere affidabile un mezzo condiviso e disturbato, si usano tecniche sofisticate:
Salta rapidamente tra frequenze (Bluetooth 1600 hop/s). Resistente a interferenze narrowband, difficile da intercettare. Usata in Bluetooth Classic.
Spalma il segnale su banda larga con codice. Resiste a rumore, permette CDMA. Usata in 802.11b, Zigbee.
Divide canale in tante sottoportanti ortogonali parallele. Efficienza spettrale alta, resiste a multipath. Dominante: Wi-Fi a/g/n/ac/ax/be, LTE, 5G.
Usa più antenne TX/RX per flussi paralleli (spatial multiplexing) o robustezza (diversity). Wi-Fi 6 8×8 MIMO, 5G Massive MIMO centinaia antenne → Gbps.
OFDM = divido la banda in tante stradine parallele (efficienza). MIMO = uso più camion su più corsie (capacità). Insieme: Wi-Fi 6 usa OFDMA (multi-utente) + 8×8 MIMO = serve 8 device in parallelo senza collisioni. Fai vedere con 2 router: uno SISO (1 antenna) vs MIMO – differenza throughput iperf3.
Tabella sinottica — confronto tra tutte le tecnologie
| Tecnologia | Portata | Velocità | Consumo | Banda | Uso tipico |
|---|---|---|---|---|---|
| NFC | 4 cm | 424 kbps | Bassissimo | 13.56MHz ISM | Pagamenti, badge |
| RFID UHF | 10 m | 640 kbps | Passivo | 865-868MHz ISM | Logistica magazzino |
| Bluetooth Classic | 10 m | 3 Mbps | Medio | 2.4GHz ISM FHSS | Audio cuffie |
| BLE | 50 m | 2 Mbps | Bassissimo | 2.4GHz ISM | Sensori, beacon |
| Zigbee | 100 m mesh km | 250 kbps | Bassissimo | 2.4GHz ISM DSSS | Domotica |
| Wi-Fi 6 | 100 m | 9.6 Gbps | Medio-alto | 2.4/5/6GHz ISM OFDM+MIMO | Aula, casa |
| LoRaWAN | 15 km | 50 kbps | Bassissimo | 868MHz ISM | Contatori, IoT rurale |
| 5G NR | km (cella) | 20 Gbps | Medio | Licenziata 700-3800MHz + mmWave | Mobile, FWA |
Il problema della sicurezza nel wireless
Il mezzo trasmissivo aperto rende il wireless intrinsecamente più vulnerabile: chiunque con antenna nel raggio può intercettare. Ogni tecnologia integra meccanismi specifici:
| Tecnologia | Autenticazione | Cifratura | Standard sicurezza |
|---|---|---|---|
| Bluetooth / BLE | Pairing (PIN, SSP, ECDH) | AES-CCM 128 bit | Secure Simple Pairing |
| Zigbee | Network/Link Key | AES-128 | IEEE 802.15.4 security |
| Wi-Fi (WPA3) | SAE / 802.1X + RADIUS | AES-CCMP / AES-GCM 256 | WPA3 Personal/Enterprise |
| LoRaWAN | DevEUI + AppKey | AES-128 doppio livello | NwkSKey + AppSKey |
| 5G NR | 5G-AKA (SIM/USIM) | AES, SNOW 3G, ZUC | 3GPP TS 33.501 |
WEP (Wired Equivalent Privacy) si cracca in minuti con aircrack-ng. Mai usare WEP in istituto! Usa WPA2 almeno, meglio WPA3. Anche WPA2-PSK con password "istituto123" è debole: usa SAE (WPA3) o 802.1X con RADIUS per Enterprise.
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Hai 3 piani, 20 aule, 400 device, badge NFC, luci Zigbee, ponte verso succursale 2km. Scegli tecnologie e motiva.
- Per ogni esigenza (badge ingresso, luci, Wi-Fi aule, ponte succursale, contatori acqua) indica WPAN/WLAN/WMAN/WWAN e tecnologia precisa. Motiva portata, consumo, banda.
- Spettro: perché per ponte 2km non usi 2.4GHz ISM ma 5GHz o 5G FWA licenziata? Considera interferenze e QoS.
- OFDM vs MIMO: quanti flussi paralleli servono per 400 device in Wi-Fi 6? Calcola 8×8 MIMO + OFDMA.
- Sicurezza: per Wi-Fi Studenti/Docenti/Guest proponi WPA3-Personal vs Enterprise. Quando serve RADIUS 802.1X?
1) Tecnologie: Badge → NFC (4cm sicuro). Luci → Zigbee mesh (consumo bassissimo, mesh km). Wi-Fi aule → Wi-Fi 6E 6GHz (meno interferenze). Ponte 2km → 5GHz con antenne direttive o 5G FWA licenziata per QoS. Contatori → LoRaWAN 868MHz 15km batteria 10 anni.
2) Spettro: 2.4GHz solo 3 canali non sovrapposti, affollata da Bluetooth, microonde, 20 AP vicini → interferenze. 5GHz 25 canali, meno affollata, più banda. Licenziata 5G FWA garantisce banda riservata, ideale per didattica.
3) OFDM/MIMO: 400 device / 8 flussi MIMO = 50 slot temporali. Con OFDMA, dividi canale in RU: 8×8 MIMO serve 8 device contemporaneamente in stessa RU. Senza MIMO, collisioni e latenza alta.
4) Sicurezza: Studenti/Guest → WPA3-Personal SAE (anti-dictionary). Docenti + segreteria → WPA3-Enterprise 802.1X + RADIUS: autenticazione AD/LDAP, VLAN dinamica (Docenti VLAN 10, Studenti VLAN 20), accounting. Mai WEP!
Riepilogo e concetti chiave
📚 Prossimo passo — WPAN: Bluetooth, Zigbee, RFID e NFC
Ora che hai la panoramica, scendiamo nel dettaglio delle reti personali: Bluetooth Classic vs BLE, piconet/scatternet, Zigbee mesh e NFC.