Dalla ricerca accademica al successo commerciale
di Umberto Malesci
Nate negli anni Sessanta da ricerca finalizzata a scopo militare, le reti di tipo mesh stanno riscuotendo ultimamente un notevole successo sia in campo accademico sia in quello commerciale per poter creare network affidabili e rapidamente installabili per le applicazioni più disparate, dalla ricerca scientifica su rare specie di uccelli, alla video-sorveglianza urbana, passando per la copertura Wi-Fi di intere metropoli.
Ma come è fatta una rete mesh? Una rete di questo tipo è caratterizzata da un’architettura a maglia, che si contrappone alla tipica architettura a stella con access point e unità client delle reti Wi-Fi. Inoltre, in una rete mesh ogni apparato è allo stesso tempo in grado di trasmettere, ricevere e inoltrare pacchetti dati che possono anche provenire da altri apparati in campo. Molto spesso la rete mesh è formata da veri e propri router wireless, ognuno dei quali è in grado di individuare la posizione della stazione base (chiamata spesso gateway o nodo radice) e il percorso ottimale per raggiungerla.
Una delle caratteristiche principali delle reti mesh è la loro affidabilità dovuta alla capacità di gestire in maniera dinamica il malfunzionamento sia di collegamenti radio (dovuto per esempio alla presenza di interferenze) sia di componenti hardware della rete. Uno dei vantaggi da sempre riscontrati nell’architettura mesh è l’assenza di un singolo point of failure. Infatti l’architettura di una rete mesh ricorda molto da vicino quella di Internet, dove ogni router monitora in maniera dinamica i differenti percorsi disponibili per raggiungere una determinata destinazione, selezionando poi in tempo reale il percorso ottimale per raggiungerla. Tuttavia, la grande differenza con Internet è il mezzo di trasmissione radio, caratterizzato da un altissimo tasso di errore medio se paragonato alla connessione in fibra ottica tra due router Internet. Questa peculiarità ha reso necessario lo sviluppo di protocolli di routing ottimizzati per il mondo wireless che tengano in considerazione la qualità dei collegamenti radio e il tasso di errore.
Tipologie di reti mesh
A oggi esistono molti tipi diversi di rete mesh che si differenziano fra loro per banda disponibile, frequenza utilizzata, tipologia di hardware impiegato e soprattutto applicazione. La maggior parte degli apparati mesh possono essere suddivisi in due principali categorie:
– Mesh Network per voce/video/dati nelle bande 2,4 GHz e 5 GHz;
– Sensor Networks.
I primi sono mesh networks liberi da licenza, apparati che operano solitamente a 2,4 GHz e a 5 GHz. Questi apparati creano reti che forniscono una banda passante che va da qualche centinaio di Kbit/sec a qualche decina di Mbit/sec e vengono utilizzati soprattutto per le reti cittadine e rurali e per utilizzi legati alla pubblica sicurezza (per esempio video-sorveglianza urbana), ma anche per superare il digital-divide in aree dove mancano collegamenti a larga banda.
I sensor networks sono invece reti mesh di sensori miniaturizzati di dimensioni che vanno da quella di una moneta a quella di un telefono cellulare e sono al momento una tecnologia meno matura rispetto alle reti mesh Wi-Fi. Oltre a numerose attività legate alla ricerca accademica, gli utilizzi commerciali delle reti di sensori sono oggi limitati e soprattutto focalizzati al monitoraggio ambientale e industriale. L’alimentazione solo a batteria dei sensori è indubbiamente la maggiore sfida tecnologica su cui stanno lavorando numerosi centri di ricerca tra cui i principali sono il Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) del MIT, il Laboratorio di Ricerca di Intel a Berkeley, in California, e la stessa Università della California, a Berkeley.
Standard nelle reti mesh
Anche se è in corso uno sforzo di standardizzazione dei protocolli mesh da parte dello IEEE, al momento tutti i produttori di apparati mesh utilizzano standard proprietari sviluppati internamente e non compatibili fra loro. Gli standard proprietari da un lato rendono difficile l’interoperabilità di apparati di differenti costruttori, ma, dall’altro, stanno portando alla nascita di prodotti che, basandosi su hardware differenti e sfruttando protocolli custom, vanno a soddisfare diverse nicchie di mercato. Da un lato alcune aziende si stanno focalizzando su apparati compatibili Wi-Fi per reti cittadine, dall’altro altre aziende ne stanno sviluppando altri a bassissimo costo per le cosiddette wireless communities senza scopo di lucro. Ci sono poi aziende focalizzate su applicazioni speciali o di nicchia come la video-sorveglianza e lo streaming video per il controllo del territorio.
Origine delle reti mesh in ambito militare
Per la loro innata affidabilità e flessibilità le reti mesh sono un argomento di studio in ambito accademico e militare fin dagli anni Sessanta. Come per molte altre tecnologie, anche le reti mesh sono nate negli Stati Uniti da progetti finanziati da DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) a scopo prettamente militare. Il Pentagono è infatti da sempre interessato a poter creare reti dati wireless per connettere fra loro mezzi militari sul campo di battaglia senza che la distruzione di uno o più di questi mezzi possa portare all’inaffidabilità della rete. Da qui l’interesse per i network mesh, dove non esiste un apparato master che possa diventare il target del nemico: tutta la rete è invece formata da apparati tra loro paritetici e quindi la distruzione di uno degli apparati porta soltanto alla riconfigurazione della topologia della rete.
Le reti mesh nel mondo accademico e gli spin off del MIT
Le reti mesh sono state e sono tuttora oggetto di grande interesse nel mondo accademico, dove numerosi progetti di ricerca ne hanno studiato le caratteristiche e le performance sviluppando anche dei veri e propri network cittadini al fine di validare gli algoritmi sviluppati.
Indubbiamente uno dei centri di eccellenza in questo campo è stato il MIT con numerosi progetti dai quali sono anche nate aziende di successo. In particolare il progetto Roofnet del gruppo di ricerca del prof. Robert Morris, attualmente associate professor al Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory del MIT, ha ottenuto fama mondiale creando una rete mesh che copre buona parte delle città di Cambridge facendo condividere la banda larga a numerosi appartamenti.
Due sono le principali aziende legate al mesh fondate recentemente da ex-studenti e dottorandi del MIT: Meraki Networks, con sede a Mountain View, California, e l’italo-americana Fluidmesh Networks, con sede a Boston e Milano. Meraki Networks, fondata nel 2006 dagli studenti che avevano sviluppato Roofnet al MIT e attualmente finanziata da Google e dal prestigioso fondo di venture capital Sequoia, è focalizzata nel creare reti mesh con apparati a bassissimo costo principalmente per applicazioni legate alle cummunity networks. Fluidmesh Networks invece, fondata all’inizio del 2005 da due studenti italiani del MIT insieme a due colleghi del Politecnico di Milano, è specializzata in reti mesh per applicazioni di sicurezza e video-sorveglianza e vanta numerose installazioni in Europa, Stati Uniti, America Latina e Australia.
Municipal wireless, digital divide e reti mesh
Sicuramente al momento la principale applicazione commerciale delle reti mesh sono i network cittadini e rurali per combattere il digital divide. Molte città, principalmente negli Stati Uniti, stanno creando reti mesh che coprono l’intera superficie cittadina per fornire, talvolta gratuitamente e talvolta a pagamento, connessione a Internet alle forze di polizia e alla popolazione, soprattutto in quelle aree disagiate a basso reddito dove gli operatori di telecomunicazioni non ritengono profittevole portare la connessione a larga banda ADSL o in fibra. Numerose sono al momento le città che si stanno attrezzando con reti mesh di tipo Wi-Fi. Tra le principali troviamo Philadephia, San Francisco, Santa Monica, Austin, New York e Boston.
In Europa le reti cittadine non stanno prendendo molto piede a parte piccoli progetti pilota, come per esempio è avvenuto nella City di Londra. La tecnologia mesh sta tuttavia riscuotendo grande successo nelle aree rurali, dove non è ancora presente la banda larga. Le reti mesh consentono di connettere facilmente gli edifici comunali tra loro, ma non solo: anche scuole, aziende e privati possono condividere la banda larga che di solito viene erogata e gestita da un WISP (Wireless Internet Service Provider). Le reti mesh consentono una più facile configurazione ed erogazione della banda rispetto alle precedenti tecnologie punto-punto e punto-multipunto.
Le comunità wireless senza scopo di lucro
Molte comunità wireless sono nate da progetti universitari e amatoriali seguendo il successo del progetto Roofnet del MIT e si sono spesso basate su progetti di software open source per apparati mesh. Il concetto principale da cui nascono è la condivisione della banda Internet tra vicini di casa: ogni utente monta un apparato wireless mesh sul proprio tetto e sul proprio balcone, apparato che si va a connettere a quello dei propri vicini creando una rete a maglia e consentendo la condivisione della banda. Tale approccio è particolarmente interessante quando si tratta di una comunità dove la banda larga via ADSL non è presente ovunque e dove quindi la condivisione consente di estendere la copertura presente.
Le communities, come anche le reti municipali, vanno però spesso a toccare gli interessi commerciali delle aziende di telecomunicazioni che hanno investito ingenti somme di denaro negli ultimi 10-15 anni per creare reti cellulari, in fibra e ADSL. Vi è quindi spesso una lotta più o meno esplicita da parte delle aziende di telecomunicazioni verso questo tipo di iniziative.
La video-sorveglianza urbana e le reti mesh
L’innata affidabilità e ridondanza delle reti mesh non le ha solo rese interessanti per gli organismi militari, ma ultimamente ne ha anche decretato il successo nel campo della sicurezza fisica e soprattutto della video-sorveglianza urbana. L’attuale successo del controllo del territorio video da parte delle pubbliche amministrazioni locali di tutto il mondo e le difficoltà di scavo in molte aree urbane ha reso le reti wireless mesh la soluzione ottimale quando un comune vuole poter installare telecamere sul proprio territorio senza però dover incorrere in enormi costi di scavo e cablaggio. Le reti mesh consentono di fornire una soluzione affidabile perché sono in grado di scegliere dinamicamente tra numerosi percorsi diversi la modalità di raggiungimento della sala controllo, spesso situata presso la stazione della polizia locale. Al momento numerosi sono i siti che sfruttano la tecnologia mesh per lo streaming video: tra i più noti in Italia ci sono la città di Como, l’aeroporto di Firenze e l’autorità portuale di Venezia. Nel mondo troviamo numerose città soprattutto nel Regno Unito e negli Stati Uniti, dove New Orleans è stata la prima ed è anche quella che vanta il network più complesso, creato per fronteggiare l’aumento del crimine dopo il passaggio dell’uragano Katrina.
Il wireless mesh di domani: sfide per il futuro
L’avvento del Wi-Fi porta molte persone a discutere sulla sostenibilità della rete mesh in futuro. Tuttavia, un’attenta analisi dell’attuale modello di business proposto per il WiMax, può far capire come quest’ultimo sarà una tecnologia principalmente in mano agli operatori di telecomunicazioni, come oggi può essere la tecnologia ADSL. Il wireless mesh rimarrà quindi la soluzione per tutti quegli enti quali comuni, forze di polizia, campus universitari, ospedali e grandi aree industriali che vogliano creare una propria infrastruttura wireless privata e gestita internamente. Allo stesso tempo, il wireless mesh si aprirà sicuramente in due direzioni, oggi oggetto principalmente di ricerca accademica: da un lato le applicazioni caratterizzate da mobilità ad alta velocità, come quelle legate ai mezzi di trasporto; dall’altro tutte le applicazioni di reti di sensori miniaturizzati a batterie, che raggiungeranno a breve il mercato di massa, consentendo un più facile monitoraggio di moltissime reti come quelle idriche, oggi oggetto di molte polemiche dovute agli sprechi non misurabili.
Due casi reali in Italia
Rete Mesh per l’Ospedale di Busto Arsizio
wHospital (wireless Hospital) è il progetto che, presso l’Ospedale di Circolo di Busto Arsizio (VA), gestisce il processo di cura dei pazienti ospedalieri in modo completamente digitale, tramite terminali mobili TabletPC che sfruttano una rete wireless mesh.
Il progetto nasce nell’ottobre del 2003 grazie alla collaborazione di It2b Srl, azienda incubata presso l’Acceleratore d’Impresa del Politecnico di Milano, con il Gruppo di Automatizzazione e Organizzazione Sanitaria del Dipartimento di Bioingegneria del Politecnico di Milano, con l’animazione di Polo Scientifico Tecnologico Lombardo Spa e il supporto della Regione Lombardia.
Vista l’impossibilità di cablare l’Ospedale di Busto Arsizio, It2b, con la collaborazione di Fluidmesh Networks, crea la prima rete a maglia ospedaliera in Italia. La rete mesh all’interno dell’ Ospedale di Busto Arsizio consente la facile connessione degli apparati portatili usati da medici e infermieri ai server centrali per la gestione completamente digitale delle cartelle mediche dei pazienti. Principali vantaggi della rete mesh per l’Ospedale sono da un lato l’affidabilità e ridondanza dell’architettura a maglia e dall’altra l’assenza di qualsiasi infrastruttura cablata che sarebbe stata invece necessaria con l’utilizzo di tradizionali access point Wi-Fi. La normativa ospedaliera non avrebbe infatti consentito di cablare nuovamente il reparto interessato e quindi un’architettura 100 per cento wireless era l’unica via percorribile per l’Ospedale.
Rete municipale mesh per il video-controllo del Comune di Como
Il Comune di Como è stato uno dei primi comuni italiani ad abbracciare la tecnologia mesh per il proprio sistema di video-sorveglianza. Al momento il Comune vanta una rete con oltre 10 telecamere motorizzate i cui flussi video vengono inviati attraverso una rete wireless mesh basata su routing mesh proprietario Fluidmesh. Grazie all’architettura mesh, i flussi video possono essere trasmessi lungo le strade del centro storico del comune e vengono rilanciati da un apparato mesh e successivo fino a quando non raggiungono la sala controllo comunale nel Centro Servizi Informativi del Comune, alla quale ha accesso remoto in tempo reale anche la Polizia locale.
Ogni apparato mesh sul territorio comunale effettua un’analisi in tempo reale della qualità di ogni percorso disponibile per raggiungere la sala controllo e, in base alle interferenze individuate sui percorsi disponibili, sceglie quello ottimale. La trasmissione può avvenire simultaneamente sia a 2.4 GHz che a 5 GHz, a seconda di quale banda di frequenza offra le prestazione migliori. La Polizia locale ha accesso in tempo reale ai flussi video, alle registrazioni e all’orientamento delle telecamere motorizzate. Persone sospette possono essere seguite dall’occhio elettronico lungo il loro percorso all’interno del centro storico, ma allo stesso tempo la privacy degli abitanti della zona è garantita grazie a un sistema di offuscamento automatico delle zone dell’immagine che includono abitazioni private.
Grazie alla tecnologia wireless mesh, l’intero impianto di video sorveglianza è stato installato in breve tempo senza nessuno scavo e quindi senza nessun impatto negativo sulla viabilità pedonale e veicolare all’interno del centro storico.
