Qualità e Internet mobile

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1 IQUADERNIDI Qalità e Internet Le verità nascoste? 2 A cra di Gido Riva L accesso ad Internet in mobilità ha sbìto negli ltimi mesi n esplosione raggardevole; se escldiamo i primi tempi della loro diffsione, i sistemi mobili non assistevano da anni a crescite così vertiginose di n servizio. Qesto ha acceso l interesse verso la con ci ci vengono offerti tali servizi dati: la velocità con ci navighiamo mediante il nostro Pc, eqipaggiato con la ormai indispensabile Internet Key, è in linea con qanto promesso dalle offerte commerciali? Come mai in certe sitazioni sembra che il compter rimanga appeso in attesa di non si capisce qali eventi? Usare il VoIP da Pc con la chiavetta USB è eqivalente all accesso con ADSL? Ed accedere alla propria casella sl celllare è sempre agevole? Qeste sono solo alcne delle domande che ognno avrà avto occasione di porsi, tilizzando i servizi Internet da. Di segito, si prosege il discorso avviato nel precedente nmero, cercando di evidenziare alcne delle specificità che distingono e caratterizzano i sistemi a banda larga rispetto a qelli s rete fissa. Si segnaleranno alcne troppo facili spposizioni con ci spesso cerchiamo di spiegarci talne sorprese della nostra navigazione in mobilità e si proverà ad indicare come evitare alcne ingannevoli conclsioni. Infine si tracceranno le linee fondamentali di possibili itinerari tramite i qali articolare le valtazioni della QoS per i sistemi mobili, evidenziandone vantaggi e debolezze, sia per qanto rigarda la loro realizzazione che la significatività dei risltati consegibili. Le considerazioni essenziali che vorremmo condividere con i lettori sono le segenti: i servizi Internet in mobilità sono ormai così diffsi che diventa rgente porsi il problema della con ci essi vengono offerti; allo stesso tempo, le particolarità del mondo sono tali da richiedere n approccio intelligente e ponderato; le difficoltà non sono però tali da impedirci di persegire n percorso ragionato ed efficace: di ciò viene offerto qalche esempio.

2 t Introdzione 29 La rete radio: caratteristiche e specificità 31 I parametri di 33 Le modalità di misra 35 Drive Test 35 Agenti Mobili 36 Conclsione 37 SONO USCITI NEL 2009/2010/2011: Tv digitale terrestre in Sardegna: ecco i primi bilanci Dicembre 2008 / Gennaio 2009 E-Inclsion: accessibilità nella società dell informazione Febbraio Tecnologia e disabilità: de mondi non ancora globali Marzo Il ftro di Internet: Ipv6 n indirizzo per ttti e ttto Aprile Il ftro di Internet: Ipv6 n indirizzo per ttti e ttto Maggio Intelligenza artificiale: mito o realtà? Ttti pazzi per la ghigliottina, anche i compter Gigno La sostenibilità energetica come nova sfida tecnologica Dicembre 2009 / Gennaio 2010 Reti sociali s Internet e Sentiment Analysis 1 Aprile / Maggio Reti sociali s Internet e Sentiment Analysis 2 Gigno Le frontiere dell intrattenimento domestico Lglio / Agosto / Settembre (Re)visioni: alcne tracce per interpretare le mtazioni televisive Ottobre Qanto è larga la banda? Oggi l tente pò misrarla Dicembre / Gennaio 2011 Come misrarsi la banda, contestare gli Operatori e vivere felici Febbraio 2011 Qalità e Internet. Le verità nascoste? 1 Marzo 2011 Il qaderno di Telèma è stato realizzato dalla Fondazione Ugo Bordoni. Presidente Enrico Manca Direttore delle Ricerche Mario Frllone Cratore del Qaderno Gido Riva INDICE QUALITÀ E INTERNET MOBILE: LE VERITÀ NASCOSTE? 2 La rete radio: caratteristiche e specificità Come noto il canale radio è na risorsa radio che viene condivisa tra diversi tenti mobili nello spazio e nel tempo. L area di servizio di na rete radio è divisa in n certo nmero di celle di diversa tipologia e dimensione (macrocelle, microcelle, picocelle, in n prossimo ftro anche femtocelle). Ogni cella è in grado di servire n determinato nmero di tenti che dipende da diversi fattori qali le condizioni di propagazione (LOS, NLOS), i livelli interferenziali, la tecnica di accesso mltiplo, la banda di freqenza impiegata. In qeste brevi considerazioni sono racchise le caratteristiche principali e fondamentali di na rete. Anzittto, la risorsa radio è na risorsa condivisa fra più tenti e qesto rende ragione di na variabilità che è al di fori della possibilità d analisi del singolo tente: in n certo pnto, ad n certo istante e con n certo terminale, ciò che ci accade non dipende solo da noi (da dove ci siamo posti, da che momento o che celllare stiamo sando), ma anche da qello che stanno facendo gli altri tenti. E qesto è vero per de ragioni ben distinte: da n lato, perché le risorse radio sono limitate e qindi se le devo condividere con altri significa che qanto mi viene reso possibile dalla rete dipende anche dalle richieste di ttti gli altri (dalla loro posizione, ecc ); è la condivisione di na risorsa scarsa, che la rete si prende carico di effettare nel modo più corretto possibile e secondo criteri di eqità ed opportnità. Il secondo motivo è legato al fatto che le prestazioni offerte ad n certo tente sono limitate dall interferenza che gli altri prodcono s di li, che a loro volta dipendono dalla posizione di qesti tenti, da qanto stanno chiedendo alla rete e così via. Resterebbe ancora n terzo motivo, sempre legato alla forte variabilità dei segnali radio, tipica dei sistemi mobili: si tratta del mtare delle condizioni ambientali intorno al nostro tente (ad esempio, n atobs oppre n atocarro che transita se siamo in strada; oppre il movimento delle altre persone, se ci troviamo in fficio o a casa). Un secondo aspetto (da tenere sempre presente qando si ragiona di celllari) è il segente: na rete è per sa natra non egalitaria; ad esempio, chi si trova lontano dalla propria stazione base verrà inevitabilmente trattato peggio di chi si trova vicino ad essa. La rete ovviamente cercherà di compensare qeste differenze, ma non riscirà a farlo più di tanto: na certa differenza fra i de permarrà. Nella Figra 1 si è evidenziato come varia la massima velocità di trasmissione in fnzione della distanza Velocità di trasmissione in fnzione della distanza dal sito per sistema EDGE (kit/sec) or Figra or Throghpt in fnzione della distanza da SRB per sistema EDGE Spplemento al nmero 279 di Marzo

3 OUTDOOR INDOOR R 800 /R 2100 = 3.88 Figra 2. R 800 /R 2100 = 2.06 Figra 3. Variazione del raggio di cella con la freqenza (800/2100 MHz) e la collocazione del dell tente dalla propria stazione base, nel che hanno i sistemi mobili; qesto porta alla ricerca caso di n sistema EDGE. Un andamento del ttto di sempre nove bande, che si vanno ad aggingere a qelle preesistenti. E di pochi giorni or sono analogo lo si otterrebbe ad esempio nel caso di sistema HSPA, anche se con valori assolti di throghpt decisamente diversi. pbblica slle procedre e regole per l assegna- l avvio da parte di Agcom di na Consltazione Un terzo aspetto, anch esso tipico del, è zione e l tilizzo delle freqenze disponibili in banda legato alla propagazione radio del segnale: ci sono 800, 1800, 2000 e 2600 MHz per sistemi terrestri condizioni in ci ciò che mi viene inviato dalla stazione base incontra più difficoltà che in altre. Un ti- per favorire na effettiva concorrenza nell so delle di comnicazione elettronica e slle lteriori norme pico esempio è rappresentato dalla condizione altre freqenze mobili a 900, 1800 e 2100 MHz. otdoor ed indoor: qando mi trovo all esterno di Ci sta avviando cioè ad avere nella disponibilità de- Andamento del raggio di cella in fnzione dell ILP In Figra 2 ed in Figra 3 è rappresentato come l impiego di na banda di freqenze più bassa si rifletta slle prestazioni e slla offerta, in termini di copertra che si pò ottenere. Come si vede, a parità di distanza dalla stazione base (cioè di ordinata), la probabilità di avere n segnale sfficiente per la comnicazione (Indoor Location Probability) è decisamente speriore a 900 MHz rispetto a 1800 MHz. Corrispondentemente, se si accetta n certo livello di copertra (cioè a parità di ascissa), la distanza dalla stazione I parametri di I servizi offerti dai sistemi mobili sono di conseto sddivisi in tre famiglie: servizi voce, servizi SMS e servizi dati. Esiste però na profonda differenza tra qeste tre categorie. Mentre per i servizi voce e SMS l intera categoria è sostanzialmente rappresentata da n nico servizio fondamentale, nel caso dei servizi dati ci troviamo di fronte ad na molteplicità di servizi fribili da parte dell tente. Dal pnto di vista di n osservazione oggettiva, qesto ha n n edificio, il segnale incontra meno ostacoli rispet- gli operatori mobili non solo le attali bande 900 base a ci si riesce a garantire che ciò accada è notevole impatto nella costrzione della metodo- to a qando sono all interno di esso, perché i mri MHz (qella con ci ha iniziato il GSM), 1800 MHz evidentemente speriore (cioè celle più grandi) nel logia per la valtazione della QoS: rislta difficile in- operano n filtraggio ed na attenazione del se- (qella della seconda fase del GSM) e 2100 MHz caso 900 MHz rispetto a qello 1800 MHz. fatti individare parametri comni che siano al gnale a me destinato e qesto degrada le presta- (qella dedicata all UMTS); ma anche molte altre D altra parte, e qesto è il sesto aspetto da avere contempo oggettivi (cioè indipendenti da aspetti zioni che riscirò ad ottenere. bande, sia a freqenze più basse (800 MHz) che presente, il parco dei terminali attalmente in eser- soggettivi, associabili a preferenze dell tente) e di- Un qarto aspetto è legato alla rapida evolzione che hanno avto i sistemi mobili: attalmente all interno di na stessa rete coesistono più standard tecnologici, qali il GSM con la sa versione dati GPRS e la sa solzione avanzata EDGE, l UMTS più alte (2600 MHz). L introdzione di nove bande di freqenza ha n impatto slle prestazioni delle reti mobili non solo perché vengono rese disponibili più risorse radio, ma anche perché ttti i fattori precedentemente richiamati dipendono strettamente cizio rislta estremamente variegato, sia per qanto rigarda lo standard che tilizza, che per le bande impiegate. Ne consege che la che viene offerta dalla rete a de tenti anche in condizioni omologhe potrà risltare decisamente dif- retti (cioè che sappiano esprimere con immediatezza l effetto slla percepita di qello specifico servizio). Inoltre il nmero e la tipologia di servizi basati sll accesso ad Internet è crescito in modo vertiginoso negli ltimi anni e per il ftro e la sa evolzione HSPA, fra poco LTE ed poi LTE Advanced. Ovviamente i sistemi più datati, come il GSM, sono anche qelli meno efficienti nel gestire la risorsa radio e sono anche in grado di offrire prestazioni in termini di velocità di accesso nettamente inferiori a qelle offerte dai sistemi più recenti. Un qinto aspetto va invece ricercato nella crescente rilevanza, anche economica ed indstriale, anche dalla banda di freqenza di lavoro, per ci certi effetti vengono amplificati o contenti. A qesto va poi agginto che bande tradizionalmente impiegate da sistemi che stanno rapidamente diventando obsoleti, qali la banda 900 MHz per i sistemi GSM, vengono riorganizzate (refarming) per consentire il loro impiego anche da parte di sistemi più efficienti, qali l UMTS. ferenziata per effetto del tipo di terminale che essi stanno tilizzando, che pò differire sia per il sistema tilizzato che per le bande di freqenze di lavoro possibili. A ciò si agginga poi l intrinseca tecnologica che differenzia n celllare dall altro, per ci de celllari simili come standard o bande impiegate possono offrire però prestazioni e livelli di abbastanza diversi fra loro. sembra sia destinato a crescere. Pittosto che insegire qesta rapida evolzione e differenziazione dei servizi, andando a definire parametri specifici per il singolo servizio, pare perciò preferibile individare n set di parametri, comni ed oggettivi, slla base dei qali sia possibile dedrre a posteriori na valtazione qalitativa (bono, accettabile, scadente) del singolo servizio. Fra i più 32 33

4 TCP e UDP, Throgpt vs Delay il tempo per l andata ed il ritorno del pacchetto e qindi va diviso a metà), la velocità di trasmissione del TCP rislta fortemente penalizzata dalla pre- Nel caso dei servizi voce, no strmento fondamentale è costitito dalle informazioni che è possibile raccogliere dai contatori di rete, che senza di ritardi consistenti, al pnto che si pò ar- registrano gli eventi fondamentali che rigardano rivare ad tilizzare solamente n 10% di ttta la na certa chiamata. Passando al servizio dati ed Figra 4. capacità disponibile. Qesto ha de implicazioni: qando si frisce di servizi che tilizzano TCP (download, , web in particolare ai KPI precedentemente individati per caratterizzare l accesso ad Internet, i contatori non offrono la stessa opportnità, perché Stabilità della misra di throghpt per TCP ed UDP in fnzione del ritardo browsing, ecc..) non diamo sbito la colpa alla spesso sono raccolti ad intervalli troppo laschi velocità della rete, perché essa pò essere anche per risltare significativi per la singola connes- significativi, si possono individare i segenti pa- per servizi di tipo real-time qali il VoIP o lo strea- elevata, ma pò essere il protocollo che non riesce sione ed inoltre spesso sono aggregati ad n li- rametri (KPI, Key Performance Indicator): ming adio/video) pò risltare fortemente inflen- a sfrttarla adegatamente a casa degli elevati vello più alto (ad esempio ttto il volme di 1. Velocità di trasmissione (throghpt) zato dalle caratteristiche delle reti mobili. In valori di ritardo presenti. traffico dati smaltito da na cella). 2. Tasso di insccesso nella trasmissione dati particolare, la forte variabilità dei KPI in generale e La seconda considerazione è la segente: qando Si deve ricorrere allora ad altre de modalità, che 3. Ritardo (delay) l elevato valore del ritardo provoca comportamenti si vole misrare l effettiva velocità di trasmissione risltano più promettenti; si tratta delle misre di 4. Variazione del ritardo (jitter) molto penalizzanti del TCP. Infatti, nelle reti mobili di na rete (cioè qanto ci viene offerto dal QoS effettate mediante drive test oppre me- 5. Perdita dei pacchetti (packet loss) attalmente si va da n valore minimo del ritardo nostro operatore ) è estremamente insidioso diante sonde (attive o passive). Si tratta di KPI misrabili con relativa facilità e con di 100 ms fino a valori dell ordine di diverse centi- appoggiarsi sl TCP, perché esso fornisce stime n bon grado di oggettività; al contempo, riassmono le caratteristiche fondamentali della rete oggetto di analisi. Slla base di na loro naia di ms con picchi dell ordine del secondo, contro valori tipici di ritardo per la rete fissa a banda larga di na decina di ms, arrivando ad alcne de- che dipendono non solo dalla capacità che viene offerta dall operatore, ma ancora più possono dipendere dal meccanismo di fnzionamento Drive Test accrata descrizione statistica è altresì possibile cine di ms. Nella Figra 4 si è riportato a titolo p- del TCP e da qanto ritardo sbiscono i pacchetti; Le misre mediante drive test consistono nel- ricostrire il comportamento in termini di dei singoli servizi, anche da n ottica tente. Ad esempio, allorché si vole effettare il download di n file, il parametro di maggiore interesse rislta essere il throghpt, mentre se siamo interessati ramente esemplificativo il valore della velocità di trasmissione per n flsso TCP ed n flsso UDP qando vengano trasmessi s di na linea avente na capacità di 7 Mb/s in presenza di ritardi che variano fra 10 ms ed 1 secondo. qalora poi tali ritardi siano soggetti a improvvise e forti variabilità, come nel caso delle reti mobili, il fnzionamento stesso del TCP pò risltare molto difficile da prevedere e qindi il dato che ne ricaviamo ci dice molto poco, anche da n pnto di l attrezzare n veicolo con adegata strmentazione professionale: no strmento, collegato ad na batteria di celllari o di chiavette USB, a loro volta eqipaggiati con opportni software che consentono di dialogare con lo strmento a comnicazioni in tempo reale, qali i servizi VoIP, è necessario disporre di na certa velocità di trasmissione, ma n effetto rilevante è giocato dal jitter, cioè dal qanto è variabile il ritardo di trasmissione. Si deve inoltre tener ben presente che il fnzionamento dei protocolli di rete che spportano i servizi Internet (il TCP nella maggioranza dei casi, l UDP Si vede come in entrambi i casi (UDP e TCP) e per valori di ritardo molto piccoli (10 ms) la velocità effettiva a ci si riesce a trasmettere è inferiore di circa n 10% rispetto alla capacità massima della linea: qesto è dovto alle informazioni di controllo che vengono inviate assieme ai dati tili. Si nota però, che mentre l UDP è sostanzialmente indifferente al valore del ritardo (RTT- Rond Trip Time è vista statistico, slla rete stessa. Le modalità di misra Una volta individato cosa andare a misrare, si tratta ora di definire le modalità operative con ci raccogliere informazioni si KPI offerti dalla rete. stesso, riportando ttta na serie di informazioni, di solito non accessibili all tente, sllo stato della rete e s alcne grandezze significative (ad esempio, il livello di campo con ci si ricevono le stazioni base intorno al celllare, oppre le informazioni slla disponibilità di risorse al momento di n hand-over). Mediante l architettra di rete descritta nell intervento sl nmero 34 35

5 precedente, qesti terminali vengono collegati con i server posizionati ai NAP sia per trasmissioni in pload che in download; gli strmenti consentono di associare alla semplice misra dei KPI anche nmero di campioni di misra; n i percorsi di misra devono essere rappresentativi degli tenti sia dal pnto di vista geografico che temporale. Sia la densità degli tenti che l offerta lo scopo di misrare la di servizio. Esso si collega oppre riceve dati dal server posizionato al NAP ed estrae da tale flsso di dati i KPI di interesse, associandoli anche in qesto caso ad op- maggiore o minor carico di lavoro a ci il terminale stesso è soggetto. Tra le informazioni che n agente potrebbe associare a qelle di del servizio, vi sono le informazioni di scenario a ci esse si riferiscono dei servizi varia nelle diverse aree e i percorsi di mi- portne informazioni di scenario. sia il riferimento temporale che qello geografico (il momento della giornata, la posizione geografica, sra non sempre possono essere considerati rap- Il vantaggio di n approccio di tal genere è evidente (GPS o identificativo di cella - Cell Id -). In tal modo la cella a ci si è collegati, e così via). Qeste in- presentativi dell intera rete. Qesto significa che in qanto è lecito attendersi che si possa racco- sarebbe possibile realizzare delle mappatre della formazioni di scenario sono poi tili in sede di ogni parte di n percorso potrebbe dover essere gliere n nmero di campioni abbastanza ampio dei servizi offerti da n dato operatore per post-elaborazione, al momento di analizzare qan- pesata in maniera differente. da ottenere valtazioni della di servizio molto certe aree e certi periodi temporali. to misrato; consentono infatti di segmentare La campagna di misre deve inoltre tenere conto di: accrate. Infatti, poiché la platea dei potenziali ti- Trattandosi di no strmento di analisi realizzato l analisi in base ai principali fattori che possono n diversi terminali tilizzati; lizzatori è molto ampia, gli agenti mobili possono per via software, si dispone anche della flessibilità inflenzare la QoS (ad esempio, il momento della n diverse circostanze in ci i terminali sono tilizzati, trasformare n elevato nmero di terminali mobili di modificare rapidamente l elenco o la tipologia giornata ci fornisce indicazioni sl fatto che si fos- come ad esempio all interno di na vettra, cam- di tipo commerciale in stazioni di monitoraggio della di servizi da sottoporre a monitoraggio, nonché se o meno in orario di pnta, con consegente minando, in casa, in fficio, in treno nonché di- QoS. Poiché sono molto prossimi all tente finale, l aggiornamento della loro modalità di analisi o carico più o meno elevato della rete). verse modalità di tilizzo. gli agenti mobili sono in grado di cattrare con più della tipologia degli indicatori di ; tale pre- I vantaggi che si possono ottenere da misre sl La campagna di misre deve inoltre poter essere facilità le abitdini dell tente. rogativa rislta assoltamente importante, se non campo possono riassmersi come sege: ripetta ad intervalli di tempo predefiniti per te- Come detto, n agente potrebbe essere in necessaria, se considerata nell ambito della ra- n le valtazioni vengono fatte da n pnto di vista nere conto dell eventale amento nella capacità grado di misrare la dei servizi mltimediali, pidissima evolzione che sbisce l offerta dei esterno alla rete che rispecchia la percezione della rete. i parametri radio così come collezionare statistiche servizi mobili. dell tente; slle prestazioni da riportare s base regolare ad n pò essere tilizzato per confrontare i risltati ottenti per diverse reti poiché le misre possono esser fatte nello stesso posto e nello stesso istante; n i pnti dove non c è copertra sono adegatamente tenti in considerazione. Agenti Mobili L altra modalità di misra consiste nell impiego di sonde, che possono essere di tipo passivo o attivo. Le prime si limitano ad osservare e misrare il traf- n server centrale. L impiego di agent per i terminali di tente pò richiedere qindi molta attenzione s particolare aspetti realizzativi, qali la necessità di svilppare software la ci fnzionalità deve essere garantita per diversi dispositivi di accesso (smartphones e Conclsione Il tema della QoS per l accesso ad Internet presenta complessità e difficoltà di analisi non trascrabili, a casa di specificità intrinseche alla realtà Gli svantaggi invece di na valtazione tramite misre sl campo possono riassmersi in: n la configrazione sata nelle misre (il terminale e il so modo di tilizzo) non sono indicative di come l tente effettivamente tilizza il proprio terminale; n al fine di ottenere n adegata precisione e significatività statistica, è necessario n elevato fico che transita attraverso n certo segmento di rete, mentre le sonde di tipo attivo provvedono a generare traffico, per verificare direttamente s di esso come la rete è in grado di veicolarlo. Richiamando qanto svolto per la rete fissa, si pò pensare allora di installare s terminali mobili n opportno modlo software, denominato Agent, in grado di svolgere la fnzione di sonda attiva, con chiavette USB) e per diversi sistemi operativi. È poi necessario realizzare n opportna architettra del sistema di misra in grado di gestire in modo appropriato n nmero di campioni e qindi di collegamenti potenzialmente molto elevato. Un lteriore aspetto che va considerato nella misra o nella verifica della QoS mediante agenti mobili è costitito dalla inflenza dei risltati raccolti dal. Qesta considerazione non deve portare però ad assmere n atteggiamento fatalistico o rassegnato, ma deve spronare ad na particolare attenzione nell analisi della problematica. Sono state infatti illstrate metodiche e tecniche che riescono a fornirci tili ed oggettive informazioni s qanto l tente frisce, in termini di del servizio, mediante l accesso a larga banda. n 36 37