Dalla commutazione manuale

1
Le reti telefoniche

• Dalla commutazione manuale
• Alla telefonia su IP
• Alle reti mobili di 3a generazione (UMTS)

2
Evoluzione delle reti telefoniche

• Fine 800 primi 900
• trasmissione analogica
• commutazione manuale (operatore che sposta
  spinotti)
• architettura non gerarchica
• Anni 20 e 30
• introduzione delle reti gerarchiche di lunga
  distanza
• introduzione dei primi commutatori
  semi-automatici (con operatore)

3
Evoluzione delle reti telefoniche

• Anni 40 e 50
• autocommutatori elettromeccanici
• prima teleselezione
• Anni 60
• introduzione della trasmissione e della
  commutazione numerica PCM (Pulse Code Modulation)
• primo commutatore elettronico (USA65)

4
Evoluzione delle reti telefoniche

• Anni 70
• diffusione delle reti PCM
• introduzione dei sistemi di segnalazione a canale
  comune (SS7)
• Anni 80
• completamento (??) della IDN (Integrated Digital
  Network)
• definizione e prime installazioni di ISDN
  (Integrated Services Digital Network)
• diffusione delle reti cellulari analogiche

5
Evoluzione delle reti telefoniche

• Anni 90
• diffusione (??) di ISDN
• introduzione delle reti intelligenti
• definizione della Broadband-ISDN (ATM)
• diffusione delle reti cellulari numeriche
• 2000
• trasporto della voce su reti a pacchetto
• reti cellulari a commutazione di pacchetto
  (GPRS) e larga banda (UMTS)

6
Le reti telefoniche tradizionali

• La rete attuale (POTS - Plain Old Telephony
  Services)
• La rete ISDN (trattata piu avanti)
• Il supporto trasmissivo SDH (trattato piu avanti
  con ATM)

7
La rete POTS

• Lattuale rete telefonica e sostanzialmente una
  IDN (Integrated Digital Network)
• Interfaccie servizio/specifiche (analogiche)
• Commutazione a circuito
• Trasmissione/commutazione numerica PCM
• Segnalazione a canale comune (SS7 - trattata con
  ISDN)

8
Il modello di riferimento

• Larchitettura e divisa in piano utente, piano
  di controllo (segnalazione) e piano di gestione
  (che non vediamo)

bla ... bla ... bla
protocolli di utente (PCM)
informazione di utente
protocolli di utente (PCM)
protocolli di segnalazione (SS7)
informazione di controllo
protocolli di segnalazione (SS7)
9
Informazione e controllo viaggiano separati
nodo SS7
centrale locale
centrale locale
nodo SS7
PCM
SS7
nodo PCM
nodo PCM
nodo PCM
10
Organizzazione (piano utente)

• E tipicamente organizzato su 3 livelli
• Rete di accesso (da casa dellutente alla
  centrale locale)
• Rete di giunzione (tra le centrali locali e la il
  centro distrettuale - non necessariamente
  coincide con un prefisso telefonico)
• Rete di lunga distanza (connette tra loro le
  centrali di gerarchia piu elevata)

11
Rete di Trasporto e Accesso

• Una suddivisione alternativa e tra
• Rete di Trasporto (giunzionelunga distanza),
  destinata al trasporto delle informazioni
• Rete di Accesso, destinata alla raccolta delle
  informazioni
• In altre parole una architettura Core Edge.
  La rete di trasporto e spesso chiamata
  backbone

12
Architettura della rete
rete di lunga distanza
centrale distrettuale
rete di giunzione
centrale locale
rete di accesso
13
Interconnessione delle diverse reti

• I punti di interconnessione tra le reti di
  accesso, giunzione e lunga distanza sono apparati
  condivisi (es. dei commutatori)
• La rete di trasporto (in particolare a lunga
  distanza) ha pochi nodi ad elevata capacita ed
  emolto magliata
• La rete di accesso ha un elevatissimo numero di
  nodi (i terminali di utente) ed una topologia ad
  albero.

14
Rete di Accesso (RA)

• RA e realizzata con doppini, ha inizio con la
  centrale di commutazione locale
• La distribuzione del segnale avviene mediante
  ramificazioni successive, man mano che ci si
  avvicina al terminale dutente
• Le centrali locali raccolgono tipicamente alcune
  decine di migliaia di utenti

15
Soluzioni per le RA del futuro

• Miglior sfruttamento dei doppini installati xDSL
  e similaria
• Cavo coassiale in rame CableModem o simili
  basati sui cavi a 75W
• Reti in fibra ottica o miste fibra/rame PON, ...
• Accesso via radio, tipicamente a frequenze molto
  elevate (micro-onde, infrarosso lontano) LMDS,
  MMDS, ...

16
La rete di giunzione

• Fibra ottica (quasi interamente)
• Topologia ad anello (doppio anello controrotante)
• Tecnologia SDH (Sinchronous Digital Hierarchy)
• Alcune parti ancora PDH (Pleisochronous Digital
  Hierarchy)

17
La rete di lunga distanza

• Interamente in fibra ottica
• Tecnologia SDH
• Pochi canali molto veloci
• Spesso ridondata in hot swap il fascio di
  canali viaggia su due percorsi diversi
  contemporaneamente e il nodo di destinazione
  sceglie il migliore

18
I nuovi servizi ela Rete Intelligente

• Numeri verdi e rete 800
• Centralizzazione dei servizi
• Convergenza fonia/dati/mobilita

19
Dove lintelligenza?

• Il termine Rete Intellgente (RI) si riferisce
  alla possibilita di fornire servizi
  supplementari ad elevato valore aggiunto
• RI definisce una architettura di segnalazione
  incrementale rispetto a SS7
• E basata sulla centralizzazione dei servizi in
  nodi appositi esterni rispetto ai piani di
  utente e di controllo della rete

20
Genesi della RI

• La RI e basata su standard ITU-T che
  garantiscono linteroperabilita delle RI di
  operatori diversi, anche a livello internazionale
• Lintroduzione deve essere incrementale sulle
  reti esistenti ed e stata divisa in Capability
  Sets
• Il fine ultimo e lintegrazione funzionale delle
  reti specializzate nella UPT (Universal Personal
  Telecommunications)

21
Capability Sets

• CS1 Approvato nel 92 e rivisto nel 95,
  definisce il protocollo applicativo per
  limplemetazione di rete intelligente,
  Intelligent Network User Part (INAP), e le prime
  funzioni da supportare
• CS2 Definito tra il 94 ed il 98 mira alla
  gestione della mobilita e dei servizi a larga
  banda
• CS3 In fase di definizione ...

22
Servizi di CS1

• Numero Verde
• Selezione abbreviata
• Completamento della chiamata su occupato
• Reinstradamento delle chiamate
• Follow-me
• Addebiti al chiamato e su carta telefonica
• Televoto
• Reti Private Virtuali
• Numero personale
• .......

23
Servizi di CS2

• Gestione avanzata della mobilita (es.
  instradamento programmato in funzione dellora)
• Interoperabilita dei servizi
• Supporto della gestione di rete
• Indipendenza del numero dallinstradamento
• Autenticazione e registrazione dellutente
  indipendentemente dal terminale usato
• .......

24
Servizi di CS3

• Completa separazione del servizio dalla rete di
  trasporto
• Profilo di utente memorizzato dalla rete
  (modificabile e context dependent)
• Integrazione completa tra RI, rete a larga banda
  e reti cellulari
• Convergenza telefonia-internet
• .......

25
Architettura di principio
INAP links
data base
data base
SMP
SMP
SCP
SCP
SSP
SSP
SS7
SSP
SSP Service Switching Point SCP Service Control
Point SMP Service Managing Point
26
Apparati e Servizi

• SSP e associato alla centrale locale, in sua
  assenza RI non puo funzionare
• Il servizio RI e riconosciuto in base al numero
  (es. numero verde) oppure in base a segnalazione
  successiva (es. 5 per richiamata su occupato)
• SCP ed SMP (basi dati) possono essere
  centralizzati in un unico punto oppure
  distribuiti a seconda dei servizi

27
Codifica e pacchettizzazionedella voce

• Algoritmi LPC-LTP (GSM)
• Algoritmi CELP (G.729, G.723, Enhanced GSM)

• PCM (G.711)
• ADPCM

28
Segnale Vocale

• Il segnale vocale e unonda di pressione in aria
• Un microfono lo trasforma in un segnale elettrico
  analogico (pressione volt) -- NOTO!!
• Le tecniche di codifica si dividono tra quelle
  che usano la sola conoscenza del segnale
  elettrico istantaneo e quelle che sfruttano le
  caratteristiche dellapparato di fonazione e
  uditivo

29
Campionamento e Quantizzazione
ampiezza
tempo
30
PCM lineare e companding

• Il PCM (Pulse Code Modulation) e un processo di
  campionamento e quantizzazione
• La quantizzazione puo essere lineare (tutti gli
  intervalli uguali) o non lineare (intervalli
  diversi a seconda dellampiezza) anche detto
  companding
• PCM lineare CD (44 kHz, 16 bit)
• PCM companding telefonia (8kHz, 8 bit)

31
PCM lineare e companding

• PCM lineare CD (44 kHz, 16 bit) qualita
  eccellente (MOS 5)
• PCM companding telefonia (8kHz, 8 bit, 64
  kbit/s) qualita buona (MOS 4), standard ITU-T
  G.711
• MOS Mean Opinion Score

32
PCM adattativo o differenziale

• E possibile modificare nel tempo lampiezza
  degli intervalli di quantizzazione in funzione
  della dinamica del segnale (adattamento)
• E possibile codificare la differenza tra un
  campione e il precedente se ce correlazione
  tra i campioni la dinamica della differenza e
  minore di quella dei campioni al posto della
  differenza si possono usare tecniche piu
  sofisticate di predizione

33
PCM adattativo e differenziale

• Un PCM adattativo e differenziale di qualita
  buona (MOS 4) e lADPCM a 32kbit/s (G.721)
• Un altro esempio e la modulazione delta, in cui
  il segnale e campionato a frequenza elevata per
  ottenere alta correlazione tra i campioni e la
  differenza e campionata su un solo bit, che
  indica se il segnale cresce o decresce

34
Pacchettizzazione

• Il PCM e i suoi derivati codificano il segnale
  campione per campione
• Le reti di telefonia tradizionale trasmettono
  campione per campione
• In una rete a commutazione di pacchetto devo
  accumulare campioni fino a riempire un pacchetto
  (es. payload 80 byte -gt 80 campioni PCM -gt 10ms
  di voce) !!RITARDO!!

35
Codificatori a blocco

• Trasmettere a pacchetto implica ritardo ...
• Considerando un segmento vocale (es. un fonema di
  durata 10-500 ms) e possibile usare algoritmi di
  codifica e compressione molto efficienti
• Si parte da una codifica PCM lineare eccellente,
  si raggruppano da 80-320 campioni (10-40 ms) e si
  lavora sullinsieme (blocco)

36
Codifica LPC-LTP

• La codifica Linear Prediction Coding - Long Term
  Prediction si basa sulla modellizzazione fisica
  del tratto vocale mediante un filtro
• Si calcolano e trasmettono i coefficienti del
  filtro
• Il segnale viene rigenerato eccitando il filtro
  con rumore gaussiano bianco o un treno di impulsi
  regolari (RPE - Regular Pulse Excitation)

37
Codifica CELP

• Code Excited Linear Prediction
• E un codificatore LCP in cui leccitazione per
  ricostruire il segnale non e rumore bianco ma
  una sequenza di un codebook (catalogo) che
  minimizza lerrore rispetto al segnale originale
• Il codificatore e molto complesso perche deve
  scegliere tra i possibili codici in modo
  esaustivo

38
Codificatori GSM

• GSM tradizionale
• codificatore LPC-LTP con RPE
• blocchi da 20ms che producono 260 bit raggruppati
  in 3 livelli di importanza (5013278)
• 13kbit/s
• GSM Enhanced (1800 e telefonini dual-band)
• CELP a 12.6 kbit/s

39
Codificatori per reti a pacchetto (IP)

• G.729
• CELP a 8kbit/s
• G.723
• CELP a 6.3 o 5.3 kbit/s
• Tutti i codificatori hanno MOSgt4 (tranne il GSM
  originale che e poco sotto 4) e sono pressoche
  in indistinguibili dalla telefonia PCM

40
RETI CELLULARI

• Comunicazioni personali
• ed evoluzione verso le reti integrate

41
Cenni storici - 1

• La propagazione nello spazio libero è usata da
  quasi 100 anni per le telecomunicazioni
• I primi (rudimentali) sistemi di
  telecomunicazione non diffusiva con mezzi mobili
  appaiono durante la seconda guerra mondiale
• I primi sistemi di telefonia mobile risalgono
  agli anni 60, ma sono costosi, poco pratici, con
  bassa qualità e bassa affidabilità

42
Cenni storici - 2

• Nei primi anni 80 vengono installate le prime
  reti cellulari nel senso moderno del termine
  (1983 Chicago, 1980/2 prototipazione in Giappone)
• reti specializzate (es. private di una
  organizzazione)
• piuttosto costose
• bassa capacità e versatilità
• Nella seconda metà degli anni 80 vengono
  installate le reti analogiche avanzate
  (AMPS,NMT, TACS) con immediato ed enorme successo
  commerciale

43
Cenni storici - 3

• AMPS Advanced Mobile Phone Service
• è uno standard U.S.A. (EIA-553) lavora nella
  banda intorno agli 800 MHz
• diffusione Stati Uniti, Canada, Messico,
  Australia, Nuova Zelanda, Taiwan, Corea del sud,
  Singapore, Hong Kong, Thailandia, Brasile,
  Argentina, ...
• TACS Total Access Communications System
• è uno standard sviluppato nel Regno Unito lavora
  nella banda intorno ai 900 MHz, di fatto è un
  adattamento dello standard AMPS
• diffusione U.K., Italia, Irlanda, Spagna,
  Austria, Penisola Arabica, ...

44
Cenni storici - 4

• NMT Northern Mobile Telephone System
• è uno standard scandinavo, sviluppato
  indipendentemente da AMPS e TACS lavora nelle
  bande intorno ai 450 e ai 900 MHz ci sono
  notevoli differenze nel funzionamento tra le 2
  bande
• diffusione Scandinavia, BeNeLux, Austria,
  Francia, Ungheria, Spagna, Svizzera, ...

45
Cenni storici - 5

• Alla fine degli anni 80 è diventato chiaro che
  le reti cellulari esistenti non erano in grado di
  sopportare la domanda di traffico e qualità a
  meno di
• risolvere i problemi di bassa capacità a causa
  dellindisponibilità dello spettro
• migliorare in modo significativo la qualità del
  servizio e la gamma dei servizi disponibili
• diminuire drasticamente i costi delle
  apparecchiature
• risolvere i problemi di interoperabilità tra
  sistemi diversi

46
Cenni storici - 6

• I 4 problemi da risolvere hanno spinto verso
  soluzioni di tipo concertato (standard
  internazionali) con tecnologia numerica (GSM,
  D-AMPS, IS-95)

47
Cenni storici - 7

• Nel 92 e stato introdotto GSM in Europa con un
  successo ed una diffusione enorme
• D-AMPS e IS-95 (CDMA) sono introdotte in USA
  nella meta degli anni 90 con grande successo
  (meno del GSM)
• Fine anni 90 standardizzazione di reti con
  accesso a pacchetto
• ... domani ... UMTS

48
Una differenza fondamentale

• RETE WIRELESS
• è una (sotto)rete in cui laccesso da un
  terminale avviene attraverso un canale senza
  filo
• RETE CELLULARE
• è una rete la cui copertura geografica è ottenuta
  con una tassellatura di aree adiacenti e/o
  sovrapposte dette celle. Lutente (terminabile
  mobile) si può muovere attraverso la retepassando
  da una cella allaltra senza interrompere la
  comunicazione

49
Rete Wireless con Punto di Accesso Fisso
Verso altre reti
Stazione Radio Base
(Gateway o Router)
50
Rete Wireless Autoconfigurante
Verso altre reti
(Gateway)
Verso altre reti
(Gateway)
51
Rete Cellulare
HANDOVER
52
Handover

• È la procedura che consente il trasferimento di
  una chiamata da una cella alla successiva, mentre
  il terminale mobile si sposta allinterno della
  rete
• Di fatto è lelemento distintivo tra le reti
  cellulari ed ogni altro tipo di rete TLC
• È una operazione complessa che pone alla rete
  notevoli requisiti in termini di architettura di
  rete, di protocolli e di segnalazione per la
  gestione delle procedure connesse agli handover

53
Efficienza delle Reti Cellulari

• Viene misurata essenzialmente in base al ri-uso
  dei canali radio disponibili in celle adiacenti
  la banda è una risorsa molto preziosa (sul
  canale radio) e va usata al meglio
• Se si potessero usare tutti i canali in ciascuna
  cella si avrebbe efficienza 1
• Le celle vengono organizzate in cluster di N
  celle allinterno di un cluster, ciascuna cella
  utilizza un sottoinsieme unico di canali
• La dimensione del cluster è una misura
  dellefficienza del sistema più sono grossi i
  cluster meno efficiente è il sistema

54
Copertura cellulare con cluster di 7 celle
2
3
7
1
4
6
5
2
7
1
6
CLUSTER
55
Dimensione del cluster

• Sistemi analogici con accesso FDMA (AMPS, TACS,
  NMT)
• cluster di 19 o 21 celle
• Sistemi numerici con accesso di tipo TDMA o misto
  FDMA/TDMA (GSM, D-AMPS, JCD)
• cluster di 7 o 9 celle
• Sistemi numerici con accesso CDMA (IS-95)
• cluster di una cella (almeno in linea di
  principio)

56
Tecniche di Copertura Cellulare

• Le celle non sono necessariamente cerchi (o
  esagoni) regolari delle stesse dimensioni
• Leffettiva dimensione della cella è determinata
  dalla potenza degli apparati, dai ritardi di
  propagazione e dalla densità di traffico
• È possibile usare antenne direzionali per avere
  celle di forma e dimensione particolare
• Celle di dimensione (e forma) diversa
• Celle stratificate (celle a ombrello)
• Sono allo studio tecniche per ottenere celle
  puntiformi che inseguono il terminale mobile

57
Copertura cellulare con cluster di 9 celle e
antenne settoriali a 120
Stazione radio base
Settori
9
58
Copertura cellulare con celle di dimensione
diversa per aree a diversa intensità di traffico
Zona ad alta densità di traffico
Zona a bassa densità di traffico
59
Copertura cellulare stratificata
micro-celle
Celle a ombrello
60
Copertura cellulare di tipo autostradale
Celle per la copertura stradale
Via di grande comunicazione
Altre celle
61
Reti commerciali di prima generazione

• Trasmissione analogica, solo servizio di
  telefonia
• Tecnica di accesso FDMA
• Copertura del territorio con celle di grandi
  dimensioni
• Bassa qualità del servizio offerto
• Bassa efficienza nel riuso delle frequenze, e
  bassa capacità complessiva della rete
• Reti in esercizio (in fase di dismissione) AMPS,
  TACS, NMT

62
Reti commerciali di seconda generazione

• Trasmissione numerica
• Tecnica di accesso FDMA/TDMA oppure CDMA
• Celle di dimensioni più contenute (raggio delle
  celle da alcune centinaia di metri ad alcune
  decine di km)
• Bassa velocità di cifra
• Efficienza complessiva abbastanza buona, riuso
  delle frequenze da buono ad accettabile
• Reti in esercizio D-AMPS (o ADC), GSM, DCS1800,
  DECT1900, JDC

63
Reti di seconda generazione estese

• Sono una prima fase commerciale - Es. GSM2/2
• Sfruttano la stessa architettura e la stessa
  tecnologia delle attuali reti di seconda
  generazione
• Servizi a velocità di più elevata o ad accesso a
  pacchetto (Es. GPRS), ma soprattutto mirano ad
  accrescere la capacità complessiva della rete

64
Reti di seconda generazione estese

• Larchitettura e di tipo tipo multirete, cioè
  la rete è formata da diverse sottoreti
  specializzate (es. DECT e DCS in ambiente urbano,
  GSM in ambiente rurale, etc.)
• È previsto luso di terminali multistandard in
  grado di collegarsi alla rete più opportuna in
  funzione del servizio richiesto
• Non sempre è possibile mantenere la comunicazione
  se è necessario cambiare sottorete (es. DCS-gtGSM
  SI, GSM-gtDCS NO, GSM-gtDECT NO)

65
Reti di terza generazione

• Trasmissione numerica, servizi multimediali,
  elevata velocità di cifra, accesso a pacchetto
• Tecnica di accesso CDMA, W-CDMA o A-TDMA
  (Advanced-TDMA, una evoluzione della tecnica
  FDMA/TDMA del GSM)
• Copertura cellulare stratificata, con celle di
  piccole dimensioni per avere elevata capacità e
  celle a ombrello sovrapposte per consentire
  elevata mobilità
• Uso della diversità spaziale per maggiore
  qualità/affidabilità

66
Reti di terza generazione

• Elevata integrazione di molte sottoreti
  specializzate per fornire migliore qualità di
  servizio
• Possibilità di handover tra sottoreti differenti
• Reti previste
• UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)
  - ETSI
• FPLMTS (Future Public Land MTS) o IMT2000 - ITU
• ...

67
GSM e GPRS

• GSM e GSM avanzato
• Servizi a pacchetto e GPRS

68
Evoluzione del GSM - 1
1982 la CEPT (Conférence Européenne des
Administrations des Postes et des
Télécommunications) istituisce un gruppo speciale
per lo studio di un insieme uniforme di regole
per lo sviluppo di una futura rete cellulare
pan-europea il Groupe Spécial Mobile da cui
GSM 1984 istituzione di 3 Working Parties
(WP1-3) per la definizione di servizi da offrire
in GSM linterfaccia radio, i formati di
trasmissione e i protocolli di segnalazione, le
interfacce e larchitettura di rete
69
Evoluzione del GSM - 2
1985 definizione della lista di raccomandazioni
che il GSM deve produrre (finiranno per essere
circa 130 1500 pagine in 12 volumi! ... piu
tutti quelli relativi allevoluzione, cioe le
fasi 2 e 3di GSM) 1986 viene istituito il
cosiddetto nucleo permanente con lo scopo di
coordinare il lavoro del GSM, soprattutto visto
il forte interesse da parte dellindustria
70
Evoluzione del GSM - 3
1987 viene firmato un primo Memorandum of
Understanding (MoU) tra operatori Telecom in
rappresentanza di 12 Nazioni (europee) con i
seguenti obiettivi coordinare lo sviluppo
temporale delle reti GSM europee e verificarne lo
standard pianificare lintroduzione dei
servizi concordare politiche di instradamento
e la tariffazione (modalità e prezzi)
71
Evoluzione del GSM - 4
1988 con listituzione di ETSI (European
Telecommunication Standards Institute) il lavoro
su GSM viene spostato in questo foro 1990
viene deciso di applicare le specifiche GSM anche
al sistema DCS1800 (Digital Cellular System on
1800 MHz), un sistema di tipo PCN (Personal
Communication Networks) inizialmente sviluppato
in U.K. 1991 (luglio) il lancio commerciale del
GSM, pianificato per questa data, viene rimandato
al 1992 per la mancanza di terminali mobili
conformi allo standard (?!?)
72
Evoluzione del GSM - 5
1992 viene rilasciato lo standard definitivo
relativo a GSM, che a questo punto diventa
lacronimo di Global System for Mobile
Communications 1992 introduzione ufficiale dei
sistemi GSM commerciali 1993 il MoU raccoglie 62
membri di 39 paesi inoltre altre 32
organizzazioni in rappresentanza di 19 paesi
partecipano come osservatori in attesa di firmare
il MoU
73
Evoluzione del GSM - 5
1992 viene rilasciato lo standard definitivo
relativo a GSM, che a questo punto diventa
lacronimo di Global System for Mobile
Communications 1992 introduzione ufficiale dei
sistemi GSM commerciali 1993 il MoU raccoglie 62
membri di 39 paesi inoltre altre 32
organizzazioni in rappresentanza di 19 paesi
partecipano come osservatori in attesa di firmare
il MoU
74
Evoluzione del GSM - 6
1994-95 introduzione degli SMS 1995-97
introduzione dei servizi a 1800MHz 1996
standardizzazione dei codificatori enhanced sia
full che half-rate 1997 terminali dual-band con
codificatore enhanced 1999 standard GPRS per la
trasmissione a pacchetto e primi terminali WAP
(Wireless Access Protocol) su circuito
commutato 2000/01 introduzione dei servizi GPRS
75
Evoluzione del GSM - 7
1993-2001 GSM diventa la rete cellulare piu
diffusa al mondo, con quasi 80M utenti in Europa
e 200M a livello mondiale (quasi 40M solo in
Cina), una penetrazione non marginale anche in
USA con quasi 10 operatori, che hanno una quota
di mercato seconda solo a AMPS/D-AMPS.Di fatto
e diventato una standard mondiale, influenzando
in modo significativo levoluzione verso le reti
di 3a generazione e contribuendo a determinare il
fallimento commerciale delle reti satellitari
76
Servizi attualmente offerti dal GSM

• Servizi di trasporto
• trasmissione dati (non strutturata) sincrona e
  asincrona tra 300 bit/s e 9.6 kbit/s
• accesso PAD (Packet Assembly/Disassembly)
  asincrono tra 300 bit/s e 9.6 kbit/s
• trasmissione dati a pacchetto sincrona con
  velocità compresa tra 2.4 e 9.6 kbit/s

77
Servizi attualmente offerti dal GSM

• Teleservizi
• telefonia sia full rate (13 kbit/s,12.6 Enhanced
  coder), sia half rate (6.5 kbit/s)
• telefax di Gruppo 3
• messaggeria sia unicast che multicast
• Servizi supplementari praticamente tutti quelli
  della rete PSTN (inoltro di chiamata, richiamata
  su occupato, gruppi di utenti chiusi, ...)

78
Architettura del GSM
NSS
Network and Switching
Um
BSC
MS
HLR
Um
MS
BTS
A
Abis
Um
BSC
EIR
MS
Abis
BTS
A
GMSC
Um
MS
E
BSC
A
Abis
OSS
BTS
MS
OMC
Abis
Operation
MSC
MS
A
BTS
MS
BSC
MS
BSS
Base Station
RS
Radio
79
Terminale Mobile (Mobile Station - MS)

• È il terminale di proprietà dellutente
• Ne esistono molti tipi diversi, a seconda delle
  applicazioni e dei luoghi di installazione
• Tre categorie a seconda della potenza nominale
• veicolari possono emettere fino a 20 W
  allantenna
• portatili fino a 8 W allantenna, sono
  trasportabili, ma hanno bisogno di una notevole
  fonte di alimentazione per il funzionamento (es.
  PC portatili, fax, etc.)
• personali (hand-terminal) fino a 2 W
  allantenna, è il telefonino

80
Terminale Mobile (Mobile Station - MS)

• MS è solamente hardware, per poter funzionare e
  collegarsi alla rete ha bisogno di una scheda di
  abilitazione la SIM
• Nei paesi dove i numeri di emergenza (Ambulanza,
  Polizia, Pompieri, etc.) sono considerati un bene
  primario (USA, Scandinavia, etc.) MS è abilitato
  a chiamare questi numeri anche senza la SIM

81
Modulo di Identificazione Utente (Subscriber
Identity Module - SIM)

• È una scheda intelligente (con processore e
  memoria) di tipo smart card che rende
  operativo un qualunque terminale MS
• Deve essere inserita nellapposito lettore di MS
• Sono ammessi 2 possibili formati tipo carta di
  credito e un formato ridotto (plug-in SIM)
• Le caratteristiche dellutente ( telefonico,
  servizi accessibili, etc.) sono memorizzate in
  modo permanente e crittografato nella SIM, che
  rappresenta quindi il vero e proprio servizio
  offerto dai gestori ad esempio è possibile
  acquistare SIM da gestori diversi e usarle dallo
  stesso MS a seconda delle esigenze, oppure è
  possibile recarsi allestero portando solo la
  SIM, affittare un MS localmente e connettersi

82
Modulo di Identificazione Utente (Subscriber
Identity Module - SIM)

• Memorizza messaggi brevi inviati dalla rete (più
  evolve la tecnologia più capacità potranno essere
  associate alla SIM)
• La SIM viene abilitata attraverso un codice di 4
  cifre (PIN - Personal Identification Number)
• Se il PIN viene sbagliato 3 volte consecutive, la
  SIM si autoblocca e può essere sbloccata solo con
  un codice di sblocco a 8 cifre (PUK - Personal
  Unblocking Key)

83
Stazione Radio Base (Base Tranceiver Station -
BTS)

• È il punto di accesso alla rete di TLC, o se si
  vuole, la controparte di MS
• È collocata in un punto opportuno della cella
  (es. al centro per celle circolari, nel vertice
  delle celle settorizzate, ad un estremo delle
  celle oblunghe per la copertura stradale...)
• Dalla potenza del BTS dipende leffettiva
  dimensione fisica della cella grazie a questa
  caratteristica è possibile aggiustare in modo
  dinamico le dimensioni delle celle
• Ciascuna BTS può avere da 1 a 16 interfacce
  radio, corrispondenti a canali TDMA a frequenza
  diversa
• La BTS è un apparato di livelli fisico e non ha
  praticamente alcuna intelligenza in GSM anche
  la valutazione e la decisione sugli handover da
  effettuare è demandata ad altre entità (MS, BSC e
  MSC)

84
Controllore della Stazione Radio Base (Baser
Station Controller- BSC)

• Una BSC controlla un numero elevato di BTS da
  alcune decine ad alcune centinaia
• I compiti principali della BSC sono
• - la gestione delle frequenze, che possono
  essere assegnate in modo dinamico alle varie BTS
• - la concentrazione del traffico verso un MSC e
  lo smistamento del traffico verso le BTS
• - la gestione degli handover tra BTS adiacenti
• Le BSC possono essere collocate nel sito di un
  MSC o essere autonome, o ancora essere
  posizionate vicino (o insieme) ad alcune BTS

85
Centro di Commutazione dei Servizi Mobili (Mobile
Switching Center - MSC)

• Sono commutatori di traffico, con capacità di
  commutazione a circuito
• Consentono linstradamento delle chiamate da un
  MS ad un altro
• Un caso particolare di MSC è il GMSC
  (Gateway-MSC), che è linterfaccia tra la rete
  GSM e le reti fisse (PSTN)
• GMSC ed MSC hanno le stesse funzioni e capacità,
  escluse le funzioni di instradamento verso la
  rete fissa e, molto importante, le funzioni
  legate alla sicurezza e allautenticazione, che
  sono effettuate solo presso i GMSC
• A seconda delle dimensioni della rete e del
  numero di utenti un operatore può avere uno o più
  GMSC

86
Registro di Localizzazione Principale (Home
Location Register)

• È una base dati permanente associata in modo
  univoco a un GMSC
• Memorizza le informazioni relative a tutti gli
  MS la cui localizzazione di default è presso il
  GMSC considerato
• HLR memorizza informazioni permanenti come lIMSI
  (International Mobile Subscriber Number), il
  numero di telefono della SIM associata (che NON
  sono la stessa cosa) e la sua chiave di
  autenticazione, i servizi supplementari a cui
  lutente è abilitato, . . .
• HLR memorizza anche informazioni temporanee come
  lindirizzo del VLR presso cui può essere
  reperito lutente, parametri transitori per
  identificazione e crittografia, un eventuale
  numero di telefono per linoltro delle chiamate,
  . . .
• VLR gioca un ruolo fondamentale nella gestione
  delle chiamate che provengono dalla rete fissa e
  sono inoltrate verso un MS

87
IMSI

• È il numero di identificazione di uso interno
  alla rete
• È composto da 3 campi
• MCC Mobile Countri Code (3 cifre)
• MNC Mobile Network Code, che identifica
  loperatore che fornisce il servizio (2 cifre)
• MSIC Mobile Subscriber Identification Number,
  che identifica la SIM (fino a 10 cifre)
• Ad esempio il numero 222 01 4572228769,
  identifica una SIM italiana (222) del gestore TIM
  (01)
• Il numero di telefono dellapparato in questione
  è completamente scorrelato dallIMSI le cifre
  corrispondenti al prefisso (ad es. 0330 o 0347)
  identificano lHLR e quindi il GMSC cui
  lapparato è legato

88
Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor
Location Register - VLR)

• È una base dati temporanea che contiene i dati
  importanti per il servizio degli MS attualmente
  sotto la giurisdizione del (G)MSC cui il VLR è
  associato. Si noti che per questione di
  uniformità viene usato il VLR anche per gli MS
  che si trovano presso il proprio HLR
• In VLR vengono duplicati tutti i dati permanenti
  di un utente, con la differenza che lIMSI viene
  mappato su un TMSI (Temporary Mobile Subscriber
  Identity) per evitare di trasmettere lIMSI via
  radio e proteggere lutente da intrusioni
  Hi-Tech. Il TMSI viene modificato frequentemente
  ed è legato anche alla posizione del mobile
  (identificativo di cella)
• VLR gioca un ruolo fondamentale nella gestione
  delle chiamate che provengono dagli MS

89
Centro di Autenticazione (Authentication Center -
AC)

• È associato a ciascun HLR
• È di fatto il motore per lautenticazione degli
  MS
• È in grado di effettuare correttamente le
  operazioni di codifica che sono associate a
  ciascuna SIM
• Gestisce alcune importanti operazioni per
  abilitare la cifratura della trasmissione
  sullinterfaccia radio

90
Registro di Identificazione degli
apparati (Equipment Identity Register)

• È una base dati il cui uso è a discrezione
  delloperatore
• Contiene lidentificativo e le caratteristiche di
  tutti gli apparati GSM prodotti, insieme al
  produttore, al paese di fabbricazione, etc.
• Può essere usato per proteggere la rete dalluso
  di apparecchiature non a norma

91
Centro Gestione e Controllo (Operation and
Maintenance Center)

• È la sede di tutte le operazioni di gestione
  (tecnica e non) della rete
• Effettua la tariffazione, controlla il traffico
  in rete, gestisce i messaggi di errore
  provenienti dalla rete, controlla e memorizza il
  carico delle singole BTS e BSC per operazioni di
  pianificazione (eventualmente dinamica)
• Consente di configurare le singole BTS tramite le
  BSC e di controllare il funzionamento (corretto o
  meno) di tutte le apparecchiature periferiche
  della rete (cioè in pratica di tutti gli elementi
  descritti fino ad ora)

92
Gestione della mobilità e delle chiamate

• In una rete cellulare esistono numerose
  operazioni e funzioni che non hanno controparte
  nelle reti fisse
• Registrazione è la procedura con cui un MS,
  quando viene acceso, notifica alla rete la
  propria presenza in una certa cella e chiede
  accesso ai servizi in rete
• Modifica della Localizzazione deve essere
  eseguita ogni volta che un MS, essendo in
  Stand-By (cioè acceso, ma senza comunicazioni
  attive), modifica la propria posizione
  allinterno della rete tecnicamente è del tutto
  analoga alla registrazione
• Handover modifica della posizione di un MS con
  chiamate in corso (nelle reti analogiche viene
  in genere chiamato handoff)
• Notifica di Spegnimento ogni MS deve sempre
  notificare alla rete il proprio spegnimento per
  consentire il corretto aggiornamento del
  contenuto di VLR e HLR
• Anche le normali operazioni di instaurazione ed
  abbattimento delle chiamate sono molto più
  complesse che non in una rete fissa

93
Procedura di Registrazione
94
Instaurazione di una chiamata da MS
95
Procedura di handover

• In GSM la procedura di handover è decisa dalla
  rete, tuttavia la decisione viene presa
  essenzialmente in base a misure effettuate da MS
• Quando MS si connette ad una cella, il relativo
  BSC gli comunica un elenco di canali
  alternativi, appartenenti alle celle adiacenti,
  su cui effettuare misure di potenza RF il
  risultato di queste misure viene continuamente
  trasmesso alla rete ed è il parametro base su cui
  viene deciso un handover queste misure possono
  essere integrate da misure effettuate dalle BTS,
  nonchè da considerazioni di opportunità e di
  priorità basate sulle caratteristiche del
  traffico in corso
• In GSM sono ammesi 3 diversi tipi di handover
• - tra due BTS connesse allo stesso BSC
• - tra due BTS connesse a BSC diversi ma
  appartenenti allo stesso MSC
• - tra due BTS di due BSC diversi e di diversi
  MSC

96
Handover tra diverse BTS
Confine tra le celle
È il caso più semplice, lhandover è deciso e
gestito direttamente da BSC, che si limita a
notificare a MSC lavvenuta procedura. Date le
caratteristiche di BSC e BTS è poco più di un
cambio di canale radio.
97
Handover tra diversi BSC
Un handover che coinvolge due BSC deve essere
gestito da MSC, per garantire una transizione
dolce della comunicazione. Ovviamente è più
complesso del precedente e richiede la modifica
dellinstradamento della chiamata (MSC è un
commutatore)
98
Handover tra diversi MSC
Confine tra le celle
È il caso più complesso previsto dal GSM,
coinvolge un numero elevato (7) di entità di rete
che devono coordinarsi. Lhandover è sempre
gestito dal MSC1, cioè dallMSC di partenza,
che, inoltre, mantiene le funzioni di controllo
della chiamata.
99
Considerazioni sulle procedure di handover in GSM

• In linea di principio non ci sono limiti al
  numero di handover effettuabili durante una
  chiamata
• Un handover dura alcune decine di millisecondi
  (tipicamente 50-100), tempo durante il quale il
  canale di comunicazione è interrotto, per cui è
  necessario limitare il numero di handover per non
  degradare eccessivamente la qualità del servizio
• Data la modalità di handover tra MSC, tutte le
  volte che viene effettuato un tale handover
  vengono impegnate risorse aggiuntive (il
  controllo della chiamata resta allMSC presso cui
  è stata iniziata)
• Da un punto di vista tecnico non ci sono
  limitazioni allhandover tra gestori diversi,
  ovvero tra diversi GMSC, tuttavia attualmente non
  sono ammessi per questioni politico-commerciali
  ad esempio non è possibile
• - iniziare una chiamata su Omnitel e passare in
  una zona coperta da TIM
• - iniziare una chiamata in Germania e
  attraversare il confine Francese senza abbattere
  la comunicazione

100
Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali

• GSM usa una tecnica di accesso mista
  tempo/frequenza (FDMA/TDMA)
• La porzione di spettro disponibile è suddivisa in
  canali FDM di 200 kHz luno, ciascun canale FDM è
  ulteriormente suddiviso in 8 canali con tecnica
  TDM
• La trasmissione è organizzata in bursts , cioè
  ogni stazione trasmette un blocco di dati in un
  intervallo temporale (1 canale TDM) e tace
  durante gli altri 7 intervalli dedicati agli
  altri canali. Per risparmiare le batterie e
  ridurre linterferenza il trasmettitore RF viene
  spento quando non trasmette e anche quando non vi
  è informazione da trasmettere (soppressione dei
  silenzi). Lo spegnimento e laccensione del
  trasmettitore RF pongono notevoli problemi di
  ramping, cioè di transitorio per portare
  lamplificatore a regime prima di cominciare la
  modulazione dei dati
• La velocità di cifra al trasmettitore è di circa
  271 kbit/s

101
Frequenze assegnate al GSM (Europa)
GSM primario uplink
GSM primario downlink
DCS/1800 uplink
DCS/1800 downlink
GSM esteso uplink
GSM esteso downlink
FMHz
960
880
890
925
102
Frequenze assegnate al GSM (Europa)

• I canali uplink e downlink sono sempre accoppiati
  in modo fisso e distano 45 MHz nel GSM/900 e 95
  MHz nel DCS/1800
• GSM/900 ha a disposizione canali
  FDM nella parte primaria dello spettro più
  canali nella
  parte estesa
• DCS/1800 ha a disposizione
  canali FDM
• Sia in GSM/900 che in DCS/1800 il canale a
  frequenza più bassa non è usato e serve come
  guardia verso i servizi che utilizzano le
  porzioni di spettro a frequenza più bassa
• La banda assegnata a GSM è parzialmente
  sovrapposta a quella dei servizi TACS, creando
  qualche problema di convivenza
• Esiste un sistema di numerazione assoluto dei
  canali (ARFCN - Absolute Radio Frequency Channel
  Number), che consente di identificare in modo
  univoco il canale da usare (o in uso)
  indipendemente dal fatto che sia GSM/900 o
  DCS/1800

103
Assegnazione delle frequenze in Italia

• In Italia le frequenze in uso per il TACS sono
  nella banda assegnata al GSM a livello
  internazionale, creando quindi situazioni di
  conflitto

Assegnazioni per luplink (quelle per il downlink
si ottengono aggiungendo 45 MHz)

• TACS Da 882 MHz a 902.6
• GSM TIM Da 902.7 MHz a 908.2-
• GSM Omnitel Da 908.2 MHz a 913.7

104
Struttura della trama GSM

• Ogni canale FDM è diviso in 8 canali TDM la
  durata della trama TDM è di 4.615 ms
• La trasmissione bidirezionale in GSM è ottenuta
  mediante la tecnica a divisione di tempo (TDD -
  Time Division Duplex)
• Le trame sui canali uplink e downlink sono
  sincronizzate e sfalsate di 3 slot, in modo da
  consentire la separazione tra trasmissione e
  ricezione
• La trasmissione nello slot TDM avviene solo in
  modo burst

TDM Frame - 4.615 ms
BTS Transmits
3
1
0
7
6
5
4
3
1
0
7
6
5
2
2
MS Transmits
0
7
6
5
4
3
1
0
7
6
5
4
3
2
2
105
Struttura dei burst normali
148 bit 546.12 µs
GP
T
Coded Data
S
S
Coded Data
T
Training Sequence
8.25
3
57
1
1
57
3
26

• T-bits posti sempre a 0, usati come tempi di
  guardia e per linizializzazione del demodulatore
• S-bits segnalano se il burst contiene dati
  utente o di segnalazione
• Coded Data bit di utente (voce, dati etc.), 114
  bit dopo la codifica di canale, che corrispondono
  a 13 kbit/s netti per la voce, a 9.6 kbit/s o
  meno per i dati (codifica di canale più
  ridondante)
• Training Sequence bit di controllo usati per la
  sincronizzazione e per laggancio dei
  trasmettitori
• GP periodo di guardia per consentire
  laccensione e lo spegnimento dei trasmettitori

106
Sincronizzazione della trasmissione sulluplink

• La trasmissione in GSM è sincrona, ciò significa
  che gli MS devono trasmettere in istanti
  temporali dipendenti dalla posizione nella cella
  in modo che le trasmissioni siano correttamente
  sincronizzate quando arrivano alla BTS
• La gestione del sincronismo è relativamente
  semplice durante la normale fase di trasmissione,
  ma richiede notevole attenzione nella fase di
  instaurazione del canale
• Per consentire linstaurazione del canale il
  mobile usa una struttura di burst ridotta,
  chiamata random access burst, in cui il periodo
  di guardia alla fine del burst è di 252 µs

Synchronization Sequence
Guard Period
T
Coded Data
T
8
3
8
8
8
107
Sincronizzazione e Dimensione delle celle

• La dimensione massima delle celle deve essere
  tale per cui il random access burst giunge alla
  BTS senza pericolo di sovrapposizionecon lo slot
  TDM successivo
• In mancanza di altre informazioni MS si comporta
  come se il ritardo di propagazione tra MS e BTS
  fosse nullo, di conseguenza il periodo di guardia
  deve coprire 2 volte il tempo di propagazione
  massimo tra MS e BTS
• Ne consegue (con un pò di approssimazione)
• in realtà, per convenzione si assume

108
Dimensione delle Celle e Copertura del Territorio

• , in realtà le celle sono
  parzialmente sovrapposte per cui possiamo
  immaginare, per una copertura macrocellulare
  uniforme , cioè
• Il territorio Italiano è circa 300000 km ,
  diciamo 400000 considerando le acque territoriali
  e simili
• Il numero minimo di celle per coprire lItalia
  risulta quindi 400000/2800 se si usano
  celle circolari e se si usa una
  copertura settoriale a
• In realtà non è possibile usare celle così grandi
  per problemi di traffico e di conformazione
  orografica
• Assumendo una dimensione media delle celle di 100
  km vuol dire che sono necessarie da 3000 a 4000
  celle per coprire il territorio Italiano

109
Il Livello Data Link

• Il protocollo usato da GSM al livello 2 per
  gestire la segnalazione è una derivazionedel
  protocollo usato sui canali D della rete ISDN
  (fissa)
• Viene chiamato LAPDm (Link Access Protocol for
  the mobile D channel), le sue funzioni principali
  sono
• - lorganizzazione delle informazioni di
  livello 3 in trame per la trasmissione sui canali
• - la trasmissione peer-to-peer delle
  informazioni di segnalazione con formati di trama
  prestabiliti
• - il riconoscimento dei formati di trama
• - linstaurazione, il mantenimento e la
  chiusura di uno o più canali (logici) di
  segnalazione
• - la trasmissione, la ricezione e leventuale
  ACKdelle trame di informazione

110
Il livello Rete

• Il livello 3 è il vero livello di gestione di una
  rete di TLC, e la rete GSM è così complessa che
  il livello 3 è stato suddiviso in 3 livelli
  sovrapposti per semplificarne la definizione
• Radio Resource Management
• dedicato alla gestione delle risorse trasmissive
• Mobility Management
• dedicato al supporto delle mobilità dei
  terminali
• Connection Management
• dedicato al supporto e alla gestione delle
  chiamate e delle connessioni

111
Radio Resource Management

• Procedure di assegnazione e rilascio dei canali
  radio
• Procedure di handover e cambio di canale
• Procedura per il cambio di frequenza del canale,
  per luso di sequenze di hopping e per la
  gestione delle tavole di frequenze
• Raccolta dei rapporti di misura da MS
• Controllo di potenza e sincronizzazione
• Modifica del modo di trasmissione (voce o dati)
  cioè uso di diversi codici di protezione
• Gestione della cifratura

112
Mobility Management

• Registrazione, localizzazione, supporto della
  mobilità e gestione dei dati di mobilità
• Controllo dellidentità degli apparati (MS) e
  degli utenti (SIM)
• Gestione dellaccesso ai servizi
• Supporto della privacy e della sicurezza
  dellutente
• Gestione di un canale logico di tipo MM,
  supportato da primitive RR e di supporto a canali
  CM

113
Connection Management

• Procedure di instaurazione e rilascio delle
  connessioni (voce, dati)
• Supporto della segnalazionedutente (ad esempio
  la selezione multifrequenza)
• Ristabilimento delle chiamate dopo linterruzione
  del canale MM (durante gli handover)
• Modifica dei parametri delle chiamate durante la
  connessione

114
General Packet Radio Service GPRS

• Modalita a pacchetto per reti GSM
• Usa da 1 a 8 canali sulla stessa portante
• Tariffazione a alla mole di dati trasferiti
• Si interfaccia a IP, X.25
• Supporta la QoS con diversi profili

115
GPRS
Architettura Generale

• Introduce una rete logica nuova sovrapposta a GSM
• Utilizza linfrastruttura fisica di GSM
• Introduce due nuovi nodi di rete
• SGSN Serving GPRS Support Node, che svolge le
  funzioni dellMSC per la rete a pacchetto
• GGSN Gateway GSN, che interconnette la rete GSM
  con le altre reti a pacchetto (PDN-Public Data
  Networks)

116
GPRS
Architettura Generale
SM-SC
EIR
MSC/VLR
GMSC
HLR
MS
SGSN
GGSN
BSS
PDN (IP,X.25,...)
SGSN
GGSN
altre PLMN
117
GPRS
Piano utente (trasmissione)
MS
BSS
SGSN
GGSN
U
G
Gb
118
GPRS
Protocolli piano utente

• GTP GPRS Tunneling Protocol
• SNDCP SSSub-Network Dependent Convergence
  Protocol
• LLC Logical Link Control, cifrato e affidabile
  (quello del GSM)
• BSSGP Base Station System GPRS Protocol
• NS Network Service, una derivazione di Frame
  Ralay

119
GPRS
Piano di controllo (segnalazione)
GMM/SM
GMM/SM
LLC
LLC
RLC MAC
BSSGP
RLC MAC
RLC MAC
NS
GSM RF
GSM RF
GSM RF
L1bis
MS
BSS
SGSN

• GMM/SM GPRS Mobility Management and Session
  Management

120
GPRS
QoS

• Espressa in base a
• Classe di ritardo 4 livelli, nessuno adatto a
  servizi interattivi real-time
• Classe di affidabilita 5 livelli, in base ai
  meccanismi di controllo e ACK dei vari protocolli
• Classe di perdita 3 livelli, da 10-2 a 10-9

121
GPRS
Accesso al canale

• Protocollo a contesa (slotted Aloha) per le
  richieste su un canale logico dedicato
  (PRACH-Packet Random Access Channel)
• Risorse di trasmissione sui canali dati
  (PDCH-Packet Data Channel) assegnate dalla BSS a
  gruppi di 4 blocchi, cioe circa 260 byte a
  livello X.25/IP
• Efficienza molto dipendente dallimplementazione

122
UMTS e IMT 2000

• Reti cellulari a larga banda, ovvero la terza
  generazione

123
Oltre la telefonia

• UMTS Universal Mobile Telecommunication System,
  standard eurepeo (ETSI)
• IMT2000 Sigla ITU per i cellulari di terza gen.
  - compatibile UMTS
• Accesso a pacchetto a larga banda
• Integrazione dei servizi
• Operative SUBITO, a partire dal 2002/3
• Un salto nel buio??

124
UMTS
Velocita di trasmissione

• 2 Mbit/s per MS fermi o quasi in prossimita
  della stazione radio base
• 384 kbit/s per MS in ambiente urbano con
  mobilita fino a 50/60 km/h
• 144 kbit/s per MS in ambiente rurale e velocita
  automobilistiche (lt150 km/h)
• In fase di discussione la possibilita di
  supportare velocita fino a 500km/h per le linee
  TAV

125
UMTS
Accesso al canale e rete fissa

• Wideband-CDMA
• Il livello fisico e laccesso al canale radio
  sono lunica parte la cui standardizzazione e
  terminata
• Radicalmente diverso da GSM/GPRS (FDMA/TDMA)
• La rete fissa eredita molto da GSM/GPRS e deve
  integrare tutte le reti 2G esistenti!!!

126
UMTS
Protocollo MAC

• PRMA Packet Reservation Multiple Access
• Protocollo simile a Reservation Aloha, con alcuni
  miglioramenti
• Organizzato in slot temporali di contesa molto
  brevi che prenotano la trasmissione per numerosi
  slot dati di lunghezza molto maggiore

127
La telefonia su IP

• Il primo passo verso le reti multimediali

128
Reti IP Multimediali

• VoIP e la testa di ponte verso le reti IP
  multimediali integrate
• Tutte le architetture di rete e di segnalazione
  proposte vanno oltre la voce
• I servizi di telefonia avanzata sono solo
  linizio della rivoluzione dei servizi

129
ApplicazioniServizi e Segnalazione
Trasferimento dellinformazione
130
Alcune Idee Base

• Una rete IP multimediale ha sempre
• una parte periferica e di interfaccia (edge,
  bordo) che supporta i servizi di utente e la
  relativa segnalazione
• una parte interna invisibile allutente(core,
  nucleo) che serve al trasporto dellinformazione

131
Alcune Idee Base

• I servizi multimediali sono in genere orientati
  alla connessione (unicast o multicast)
• Le chiamate possono essere tra terminali nativi
  della rete oppure richiedere di interoperare con
  altre reti

132
Chiamate possibili
IP
133
Architetture dei servizi e della segnalazione

• H.323
• SIP

134
H.323

• Insieme di standard definito da ITU-T
• Architettura per teleconferenza su reti a
  qualità di servizio non garantita
• Deriva da H.320 (teleconferenza su ISDN)
• Non nasce per la telefonia su IP, ma di fatto e
  attualmente lunica applicazione rilevante

135
Dispositivi (elementi) H.323

• End-point terminali abilitati alle comunicazioni
• Gateway unita di interlavoro con altre reti
  (PSTN/ISDN in particolare)
• Gatekeeper realizza il controllo delle
  comunicazioni
• MCU (Multipoint Control Unit) abilita le
  comunicazioni tra più parti (multicast)

136
H.323 Componenti obbligatorie

• H.225 (controllo di connessione e stato)
• Q.931 per la segnalazione di utente
• RAS (Registration, Authentication and Status) per
  la segnalazione tra endpoint e gatekeeper
• H.245 capacita dei terminali e tipo di media
  su cui poggia linformazione
• RTP/RTCP trasporto e controllo di flusso
• G.711 codifica audio a 64 Kbps (in realta si
  usano sempre codificatori piu sofisticati)

137
H.323
H.323
comunicazione tra terminali nativi
H.225/RAS
gatekeeper
H.245
RTP/DATI
end point
138
H.323
comunicazione tra un terminale nativo e uno
esterno
H.225/RAS
end point
gatekeeper
H.245
RTP/DATI
gateway
end point
139
H.323
comunicazione tra terminali esterni
H.225/RAS
end point
gatekeeper
H.245
RTP/DATI
gateway
end point
140
H.323 Pila protocollare
Controllo Segnalazione
Dati
Audio
Video
Controllo
H.225 (Q.931)
H.245
T.120
RTCP
H.225 (RAS)
G.711 G.722 G.723 G.728 G.729
H.261 H.263
RTP
TCP
UDP
IP
141
Segnalazione H.323 (call control)
Terminal Capability SetMaster Slave
Determination
Open Logical Channel
Close Logical ChannelEnd Session Command
Release Complete
142
Segnalazione H.323 (RAS)
end-point
end-point
gatekeep