Un argomento su cui vorrei intrattenervi in questo articolo è quello della comunicazione …. su reti “Ad Hoc”

Ovviamente non andrò a scomodare i linguisti per spiegare cosa intendiamo per comunicazione ma mi limiterò a dire che con questo termine intendiamo qualsiasi sistema o modalità che consenta di spostare nello spazio e/o nel tempo delle informazioni.

Affinchè un processo di comunicazione possa realizzarsi sono sempre richiesti alcuni elementi:

• uno o più sorgenti/destinazioni dello scambio informativo
• un “mezzo” attraverso il quale il flusso delle informazioni possa avvenire
• delle “regole” secondo cui si possa svolgere la comunicazione

 

Noi radioamatori conosciamo benissimo il modo di comunicare usando la radio: sappiamo come a seconda delle frequenze utilizzate si possano o meno fare dei collegamenti, semmai a certe ore anzichè ad altre….

Sappiamo anche che spesso il problema non è semplicemente comunicare… ma comunicare bene e sempre... è questa la grossa differenza tra la comunicazione per uso hobbistico e le comunicazioni di tipo commerciale o professionale.

Per riuscire a realizzare dei sistemi di comunicazione “fidabili” sappiamo che è necessario creare delle infrastrutture che chiamiamo “reti” il cui scopo è consentire di realizzare delle comunicazioni affidabili, anche se si usano dei sistemi di per se non troppo affidabili: un esempio sono i sistemi radiomobili che pur utilizzando le onde radio che anche noi radioamatori usiamo, riescono a realizzare delle comunicazioni affidabili (… abbastanza…)  anche dove noi radioamatori non riusciamo…

La piccola-grossa differenza è che dietro alla parte radio delle reti radiomobili ( le cosiddette “base stations” ) c’è una grossa infrastruttura fatta di apparecchiature, cavi, impianti che interconnettono le vere e proprie stazioni radio tra loro permettendo di rendere affidabile la comunicazione.

In sintesi le reti sono sostanzialmente un modo per stabilizzare e rendere affidabili le comunicazioni ( oltre a tanti altri attributi e caratteristiche).

Creare delle reti è qualcosa di decisamente complesso e soprattutto  costoso… in certi casi i costi sono tali da rendere infattibile una qualsiasi rete: pensate per esempio una rete per comunicare nel deserto del sahara .. o una reti di comunicazione per un esercito impegnato in una guerra in un territorio nemico….

In tutte queste situazioni al limite del “normale” si pongono una serie di problemi che portano ad affrontare il tema delle reti in un modo estremamente particolare: mentre per le reti “fisse” di parla di “infrastruttura” per queste reti “imprevedibili” si parla di reti “ad hoc”.

La differenza tra le due tipologie di reti è fondamentalmente legata appunto alla impossibilità di creare una “infrastruttura” e ci si deve “arrangiare” inseguendo una situazione continuamente variabile in termini di risorse coinvolte nella comunicazione e di “posizionamento” degli attori coinvolti nella comunicazione.

La radio in questo campo la fa da padrona: infatti la radio per sua natura non richiede per la comunicazione un “mezzo confinato”  ovvero dei cavi, ma è sufficiente utilizzare le caratteristiche di trasferimento dello spazio-vuoto ( il famoso etere…) ….

A livello scientifico esiste un floridissimo  filone di ricerca che affronta appunto questo tipo di reti: l’acronimo più comunemente utilizzato è MANET che sta per Mobile Ad Hoc Networks. Il termine latino “Ad Hoc” sta proprio ad indicare un tipo di rete in cui non esiste una “infrastruttura”, ma la comunicazione viene continuamente riorganizzata “ad hoc” ovvero così come serve al momento.

Un esempio può servire a meglio chiarire il discorso:  tutti conosciamo come funzionano le reti WiFi che usiamo ormai comunemente per accedere ad internet..

Ci sono una serie di access points (AP) collegati alla rete internet ( realizzata per es. con la tecnologia ADSL che sfrutta i cavi telefonici e la rete fissa di Telecom o di altri gestori).

Con il nostro telefonino ci colleghiamo all’access point più vicino e, se conosciamo le credenziali, entriamo su internet tramite la linea ADSL a cui l’access point a cui ci siamo agganciati è collegato.

Se la linea ADSL è down o se l’access point si rompe… siamo fregati !

E’ questo un esempio di sistema di comunicazione basato sul concetto di “infrastruttura”: se per es. l’access point non funziona, tutti i suoi terminali sono out….

Il punto debole delle reti di tipo infrastrutturale è appunto la “robustezza” ovvero la “resilienza”, oltre al fatto che richiedono appunto “una infrastruttura” che ha i suoi costi.

Immaginiamo come alternativa una rete in cui anzichè avere degli access points semplicemente collegati a delle linee ADSL a cui smistano tutto il traffico affinchè sia poi la rete ADSL a farci collegare con gli altri,  si abbiamo invece dei dispostivi, simili ad un access point, ma che abbiano la capacità di capire da soli come smistare i messaggi verso i destinatari senza doversi appoggiare necessariamente a delle risorse esterne tipo le linee ADSL….

Indubbiamente il discorso non è semplice….  ma può funzionare se è opportunamente organizzato...

Tutto il lavoro fatto e che si continua a fare sulle reti ad hoc serve proprio a rispondere a questa esigenza!

Le reti radio di tipo MESH rientrano in questo filone di reti e ne rappresentano una delle applicazioni più interessanti e tipiche.

Quello che rende particolarmente interessanti le reti ad hoc e quindi anche le reti MESH è appunto la possibilità di realizzare delle soluzioni di comunicazione estremamente affidabili e con costi di realizzazione significativamente bassi se confrontati alle reti tradizionali di tipo infrastrutturale.

Ovviamente nulla esclude che una rete MESH possa poi collegarsi ed integrarsi con delle altre reti anche di tipo infrastrutturale:  è proprio questo il tema più interessante per tutte quelle situazioni quali ad es. la gestione delle emergenze, in cui esistono delle zone “disastrate” all’interno di un sistema semmai ancora integro.

Per tutte le reti MANET i problemi che tipicamente vanno affrontati e risolti possono essere così riassunti:

• problemi di creazione della topologia ovvero scoperta del posizionamento e del collegamento tra i nodi; quest’area include i meccanismi per la scoperta “dei nodi vicini” e  per lo smistamento delle informazioni tra nodi,
• problemi di controllo della topologia, ovvero di come un nodo si relaziona ai nodi vicini e come sceglie i nodi a cui “apparentarsi” allo scopo di ottimizzare i flussi di comunicazione ( clustering) e minimizzare il consumo di risorse ( per es. consumo di eventuali batterie per l’alimentazione…)
• problemi di “routing” ovvero di come far transitare la comunicazione attraverso altri nodi allo scopo di raggiungere nodi  non direttamente a lui collegati.
• problemi di “multicasting o broadcasting” ovvero come fare a far si da far arrivare delle informazioni a tutti o a un insieme di nodi della rete con il minimo di dispendio in termini di risorse.
• regole di trasporto dell’informazione, ovvero con quali “protocolli” riuscire a comunicare tra le varie entità della rete.
• regole di sicurezza della comunicazione, ovvero come garantire che la comunicazione possa avvenire in maniera sicura per quanto riguarda i suoi contenuti e le sue origine/destinazione.
• aspetti di consumi energetici in quanto i tipici scenari di utilizzo di queste reti sono in situazioni in cui non esistono necessariamente delle sorgenti di energia abbondanti o fidabili.
• aspetti relativi alle applicazioni, ovvero come far sì che una rete ad hoc possa consentire lo svolgimento di diverse applicazioni anche non necessariamente note all’atto della creazione della rete.

 

Come si può notare l’enfasi principale non è tanto sul come due nodi vicini parlano tra loro, ma soprattutto  su come un insieme di nodi si organizza per poter aiutare gli altri nodi a comunicare tra loro anche se non direttamente collegati.

Questa osservazione spiega come sia possibile per es. per noi radioamatori sfruttare della apparecchiature create per realizzare degli access points e riprogrammarle per realizzare delle reti mesh: in pratica si sfrutta tutto il livello basso della comunicazione e si va ad incidere sui livelli più elevati che sono tipicamente gestiti a livello SW piuttosto che a livello HW.