Client: è l entità progettata per effettuare le ricerche e il download di file multimediali per device palmari.

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1 INTRODUZIONE Lo scopo di questa tesi è la progettazione e realizzazione di politiche atte a migliorare le prestazioni di connettività tra un dispositivo mobile (PDA) e un sistema già esistente per la ricerca e il download di file multimediali. L applicazione, utilizzando un palmare con più interfacce di rete, è in grado di determinare dinamicamente la disponibilità di connessione al sistema di intermediazione e di instaurare un dialogo tramite la periferica di rete più efficiente. Per ottenere tali risultati si sono implementate politiche di monitoraggio e di scelta delle interfacce, le prime atte a reperire le informazioni di efficienza di ogni periferica, le seconde atte a operare le scelte più opportune per una corretta gestione dei device. I vantaggi offerti dalla realizzazione di queste politiche vanno dall incremento delle prestazioni durante il download di file, all aumento della Qualità del Servizio (QoS), e alla dinamicità nell uso dei device di rete del dispositivo palmare. L idea della realizzazione di tali politiche è motivata dalla crescente diffusione delle reti wireless e delle applicazioni a queste collegate. Inoltre il crescente numero di utenti che utilizzano dispositivi mobili ha creato una maggior richiesta di software in grado di offrire gli stessi servizi di applicazioni già esistenti per i computer desktop. La natura dell'infrastruttura di rete ad accesso wireless utilizzata da queste applicazioni rende particolarmente problematica la loro progettazione e realizzazione, dato che devono essere in grado di funzionare in condizioni di instabilità di connessione, comunicazione e trasmissione, mantenendo comunque un'adeguata qualità di servizio. Nonostante questi problemi i dispositivi palmari riscuotono sempre maggior successo dovuto alla mobilità da essi consentita e alla sempre maggior copertura di infrastrutture ad accesso wireless. Ritornando al nostro lavoro di tesi verranno ora descritte a grandi linee le operazioni compiute. Questo lavoro di tesi è iniziato con una fase di studio dei sistemi già esistenti e con la conseguente analisi, sulla base dei risultati ottenuti, di quello che dovrebbe essere una ideale progettazione di un sistema per il download multimediale per piattaforme mobili. La seconda fase ha riguardato invece l implementazione delle politiche atte a gestire il monitoraggio e la scelta delle connessioni. Il sistema per il download di contenuti multimediali su cui si è lavorato è composto da tre entità: Web server: questa entità, che può essere anche replicata, è adibita alla condivisione dei files; Sistema di intermediazione: è sottostrutturato in tre differenti parti (gateway, discovery e download manager) che collaborano per rendere possibile il download di file da parte dei client; 1

2 Introduzione Client: è l entità progettata per effettuare le ricerche e il download di file multimediali per device palmari. I cambiamenti più significativi hanno coinvolto in particolare due delle sue entità, client e gateway, allo scopo di eliminare gli inconvenienti derivanti dalla poca stabilità dei collegamenti wireless. La parte di implementazione più corposa è risultata però essere la modifica del client sia per quanto riguarda la Graphic User Interface, sia per la gestione del dialogo con il gateway. Il client per il dispositivo palmare è sviluppato per l ambiente Windows CE ed è stato realizzato in linguaggio C++ Embedded. Durante la fase di implementazione sono stati riscontrati bug delle librerie MFC (Microsoft Foundation Classes), utilizzate nella precedente versione del progetto, e si è dunque deciso di sostituire le chiamate di tali librerie con quelle delle Winsock. Il lavoro è stato effettuato assieme al laureando Barbieri Luca, in particolare, in questo lavoro di tesi ci si è occupati della parte di monitoraggio, ovvero dell approccio adattivo. Il seguito della tesi è strutturato nel seguente modo: Il Capitolo 1 è relativo alla presentazione dei progetti esistenti che riguardano il campo di applicazioni qui studiato. Il Capitolo 2 descrive alcune delle tecnologie più importanti che possono essere utilizzate come supporto alla costruzione di un applicazione per la gestione di connessione wireless quali tecniche di trasmissione e comunicazione. Il Capitolo 3 tratta l architettura del sistema già realizzato in tutte le sue componenti: gateway, discovery, download manager, webservers e client. Il Capitolo 4 è relativo alla descrizione degli obiettivi che ci si è proposti di realizzare per la risoluzione delle problematiche riscontrate nel sistema pre-esistente. Il Capitolo 5 contiene la descrizione tecnica e dettagliata della fase di implementazione, con particolare riguardo nella descrizione degli algoritmi e delle scelte tecniche effettuate. Il Capitolo 6 contiene i test effettuati per valutare l efficacia delle modifiche apportate Il Capitolo 7 si occupa dei futuri sviluppi del sistema. 2

3 1.Sistemi esistenti CAPITOLO 1 SISTEMI ESISTENTI In questo primo capitolo vengono presentate le più interessanti applicazioni per il download multimediale attualmente esistenti. In ambito di condivisione e download di file possiamo identificare 2 grandi scuole di pensiero: - Sistemi Centralizzati, il cui più noto rappresentante è Napster; - Sistemi peer 2 peer, il cui precursore è Gnutella. Figura 1.1 [Networks] La principale differenza tra le due tecnologie dipende principalmente dalla presenza di un server da cui passano e vengono smistate le richieste. 1.1 Napster La prima grande rete di files sharing a livello mondiale è stata di sicuro Napster. 3

4 1.Sistemi esistenti Ciò è dovuto in parte alle sue vicissitudini legali, in parte alla sua facilità di utilizzo che permetteva all utente anche meno esperto di poter ricevere sul proprio pc file multimediali con un semplice click del mouse. Napster è basato su un meccanismo centralizzato di server dove le applicazioni distribuite sono costituite da utenti che trasparentemente condividono parte delle loro informazioni che risiedono su un host locale. Il suo funzionamento è piuttosto semplice: Un server centrale mantiene un elenco di utenti e di risorse che questi ultimi mettono a disposizione. Quando si effettua una ricerca ci si rivolge al server centrale, il quale consulta i propri archivi e quindi ci fornisce dei risultati con gli indirizzi di chi mette a disposizione una certa risorsa. Un sistema del tutto simile ad un motore di ricerca, ma in questo caso sono i client a segnalare al server cosa forniscono e non il server a visitare il web ed indicizzare. Il passaggio del file avviene direttamente tra i due utenti interessati, e non coinvolge in nessuna maniera il server, che non mantiene su di sé alcun files. Il server mantiene anche una chat-room, che non è però coinvolta nei meccanismi di sharing. L idea di per sé fu piuttosto semplice ma allo stesso tempo tanto rivoluzionaria che venne affossata da una causa della RIAA ( Recording Industry Association of America ) e del MPPA (ente che controlla la distribuzione e la produzione dei supporti multimediali ) per violazione del copyright. Purtroppo per loro però, una divisione di AOL, stava realizzando un altro sistema di condivisione di files, detto Gnutella, che superava alcuni limiti di Napster. Intanto qualcuno aveva inziato ad analizzare il protocollo alla base di Napster, e pubblicò un documento per illustrarne i risultati. 4

5 1.Sistemi esistenti Questo studio è alla base della nascita del circuito OpenNap: server che utilizzano il protocollo di Napster pur non essendo affiliati con il sito in nessuna maniera. Recentemente di OpenNap è uscita anche la versione per Pocket PC, denominata OpenNap CE [OPE]. 1.2 Gnutella Sulla fortunata scia del predecessore, si è diffuso rapidamente Gnutella, un altro programma di file sharing [GNU]. Basato su un protocollo con server distribuiti (o decentralizzati). Non esiste un server centrale, ma tanti servant. Servant indica un entità in grado di funzionare da server e da client. Per entrare a far parte del circuito è necessario conoscere l'indirizzo di almeno un servant già attivo. Per prima cosa si comunica di essere "alive" (ovvero attivi ) al nostro contatto all'interno della rete, il quale a sua volta comunicherà agli altri server al quale è connesso la nostra esistenza e lo stesso faranno quest ultimi e così via. L algoritmo non si perpetua all'infinito poiché il protocollo prevede un TTL (un time to live), un numero massimo di passaggi, dopo il quale i server smettono di propagare la nostra esistenza. Inseriti nel network è possibile effettuare delle ricerche presso i nodi che abbiamo attraversato, e quindi scambiarsi files direttamente tra gli interessati. Nessun nodo è vitale per l'esistenza della rete. 5

6 1.Sistemi esistenti Per descrivere sempre in maniera intuitiva ma un poco più concreta il funzionamento del protocollo si propongo queste poche righe tradotte dal sito di limewire: "Ciascun macchina sulla rete Gnutella è connessa ad un certo numero di altri computers (peers), ciascuno di essi a propria volta connesso con altri calcolatori. Poniamo che questo processo continui in maniera indefinita. Ora immaginiamo che un utente sia connesso con 4 calcolatori e che ciascuno di questi sia connesso con altri 4: i computer raggiungibili sarebbero dunque 4 + 4*4 = 20. In questo caso, il messaggio ha viaggiato soltanto per due hops (due passaggi da un macchina ad un altra). Nelle ricerche viene definito un parametro noto come TTL (time to live), in questo caso il TTL è pari a 2. Se settassimo il TTL a 3, mantenendo lo scenario invariato raggiungeremmo 4 + 4*4 + 4*4*4 = 84 calcolatori. Quindi il numero di computer con i quali possiamo comunicare cresce in maniera esponenziale al TTL." Dunque la struttura della rete si disegna mano a mano che la esploriamo, e non soffre della mancanza di nodi centrali. 1.3 edonkey & emule Sono i due software che ha rinnovato il concetto stesso di rete decentralizzata ed ha aperto la strada ad un nuovo modo di condividere i file [EOS]. Non solo, la diffusione esponenziale del software e la grandezza della comunità che vi è nata intorno sono fenomeni da considerare e da studiare. La nuova, rinnovatissima versione è uscita poco tempo fa. edonkey2000 incorpora nuove funzionalità e un nuovo sistema di gestione della condivisione. Quest'ultima versione è un ibrido che può connettersi sia alla rete di edonkey sia alle rete Overnet. In più sono state aggiunte alcune funzionalità e una maggiore velocità nella gestione dei file condivisi. 6

7 1.Sistemi esistenti Anche la grafica è rinnovata e l'interfaccia più intuitiva e meno spartana, sempre sul modello Overnet. edonkey supporta un protocollo basato su server distribuiti ed inoltre incorpora delle regole che hanno la funzione di rendere "democratica" e paritaria la condivisione dei file: più file condividi, maggiore sarà la tua possibilità di scaricarne altri; maggiore è la velocità con cui invii i dati maggiore e sarà la velocità con cui scarichi i dati. Dalla comunità del programma è anche nato un progetto parallelo chiamato emule. Questo programma sfrutta le stesse caratteristiche della rete di edonkey2000, ossia gli stessi server e gli stessi principi di base, ma aggiunge una grafica migliorata e altre funzionalità che garantiscono una maggiore velocità di scaricamento e una migliore gestione dell'intero processo di condivisione. In emule i file vengono divisi in segmenti detti (Chuncks) ogni segmento dello stesso file è indipendente dagli altri è può essere ricevuto da fonti diverse. Questo fa si che la velocità di download di un file sia direttamente proporzionale al numero di fonti e al numero di chuncks. emule è una rete progettata per lo scambio di grossi files da (0 a 1.4 giga), con le seguenti apprezzabili caratteristiche: I files possono essere scaricati da più sorgenti contemporaneamente. I files sono identificati da un hash (MD4) utile per snellire le ricerche. Un hash è una sequenza di bit di lunghezza fissa in grado di identificare in maniera univoca un certo oggetto, ad esempio un file. Una sorta di impronta digitale. I files sono divisi in blocchi da 9MB, sui quali viene calcolato un checksum: i blocchi con errori vengono riscaricati. I blocchi possono venire scaricati in qualsiasi ordine e vengono riassemblati al termine del download. I files vengono condivisi in base ai blocchi, e vengono resi disponibili non appena 7

8 1.Sistemi esistenti scaricati. Dunque mentre state scaricando un files di fatto state contribuendo già alla sua condivisione In più emule è open source, ossia il suo codice è aperto e il programma può essere modificato, testato e distribuito da chiunque. emule non ha neanche banner da visualizzare ed anche per questo è diventato quasi lo standard per il network di edonkey. Figura 1.2 [emule] 1.4 Overnet emule, al momento della sua primissima uscita, creò molti problemi alla rete edonkey, sovraccaricata dalle novità del nuovo programma. Per rendere la rete più stabile e, probabilmente, infastiditi dalla diffusione del software alternativo, i creatori di edonkey2000, la software house newyorkese MetaMachine, hanno smesso di supportare il programma per dedicarsi ad un nuovo progetto chiamato Overnet. 8

9 1.Sistemi esistenti Overnet è una rete che spinge agli estremi il concetto di rete decentralizzata. In Overnet non esistono server, ma ogni utente scarica i dati necessari e effettua le ricerche attraverso altri utenti i quali al loro volta sono collegati tra loro nello stesso modo, senza appoggiarsi a nessun minicentro. Il tutto avviene in modo automatico e non serve nessuna lista di server e nessuna comunità di supporto. Overnet non ha lo stesso successo di edonkey2000 e di emule. Sebbene sia una rete inattaccabile e molto più stabile, non riesce a concentrare un numero di utenti che possa supportarne lo sviluppo. Alla base di ciò c'è probabilmente la mancanza intorno di persone che, interessate e accomunate da interessi simili, cooperano per la creazione di un'opera comune. In altre parole, anche nel file sharing vince il modello open source e decentralizzato, il modello, se ci riflettiamo, che ha creato la stessa Internet Ora che abbiamo introdotto un po quella che è la storia dei programmi di scambio file passiamo a qualcosa di più vicino all ambiente Pocket PC. 1.5 OpenNap CE OpenNap CE è un applicazione sviluppata da Network Dweebs che, in soli 40 kb di spazio, permette di accedere ai server OpenNAP e condividere file mp3, wma e zip. Questo testimonia quanto l'universo dei Pocket Pc si stia avvicinando al mondo dei computer "veri". Si è, infatti, diffusa in Rete un'applicazione che porta finalmente sui palmari i sistemi di file-sharing. 9

10 1.Sistemi esistenti Il programma si chiama OpenNAP CE, e non è altro che la versione palmare di un classico client OpenNAP, in grado di accedere agli omonimi server. Il programma, in pratica, emula software come Gnutella, Bearshare, WinMX, ecc, e permette di condividere con altri utenti (sia fissi che mobili) i propri file mp3, wma e zip. L'interfaccia del programma è piuttosto semplice, essendo composta solamente da un configuratore (che permette setup multiserver), uno strumento di ricerca con cui trovare in rete i file desiderati, e un tool con cui è possibile indicare i propri file condivisi. Il programma è rigorosamente freeware e, sicuramente, aprirà la strada a numerosi altri software palmari di file-sharing. La prossima frontiera, infatti, potrebbe essere la creazione di un client per Pocket Pc, in grado di collegarsi alle reti Fast-Track utilizzate da celebri software p2p come Kazaa e Grokster. Naturalmente le funzioni integrate, in soli 40kb di spazio, sono ridotte all essenziale questo è dovuto anche alla scarsa potenza dei palmari rispetto ai normali pc. 10

11 CAPITOLO 2 TECNOLOGIE DI SUPPORTO Prima di introdurre il sistema al quale si sono apportate le modifiche si è ritenuto opportuno trattare delle tecnologie che si sono succedute per il trasporto dei dati in modalità wireless, con particolare enfasi rivolta al mondo dei cellulari, che senza dubbio sono i dispositivi che hanno maggiormente stimolato la crescita di questo settore. Verranno descritte nel dettaglio la tecnologia GPRS, Wi-Fi e SMIL. 2.1 Storia delle telefonia radiomobile italiana Fu nel lontano 1973 che avvenne in Italia il lancio del primo servizio di telefonia radiomobile, denominata RTMI [ECN02]. Si trattava di una rete che copriva buona parte dell Italia grazie ad una serie di stazioni radio posizionate in vari punti strategici del territorio. Il servizio ottenne subito un buon successo e dopo pochi anni le maggiori città italiane erano prossime al collasso; iniziò così la progettazione di un nuovo network in una diversa banda per conto della Sip. Grazie a questi lavori agli inizi degli anni 90 la copertura del paese era totale e gli abbonati superavano quota Era necessario a questo punto pensare al passo successivo, la creazione di una rete paneuropea standardizzata. Prima vennero però lanciati i servizi di cosiddetta prima generazione, basati sullo standard ETACS (Extended Total Access Communication), i quali ebbero un successo tale da portare l Italia in vetta alle classifiche europee per numero di abbonati. 11

12 2.Tecnologie di supporto Lo standard europeo scelto per la successiva generazione fu il GSM (Global System for Mobile Communication), lanciato alla fine del 1990 sempre dalla Sip. Fu proprio in quel periodo che iniziarono a comparire i primi consorzi rivali, quali Blu, Omnitel, Wind e altri, i quali hanno iniziato a darsi battaglia per ottenere il maggior numero possibile di utenti, migliorando i servizi e portando la telefonia mobile a vivere nel nostro paese quel boom che tutti abbiamo visto: si parla del 40,7% della popolazione in possesso di un cellulare durante l anno Le generazioni Vediamo ora di descrivere sommariamente le caratteristiche delle varie tecnologie di comunicazione presenti, passate e delle future, secondo la catalogazione oggi più diffusa: quella in generazioni [SCI02] [JWMTP]. La prima generazione di telefoni cellulari è stata, tra la fine degli anni 80 e l'inizio dei 90, quella analogica, basata su un sistema detto TACS, che offriva un numero molto limitato di servizi (almeno rispetto agli standard successivi), era abbastanza facile da clonare e si poteva utilizzare solo in Italia: il resto d Europa usava un altro standard, NMT, mentre i nordamericani sfruttavano AMPS. I servizi resi disponibili si riducevano sostanzialmente alla sola comunicazione vocale entro i confini nazionali. La seconda generazione, introdotta come già detto nei primi anni 90, era un notevole passo avanti rispetto alla prima, soprattutto dal punto di vista tecnologico: si passava infatti da una trasmissione in analogico ad una in digitale. Per la prima volta si riusciva inoltre ad immettere sul mercato uno standard funzionante anche al di fuori dei confini nazionali: il GSM è infatti utilizzato in tutta Europa, ma non in America dove è utilizzata una combinazione di diverse tecnologie. I servizi offerti estendono nettamente quelli precedenti: al classico traffico vocale si aggiungono infatti le possibilità di invio di SMS (Short Message Service), fax ed , il tutto ad una velocità di 9600 bit/s. 12

13 2.Tecnologie di supporto Da ricordare come per la prima volta venne inoltre resa disponibile la cosiddetta SIM (Subscriber Identity Module), un piccolo chip in grado di immagazzinare informazioni che ha senza dubbio rivoluzionato il mondo della telefonia favorendone la diffusione. Non va poi dimenticata l introduzione del WAP (Wireless Application Protocol), la possibilità cioè di navigare tramite cellulare su determinati siti della rete. Il servizio non ha ancora ottenuto un grande successo, probabilmente a causa dei prezzi e della bassa velocità, problemi che le prossime generazioni si propongono di risolvere. L attesa potrebbe però essere minore del previsto grazie all introduzione del GPRS, un evoluzione del GSM che dovrebbe raggiungere velocità di bit/s. Uno studio più approfondito del GPRS è presente nel prossimo paragrafo [AHGMI]. Infine la terza generazione, quella che tutti aspettano e che dovrebbe essere una svolta netta rispetto al passato. Si parla in ogni caso di velocità massime nell ordine dei 2 Mbit/s e della possibilità di utilizzare i terminali per videoconferenze, audio e video on demand, navigazione Web paragonabile a quella su rete fissa, possibilità di giocare on-line e altre servizi vari classici delle reti wired: chat, newsgroup, e-shopping, virtual banking, trading online, consultazione di mappe e molto altro. Il nome dato alla tecnologia è UMTS (Universal Mobile Telecomunications System) [PAU02]. Il problema maggiore sembrano essere le infrastrutture, si tratta infatti di ridisegnare l intera rete e posizionare nuovi dispositivi, il che richiede tempo e denaro. Proprio per questi motivi si è deciso di introdurre una tecnologia di passaggio, il GPRS appunto, che richiede solo un aggiornamento delle strutture presenti. In ogni caso l evoluzione tecnologica del mondo wireless non si ferma, si parla infatti già di quarta generazione. Ericsson ha già reso noti i suoi progetti relativi ad un sistema di trasmissione in grado di raggiungere punte superiori cinquanta volte all UMTS e che dovrebbe offrire immagini in tre dimensioni. La data prevista per il rilascio è il 2011 ma visti i tempi di sviluppo dell UMTS è probabile che l attesa possa prolungarsi [DASNG]. 13

14 2.Tecnologie di supporto 2.2 GPRS: introduzione L obbiettivo del GPRS è quello di migliorare la tecnologia GSM senza introdurre un vero e proprio salto di generazione, il quale in genere comporta la costruzione di nuove strutture a discapito di quelle obsolete, con conseguenti problemi di tempo e denaro. Come fece notare alcuni anni fa Vint Cerf (uno dei padri di Internet) discutendo di accessi alla rete tramite le linee telefoniche, è un controsenso utilizzare la commutazione di circuito quando l universo di Internet funziona da sempre con la commutazione di pacchetto. E proprio su questa considerazione e sul fatto che cellulari e Web si stanno avvicinando sempre di più che si basa lo sviluppo del GPRS [LAW00] Commutazione di pacchetto e di circuito Vediamo innanzitutto di chiarire i due concetti che sono alla base del trasporto dei dati su rete [BAL01] [CPFE] : Commutazione di circuito: in una rete a commutazione di circuito il collegamento fra i due interlocutori rimane fisso fino a quando la conversazione non è terminata, quindi nel frattempo la linea non è disponibile per altri utenti. Inoltre può avvenire che, durante il percorso di collegamento mediante le varie tratte, una di queste non sia disponibile e che si riceva il segnale di occupato prima ancora di raggiungere l'apparecchio chiamato. Per evitare questi inconvenienti è stata realizzata la commutazione di pacchetto. Commutazione di pacchetto: l idea della rete a commutazione di pacchetto è di Leonard Kleinrock [KLE03] e risale all inizio degli anni 60. Il problema è il seguente: quando due persone parlano tra loro il colloquio avviene in maniera continua, e non è normale che ci siano vuoti di comunicazione di parecchi minuti. Nel caso della trasmissione di dati questi vuoti sono invece la regola. La soluzione trovata è la seguente: i messaggi vengono strutturati in pacchetti che vengono trasmessi in fasi successive, ognuno dei quali ha una sequenza di bit di intestazione e di 14

15 2.Tecnologie di supporto chiusura che servono per controllare gli errori e quindi individuarli e correggerli automaticamente, oltre alle informazioni relative al trasmittente e al destinatario. Inoltre le risorse della rete a commutazione di pacchetto non sono assegnate in modo permanente ad un particolare circuito virtuale (collegamento logico punto-punto fra il terminale trasmittente e quello ricevente); in questo modo la rete consegna a destinazione i pacchetti preoccupandosi di recuperare quelli perduti e di non consegnare quelli duplicati. Nella figura 2.1.4a è rappresentato il funzionamento di una ipotetica rete a commutazione di circuito: come si può notare ad ogni utente è riservato un canale (rappresentato nella figura seguente come sequenza di timeslot) che, se la trasmissione non è continua, può essere impiegato solo parzialmente. Esiste poi una entità nella rete GSM che provvede a riunire tutti i singoli canali dati, convertendoli in un unico flusso diretto verso le reti esterne, le quali operano a commutazione di pacchetto. Figura 2.1.4a: modello semplificato di trasmissione dati a commutazione di circuito Nella figura 2.1.4b invece è mostrato come funzionano le cose nella commutazione di pacchetto. 15

16 2.Tecnologie di supporto Figura 2.1.4b: modello semplificato di trasmissione dati a commutazione di pacchetto Si osservi come due utenti (rosso e azzurro), che richiedono un basso throughput, condividano lo stesso canale di traffico GPRS, mentre il terzo (giallo), che invece necessita di un alta banda, ne utilizzi due. Da questo semplice esempio è facile capire come con questa tecnologia l utilizzo delle risorse venga notevolmente migliorato; lo sfruttamento di due soli canali permette a tre ipotetici utenti di comunicare, una situazione impossibile nella comunicazione a commutazione di circuito nella quale sarebbero stati necessari tre distinti canali. Anche la commutazione di pacchetto soffre però di alcuni problemi: i percorsi seguiti dai pacchetti non sono conosciuti a priori; è quindi possibile che arrivino in ordine sparso e in istanti temporali diversi, richiedendo particolari meccanismi per la ricostruzione dell informazione; i pacchetti potrebbero andare persi nella rete o arrivare con un ritardo eccessivo: in entrambi i casi il dato viene considerato perso ed è necessario ritrasmetterlo; quando molti utenti che utilizzano il medesimo canale GPRS vogliono comunicare nello stesso momento, si crea una congestione con conseguente ritardo dovuto alle code di trasmissione. 16

17 2.Tecnologie di supporto Il GPRS prevede diverse soluzioni per minimizzare i disagi dovuti all aleatorietà del tempo di trasmissione. Tra questi l allocazione flessibile della risorsa radio che permette di assegnare in modo esclusivo un canale ad una connessione che richieda una determinata Quality of Service (QOS), creando un circuito virtuale. Se è necessario un data rate maggiore (ad esempio per trasmissioni video), si può anche arrivare ad assegnare più canali (quindi più timeslot) in modo esclusivo ad uno stesso utente. Per garantire una certa qualità del servizio (QOS) [QoSIM] non solo nella tratta radio, ma anche durante il passaggio attraverso il backbone GPRS di terra, sono previsti 5 diversi livelli di bontà della trasmissione. Ciò permette all operatore di fornire le migliori condizioni a tutti e, in caso di impedimenti, di decidere quale utente servire prioritariamente con il principio del "più paghi, più ottieni" Architettura di una rete GPRS Per implementare il GPRS si possono seguire due diversi approcci: l approccio di sistema separato oppure quello di sistema integrato. Le due tipologie avranno costi molto differenti: nel primo caso si tratta infatti di costruire un infrastruttura completamente separata da quella GSM attualmente esistente, mentre nel secondo è necessaria solo l introduzione di particolari entità. La scelta tra quale delle due strade seguire verrà fatta da ogni singolo produttore in base alle proprie necessità, tenendo conto del fatto che ognuna delle due offre vantaggi e svantaggi. In ogni caso si può immaginare la rete completa come composta da due parti: una sottorete GSM a commutazione di circuito ed una sottorete GPRS a commutazione di pacchetto. Le sottoreti sono logicamente isolate, ma condividono i sottosistemi BSS (Base Station SubSystem) e HLR (Home Location Register). Il GPRS introduce alcune nuove entità di rete: il Serving GPRS Support Node (SGSN), il Gateway GPRS Support Node (GGSN) e il Border Gateway (BG). 17

18 2.Tecnologie di supporto SGSN I nodi SGSN possono essere visti come le entità in cui sono localizzate gran parte delle funzioni necessarie per supportare il GPRS. I suoi compiti sono: ricevere ed inviare pacchetti verso i terminali utenti presenti nella propria area; rilevare la presenza di nuovi terminali entrati nell area, così come la loro posizione (cella) internamente a questa; operare delle queries su database vari per reperire o modificare informazioni sull utente. Generalmente vi sono più nodi SGSN e l'infrastruttura che li connette, denominata backbone network, consente il routing dei pacchetti trasmessi GGSN e BG Il gateway GGSN fornisce la connettività verso le altri reti dati, ad esempio X.25 o Internet, inoltre converte i pacchetti GPRS che provengono dagli SGSN in un formato che permetta il loro invio sulla rete esterna e compie l operazione inversa in direzione opposta. E anche il responsabile dell instradamento dei pacchetti provenienti dall esterno verso l SGSN che sta in quel momento servendo il terminale destinatario. Le informazioni necessarie al routing vengono fornite al GGSN dagli SGSN. Il border gateway fornisce invece la connettività verso le reti GPRS degli altri operatori. Le funzionalità di SGSN, GGSN e BG possono essere integrate in un unico elemento della rete, che può coincidere con un MSC (Mobile Switching Center), oppure consistere in elementi separati. 18

19 2.Tecnologie di supporto GPRS Register Un altro elemento molto importante non presente nell architettura GSM è il cosiddetto GPRS register il cui compito principale è quello di memorizzare dati quali ad esempio: informazioni necessarie per il routing dei pacchetti indirizzati ad un mobile GPRS come l indirizzo di rete del dispositivo mobile per un dato protocollo di rete ed il tipo di protocollo cui l indirizzo si riferisce; informazioni relative al profilo di sottoscrizione dell abbonato; ad esempio i parametri caratterizzanti la qualità del servizio richiesta. Figura 2.2.2: architettura semplificata di una rete GSM/GPRS Riepilogo delle caratteristiche Riepilogando si può affermare che le principali caratteristiche del GPRS sono: gestione flessibile ed efficiente della risorsa radio; 19

20 2.Tecnologie di supporto possibilità per l'utente di inviare e riceve dati nella modalità di trasferimento end-to-end a commutazione di pacchetto senza utilizzare nessuna risorsa di rete in modalità a commutazione di circuito; sfruttamento dei vantaggi della commutazione di pacchetto: più connessioni possono condividere la medesima risorsa di rete; possibilità di un servizio connectionless; maggior velocità di set-up della connessione; possibilità di inviare messaggi in Multicast o Broadcast; caratteristiche negative della commutazione di pacchetto minimizzate mediante l'uso di meccanismi di priorità e QOS; velocità di trasmissione fino a 100 kbps utilizzando 5 timeslot, con un data rate di 20 kbps per timeslot Applicazioni Vediamo ora una serie di applicazioni che saranno integrate nei dispositivi di prossima generazione e che trarranno beneficio dell efficienza della trasmissione GPRS. Applicazioni Internet Veri e propri programmi per l elaborazione di dati Ftp Trasferimento di file, immagini, foto, download di dati attraverso il network mobile Ricezione e invio di , che sostituiranno progressivamente gli SMS 20

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