Lo Standard TETRA: il processo di. certificazione e la compatibilità con altre. tecnologie

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1 Lo Standard TETRA: il processo di certificazione e la compatibilità con altre tecnologie Ing. Samuela Persia spersia@fub.it Fondazione Ugo Bordoni

2 Introduzione L attività da me svolta durante la collaborazione con la Fondazione Ugo Bordoni riguarda lo studio dello standard di radiocomunicazione TETRA. Lo standard TETRA è lo standard di radiocomunicazione digitale ad accesso collettivo per la trasmissione sicura di voce e dati ad alta qualità. Esso è stato pensato per servizi di emergenza e di pubblica sicurezza, per trasporti pubblici e privati, e in generale per tutti quegli enti che hanno la necessità di comunicare all interno di un area definita. In particolare la mia attività si è incentrata su due aspetti: supporto all Organismo di Certificazione dell Interoperabilità, ISCTI, nell ambito del consorzio TETRA, Tetra Association, per il processo di certificazione degli apparati prodotti secondo tale standard; valutazione della compatibilità della tecnologia TETRA con altre tecnologie radio, mostrando particolare attenzione soprattutto sulle reti di sensori wireless. La relazione qui riportata si articola quindi nel seguente modo: un introduzione dello standard in termini di specifiche dell architettura di rete e caratteristiche del sistema viene fornita nel Primo Capitolo; il processo di certificazione descrivendone in dettaglio le varie fasi che lo compongono viene ampliamente riportato nel Secondo Capitolo; la possibile interazione di tale sistema con altri sistemi di radiocomunicazione viene infine proposta nel Terzo Capitolo. 2

3 Versioni Data Autore Versione 08 Giugno 2008 Samuela Persia Draft Luglio 2008 Samuela / Mizio Draft Luglio 2008 Samuela Draft ttobre Samuela Final 3

4 Indice Introduzione...2 Capitolo I: Il Sistema radiomobile TETRA Lo standard TETRA Perché scegliere TETRA? Teleservizi Servizi di trasmissione dati Servizi supplementari Possibili scenari TETRA TETRA Association...20 Capitolo II: Il Processo di Certificazione per l Interoperabilità degli apparati TETRA Fasi del processo di certificazione dell interoperabilità Prerequisiti Criteri di Ingresso (Entry Criteria Testing) Sessione di Test completa di inetroperabilità TETRA Sessione di Test di inetroperabilità TETRA (TMO) Pianificazione di una Sessione di Test di inetroperabilità TETRA (TMO) Esecuzione di una Sessione di Test di Interoperabilità TETRA (TMO) Pianificazione di una Sessione di Test di interoperabilità TETRA (DMO) Pianificazione di una Sessione di Test di interoperabilità TETRA (DMO) Esecuzione di una Sessione di Test di Interoperabilità TETRA (DMO) Sessione di Test parziale di interoperabilità TETRA Test di interoperabilità TETRA: Regression Test di interoperabilità TETRA: Spot Output del Test di interoperabilità TETRA: TIC-RT...37 Capitolo III: Compatibilità tra il Sistema TETRA e le altre tecnologie radiomobili Reti di sensori wireless: punti di forza e di debolezza Interoperabilità della rete TETRA con reti di sensori wireless Sistema integrato WLAN/TETRA...43 Bibliografia

5 Capitolo I: Il Sistema radiomobile TETRA Negli ultimi anni si è assistito ad una rapida crescita di sistemi di telecomunicazioni che portano a servizi sempre più futuribili basati sulla possibilità di usufruire di contenuti multimediali in ogni momento e in ogni luogo. Un tale scenario si è potuto realizzare grazie allo sviluppo di diverse tecnologie in grado di utilizzare una banda di trasmissione sempre più ampia, permettendo così una connettività diffusa in cui i dispositivi mobili comunicano tra di loro in modo efficiente ed affidabile all interno di reti di comunicazione. Contestualmente anche le forze dell ordine hanno trovato interesse nelle tecnologie radiomobili per la possibilità di poter scambiare informazioni in ogni momento ed in ogni circostanza al fine di poter gestire in maniera efficiente situazioni di emergenza. Naque così nei primi anni 90, il progetto Mobility Emergency for Safety Application, MESA, che costituiva un accordo tra l European Telecomunications Standards Institute, ETSI, europeo e il Telcomunications Industry Association, TIA, americano con lo scopo di elaborare nuove tecnologie a supporto delle comunicazioni radiomobili per la pubblica sicurezza e per la gestione di situazioni di emergenza per organizzazioni legate a missioni umanitarie. Il primo sistema proposto dall ETSI in tale ambito fu il sistema Mobile Digital Trunked Radio System, MDTSR, che nel 1995 cambiò nome in TErrestrial Trunked RAdio, TETRA. Da allora in poi l ETSI Technical Committe TETRA, TC-TETRA, ha continuamente lavorato per lo sviluppo dello standard, riscontrando un sempre più crescente successo tale da ritenersi lo standard adottato dalle forze dell ordine nei principali paesi della Unione Europea. Successivamente anche nel resto del mondo si è assistito ad un graduale interesse per il sistema TETRA tanto che nel 2006 venne adottato da circa il 40% dei paesi nel mondo. Tale popolarità è dovuta al fatto che esso rappresenta il primo sistema di radiocomunicazione digitale ad accesso multiplo 5

6 per la trasmissione sicura dei dati e della voce sia in modalità a circuito che in modalità a pacchetto ad alta qualità. Il suo successo risiede nel fatto di essere il primo standard digitale aperto per sistemi PMR, Public Mobile Radio a differenza dei vari sistemi radiomobili consolidati che hanno standard chiusi e proprietari. Essenzialmente ciò che rende il sistema TETRA più interessante per un applicazione di emergenza è tutta una serie di caratteristiche non ottenibili con l impiego di sistemi commerciali tipo 2G o 3G. Con il sistema TETRA in effetti è possibile fare operazioni come: - chiamate collettive; - veloci instaurazioni di chiamate ( al di sotto dei 300 ms non raggiungibile con i sistemi radiomobili cellulari); - modalità di operazione Direct Mode spesso supportata da dispositivi che fungono da ripetitori; - trasmissione sicura dei dati grazie alla possibilità di crittografare l informazione a vari livelli, End-to-End Encryption; - modalità di operare in Push to Talk, caratteristica che permette agli utenti di comunicare con altri senza comporre il numero. Quest ultima non è supportata da i consolidati sistemi cellulari e risulta particolarmente importante in situazioni di emergenza e pericolo. La necessità di uno standard europeo aperto ed unico deriva da varie necessità di carattere economico, sociale e tecnologico quali: - possibilità da parte dei vari produttori di sviluppare apparati e radio in grado di poter comunicare ed interoperare tra loro. In questo modo lo standard permetterà prezzi competitivi, forniture di mercato competitivo grazie alla concorrenza tra le varie compagnie manifatturiere; - necessità di dare un seguito effettivo all assunzione degli obblighi di cooperazione tra le varie Forze di Polizia in ambito comunitario, come previsto dall accordo di Schengen; 6

7 - armonizzazione a livello europeo dello spettro elettromagnetico. In Europa l ampiezza di banda di frequenze per le forze dell ordine e servizi di sicurezza è MHz. Il sistema TETRA usa portanti spaziate di 25 KHz come gli attuali sistemi PMR, i quali quindi potranno facilmente essere rimpiazzati dai sistemi TETRA. In aggiunta il sistema TETRA usa come metodo per l accesso al canale trasmissivo la tecnica a divisione di tempo TDMA la quale permette di raggiungere un efficienza maggiore di un sistema analogico. Essa permette a differenti utenti di condividere lo stesso canale dividendo il segnale in differenti timeslot; gli utenti trasmettono in rapida successione, uno dopo l altro, ognuno usando il proprio timeslot (interleaving). Lo standard fornisce quattro canali di comunicazione interlacciati all interno di un canale di radiocomunicazione di 25 khz. Se tuttavia occorre una grande capacità di trasmissione, un utente può occupare anche più di un intervallo di tempo (fino a quattro) per trasmettere contemporaneamente sia la voce che i dati. Questo implica un eccellente efficienza spettrale: le diverse organizzazioni utilizzano l intera banda a disposizione garantendo allo stesso tempo caratteristiche di sicurezza e privacy attraverso meccanismi di cifratura dei dati e meccanismi di autenticazione degli utenti; - unire i mercati PMR, frammentati in un unico mercato comune; - interesse a sviluppare la domanda dei sistemi PMR/PAMR, Private Access Mobile Radio, assicurando l indipendenza dei diversi utenti da un fornitore unico e consentendo allo stesso tempo l interoperabilità tra reti di costruttori diversi. In un tale scenario lo scopo della certificazione ha un ruolo determinate, poiché permette a dispositivi realizzati da produttori diversi di poter interagire con tutte le modalità previste all interno della rete TETRA. Per realizzare ciò l ente di Certificazione e le varie compagnie manifatturiere lavorano insieme al fine di arrivare ad un accordo comune sullo sviluppo dell intero standard. 7

8 1.1 Lo standard TETRA Come già detto lo standard TETRA è ancora in via di definizione. E possibile comunque dare una panoramica generale delle sue principali caratteristiche. La tecnologia TETRA è caratterizzata da: - possibilità di trasmettere sia voce che dati in modo simultaneo ad un rate che può arrivare fino a 28 kbit/s. Tale velocità di trasmissione permette la trasmissione di immagini e video anche se ad una bassa qualità e lentamente. E comunque sufficiente per l invio di contenuti multimediali in situazioni di emergenza; - elevata flessibilità e modularità: è possibile realizzare reti di tipo locale, regionale e nazionale; - utilizzo di un particolare formato di modulazione: il π/4-dqpsk. Tale modulazione rappresenta una variante della modulazione differenziale DQPSK. Si tratta di una modulazione di fase a due bit come la 4-PSK, ma la differenza rispetto a quest ultima è che la coppia di bit non codifica la fase della portante ma la differenza di fase rispetto alla portante che codificava i due bit precedenti (risolve il problema dello sfasamento introdotto dal mezzo trasmissivo). La π/4-dqpsk è un sistema di modulazione estremamente efficiente dal punto di vista dell utilizzo dello spettro, che tuttavia richiede l uso di amplificatori di trasmissione lineari e dunque molto costosi affinché le emissioni fuori banda indesiderate siano poco elevate. - elevata efficienza spettrale rispetto agli altri sistemi radiomobili. Effettivamente usando una tecnica a divisione di tempo a 4 canali di comunicazione su 25 khz l efficienza spettrale (rispetto ad altri sistemi) aumenta notevolmente come mostra la Figura 1 in cui viene riportato il confronto tra l efficienza spettrale di alcuni sistemi radiomobili (principalmente GSM, PMR) e lo standard TETRA; 8

9 - sicurezza delle comunicazioni: TETRA è uno standard sicuro grazie alla possibilità di autenticazione a più livelli (da utente a sistema radio, da sistema radio a rete, da rete a rete, da utente a utente), che può cambiare a seconda della velocità di trasmissione. In questo modo vengono definite differenti classi di sicurezza; - possibilità di variare la richiesta di banda necessaria (on-demand), a seconda del flusso di informazioni da trasmettere; - possibilità di fare un roaming tra uno o più sistemi TETRA e tra le altre reti di telecomunicazioni (GSM, UMTS, ect.). Ciò è possibile poiché il dispositivo TETRA disporrà delle varie interfacce necessarie per la interoperabilità con comuni terminali radiomobili; - funzionamento efficiente anche in condizioni di trasmissione e ricezione critiche, persino anche in assenza di rete grazie all uso della modalità Direct Mode, modalità DMO; - possibilità da parte dei terminali TETRA di funzionare come stazione radio per altri terminali TETRA nelle vicinanze attraverso la modalità DMO- Gateway. Figura 1: Confronto dell efficienza spettrale dei principali sistemi radiomobili. 9

10 Da quanto sopra descritto si evince che la particolarità di tale sistema risiede nella flessibilità ma soprattutto nell affidabilità, motivo per cui l utenza principale a cui si rivolge è la pubblica sicurezza e in generale utenza che fornisce servizi di emergenza. Le organizzazioni di Pubblica Sicurezza e di Recupero, Pubblic Safety and Disaster Recovery (PSDR) stanno quindi pensando, per poter intervenire efficacemente in situazioni di emergenza, di basare la maggior parte dei sistemi PMR di comunicazione in situazioni critiche sul sistema TETRA. Un possibile scenario di azione di un sistema così ideato è riportato in Figura 2, nella quale viene mostrata un ampia aria in cui vi sono le infrastrutture necessarie per realizzare una rete TETRA. Essa sarà in grado di fornire tutti i servizi necessari alle varie agenzie che costituiscono il PSDR, che sono: forze dell ordine; Servizi di ambulanze; gestione di Emergenze Civili; Vigili del Fuoco; Servizi di Guardia Costiera, e così via. Figura 2: Generico scenario di un sistema di telecomunicazioni PSDR basato sulla tecnologia TETRA. 10

11 Il componente cuore di tutto il sistema TETRA è l Infrastruttura di Gestione e di Instradamento, Switching and Managment Infrastructure, SwMI. Essa comprende tutti gli elementi del sistema necessari per la gestione della rete. Inoltre essa è in grado di fornire una serie di servizi a banda stretta ad un ampia area geografica coperta da un numero elevato di stazioni radiobase, Base Station, poste in posizioni strategiche. In figura vengono riportate le due interfacce operative per le comunicazioni tra i terminali radio che il sistema supporta: - V +D - Voice puls Data air-interface, l interfaccia più nota, caratterizzata dall operare in trunked mode, ossia la modalità per cui la risorsa radio viene allocata e disallocata dinamicamente e sulla base on demand per permettere un impiego efficiente della banda disponibile a molti gruppi di utenti. Con questa modalità due o più stazioni mobili comunicano tra loro attraverso l infrastruttura di rete; a livello di applicazioni gli apparecchi conformi alle specifiche V+D offrono una vasta gamma di servizi di trasmissione dati, di teleservizi e di servizi supplementari per la trasmissione mista di voce e dati; - DMO Direct Mode Optimization. Quest ultima è caratteristica del sistema TETRA, non è supportata dai tradizionali sistemi radiomobili. Con la modalità DMO due utenti possono comunicare tra loro direttamente, con modalità peerto-peer senza necessità dell utilizzo dell infrastruttura TETRA. Essa rappresenta un punto di forza del sistema in quanto può essere usata in condizioni di emergenza quando la rete si trova in condizione di fuori servizio parziale o totale, e quindi in situazioni in cui la modalità trunked risulterebbe inattiva. I servizi supportati dal sistema TETRA DMO vengono solitamente divisi in due categorie: i servizi di base e i servizi intrinseci, quali chiamate selettive veloci, comunicazioni tra gruppi di utenti, scambio di messaggi di testo, possibilità di lavorare in modalità diretta, trasmissione dati o video, comunicazioni full duplex, modalità cripto e interfacciabilità con linee telefoniche e centralini. In realtà il DMO ha portata limitata, per cui la sua 11

12 presenza nello standard deve essere considerata complementare alla modalità trunked e non sostitutiva. Affianco a queste due modalità la TETRA Association sta definendo altre due possibili modalità di operazione che sono: - Dual Watch il quale supporta simultaneamente entrambe le modalità di comunicazione: esso consente a ciascun utente di essere contattato da un altro utente sia che questo operi col protocollo TMO che con il DMO. - Packet Data Optimized tale protocollo supporta solo servizi di trasmissione di dati a commutazione di pacchetto. E bene ricordare che questo tipo di servizi è possibile anche mediante impianti V+D, ma l interfaccia aerea di PDO risulta essere più adatta. 1.2 Perché scegliere TETRA? Le comunicazioni radiomobili hanno raggiunto una maturità tale ed una capillarità tale che ci si potrebbe chiedere dove risieda la necessità di definire un nuovo sistema radio. In realtà il sistema TETRA ha guadagnato l interesse da parte di particolari utenze grazie a caratteristiche che lo rendono unico e non rimpiazzabile. La forza del sistema TETRA risiede nella possibilità di offrire servizi non ottenibili con altre tecnologie. La Figura 3 riassume tutti i possibili servizi che il sistema può offrire. Essi possono essere suddivisi in 3 diversi gruppi ognuno dei quali copre particolari esigenze, e sono: - Teleservizi - Il sistema TETRA ammette la possibilità di effettuare comunicazioni singole o di gruppo, comunicazioni in modalità diretta DM, chiamata in broadcast, canale aperto, e chiamata di emergenza; - Servizi di trasmissione dati - Il sistema TETRA permette la trasmissione dati sia in modalità a circuito che in modalità a pacchetto; - Servizi supplementari - Nei servizi supplementari offerti dallo standard TETRA si trovano registrazione dell accesso in rete, modalità push to talk, 12

13 creazione di gruppi virtuali, ascolto discreto e in ambiente, chiamata prioritaria, entrata in ritardo e comunicazione simultanea dei dati e della voce. Quindi è la possibilità di offrire servizi nuovi che rende tale sistema appetibile per tutti quegli enti che si trovano ad operare in situazioni critiche. Per meglio comprendere l aspetto innovativo di questo sistema, una breve descrizione dei vari servizi sopra citati viene data nelle sezioni di seguito. Figura 3: Servizi offerti da TETRA Teleservizi Comunicazioni singole o di gruppo Il sistema permette chiamate di gruppo (ad esempio agli utenti appartenenti ad una determinata area), gruppi aperti per lo scambio delle informazioni durante un intervento e chiamate singole da un terminale all altro (esempio per comunicazioni riservate in cui siano trattati dati sensibili). Sono possibili due modalità: - Full duplex: con questa modalità si può parlare e ascoltare nello stesso momento (TMO); - Half duplex:con questa modalità si può parlare e ascoltare in modo alternato (TMO/DMO). L apparecchiatura terminale di TETRA (come la maggior parte dei sistemi PMR) lavora in generale in semi-duplex, il che significa che non è possibile trasmettere e ricevere contemporaneamente. Il funzionamento in duplex corrisponde al tipo di 13

14 funzionamento che conosciamo del telefono con filo ed è facile da realizzare con TETRA grazie alla procedura d accesso al canale TDMA (time division multiple access). Le stazioni mobili che partecipano ad una comunicazione lavorano sulla stessa frequenza. Con il direct mode è possibile mantenere contemporaneamente su una frequenza fino a due collegamenti simplex indipendenti. Direct Mode Con l opzione direct mode due o più terminali mobili possono comunicare tra di loro direttamente, senza l intervento della stazione base. La funzionalità è simile a quella dei walky-talky. Broadcast Call La chiamata in broadcast, è una comunicazione unidirezionale punto-multipunto in una determinata zona. La zona e gli utenti sono predefiniti. I singoli partecipanti non devono confermare la chiamata e perciò colui che chiama non può controllare chi ha ricevuto la chiamata e chi no. Canale aperto Un gruppo d utenti può conversare su un determinato canale durante un certo lasso di tempo. All interno del gruppo tutti sentono la conversazione e possono parteciparvi in ogni momento. Con TETRA questo servizio non è esplicitamente normalizzato. Tuttavia, può essere installato mediante tutta una serie di servizi supplementari, come ad esempio pre-emptive priority call e call retention. Chiamata d emergenza In caso di necessità, ogni terminale è abilitato alla chiamata d emergenza che segnala alla centrale operativa che si richiede subito assistenza per una situazione di pericolo. In particolari situazioni di sovraccarico della rete (in caso di calamità naturali), possono essere attribuite priorità alle unità operative più a rischio, alle quali sarà sempre garantita la comunicazione. Include Call Questo tipo di chiamata permette di chiamare e di inserire in una conversazione uno o più utenti supplementari. 14

15 1.2.2 Servizi di trasmissione dati Status Transmission Messaggi brevi e predefiniti possono essere trasmessi dal dispatcher verso le stazioni mobili e viceversa oppure tra le stazioni mobili. Short Data Service (SDS) TETRA permette l invio di messaggi di testo brevi simili agli SMS della rete GSM. I messaggi predefiniti possono essere inviati a singoli utenti o ad un gruppo. Trasmissione dati a commutazione a pacchetto In una trasmissione a commutazione di pacchetto le risorse sono assegnate a tutti gli utenti che hanno prenotato la banda tramite la tecnica a banda prenotata. In questo tipo di rete non si ha la certezza sulla disponibilità delle risorse trasmissive, dunque si rende necessario l utilizzo di memorie nelle quali immagazzinare i dati temporaneamente, in attesa della loro trasmissione. Il servizio reso in questo tipo di commutazione è: - di tipo a chiamata virtuale se il servizio è orientato alla connessione (tipo X.25), ossia un servizio a connessione orientata il quale si basa sulle 3 fasi: instaurazione della chiamata, dati e rilascio; - di tipo datagramma se il servizio non è orientato alla connessione (tipo Internet) ossia un servizio senza connessione, dove la rete trasferisce i pacchetti ricevuti nei nodi sorgente attraverso una sequenza di nodi e rami sulla base di un indirizzo di destinazione contenuto nella trama. Trasmissione dati a commutazione di circuito In questo tipo di commutazione le risorse di rete sono dedicate esclusivamente agli utenti a cui è stata assegnata una banda tramite tecnica a banda assegnata. La banda è totalmente a disposizione degli utenti che la ricevono, dunque non è previsto l uso di alcuna memoria. Il servizio in questo tipo di commutazione è la chiamata. In figura Figura 4 sono riportate le velocità di trasmissione dei dati (in kbit/s) di uno standard V+D a seconda del grado di protezione. 15

16 Figura 4: Velocità di trasmissione dati per comunicazioni a commutazione di circuito Servizi supplementari Registrazione di accesso nella rete Ogni accesso nella rete viene registrato e abilitato dal sistema (se riconosciuto); ciò consente il controllo di quanti siano collegati al momento e di quali terminali invece siano fuori copertura di rete o non in servizio. Inoltre si garantisce una certa sicurezza delle comunicazioni che i vecchi sistemi analogici non garantivano. Push to Talk mode La modalità di comunicazione push to talk (ptt) non necessita di comporre numeri, come invece è previsto nel sistema GSM. I terminali sono dotati di un tasto che è sufficiente premere per parlare, ciò dopo essersi connessi ad un gruppo di utenti o ad un singolo altro utente in modalità permanente. Il tempo di connessione è di 0,5 secondi. Creazione di gruppi virtuali Un utente può essere chiamato ed incluso in un gruppo aperto. Questo consente di creare gruppi che possono coinvolgere non solo personale appartenente allo stesso corpo di intervento presso una determinata area, ma anche terminali di altre reti TETRA compatibili che appartengano ad altri corpi ed enti di soccorso e sicurezza pubblica. Ascolto discreto E possibile per il gestore della rete in centrale operativa o per terminali abilitati, l ascolto delle comunicazioni di gruppo o di chiamate singole o anche dell ambiente 16

17 attorno al terminale, senza che questo sia comprensibile agli utilizzatori. Ciò è molto importante quando un membro di un corpo di polizia sia in pericolo e sotto minaccia. Ascolto in ambiente Questo servizio supplementare permette al dispatcher in caso di situazioni poco chiare e pericolose di ascoltare le conversazioni all interno di un veicolo senza farsi notare. Questo servizio è importante per la polizia o altri servizi di sicurezza. Chiamata prioritaria Questo servizio supplementare permette ad un utente di attribuire la priorità alla propria chiamata, che viene dunque effettuata prima di tutte le altre chiamate la cui priorità è inferiore. Se non vi sono più risorse di rete a disposizione (ad es. tutti i canali sono occupati) è possibile liberarne alcune grazie al cosiddetto pre-emptive priority call. Di conseguenza, le comunicazioni con la priorità più bassa vengono interrotte. Entrata in ritardo L entrata in ritardo permette a un utente d inserirsi all interno di una conversazione di gruppo dopo che essa è già stata instaurata. Tale servizio è utile se ad esempio si era occupati al momento della chiamata o se non si aveva ancora acceso il proprio apparecchio. Comunicazioni voce e dati TETRA prevede che mentre avviene uno scambio di dati (esempio la ricezione di una foto segnaletica) è sempre possibile continuare ad utilizzare il canale voce. Oltre all invio di immagini, dati e voce, è possibile inviare messaggi col protocollo Short Data Service, SDS. 17

18 1.3 Possibili scenari TETRA Per meglio comprendere l utilità dei servizi offerti dal sistema TETRA e perché esso è da ritenersi unico nel suo genere ed indispensabile in alcuni contesti, vengono riportati di seguito alcuni esempi di possibili scenari in cui il sistema può essere impiegato e risultare molto efficiente [1]. Un primo scenario, molto comune, può essere quello in cui un operatore di centrale comunica, attraverso la rete, con i mezzi di soccorso (118) in modo contemporaneo. Il centro di controllo, così, può inviare voce e dati a tutti i mezzi di soccorso e, grazie anche all integrazione dei terminali mobili con antenne GPS, può localizzare la posizione degli operatori di soccorso (Figura 5). Figura 5: Possibile scenario di operazione del sistema TETRA. Inoltre, in caso di incidente, il centro di controllo può contemporaneamente inviare ai soccorritori sul luogo dell evento la scheda clinica dell assistito in formato elettronico prima che si arrivi all ospedale e mettere in comunicazione i soccorritori con uno specialista tramite interoperabilità con la rete telefonica o cellulare (Figura 6). 18

19 Figura 6: Possibile scenario di operazione del sistema TETRA. TETRA non si limita però solo a situazioni in cui si ha una sola comunicazione in atto; è possibile, infatti, effettuare anche comunicazioni separate, simultanee e indipendenti tra gruppi che lavorano nello stesso intervento. Il coordinatore delle operazioni può comunicare con una delle squadre al lavoro e, nel caso ci fosse bisogno, può essere avvertito di un pericolo da un altro gruppo, con il quale potrà poi interagire semplicemente cambiando gruppo di comunicazione (Figura 7) Figura 7: Possibile scenario di operazione del sistema TETRA. Se ve ne è necessità, non solo il coordinatore può interagire con i singoli gruppi, ma anche questi possono interagire tra di loro. Nella situazione in cui vi siano più gruppi che lavorano allo stesso evento, questi possono interagire tra di loro eseguendo il patching, ovvero le comunicazioni dei singoli gruppi passano attraverso un dispatcher che invia le informazioni ai gruppi in questione (Figura 8). 19

20 Figura 8: Possibile scenario di operazione del sistema TETRA. Quelli descritti sono solo alcuni possibili scenari, dove si è potuto osservare che una tecnologia radiomobile commerciale non sarebbe stata in grado di fornire quei servizi ottenibili invece con il sistema TETRA. 1.4 TETRA Association Essendo lo standard TETRA uno standard ancora in evoluzione, l Associazione industriale TETRA Association ha definito una procedura per assicurare l effettiva interoperabilità tra apparati di diversi costruttori allo scopo di garantire un mercato aperto e realmente competitivo. L Associazione dunque rappresenta gli interessi dei costruttori, degli operatori di rete e degli utilizzatori per la tecnologia radio mobile digitale TETRA in modo imparziale. Per questo il compito dell Associazione TETRA è da un lato quello di realizzare Specifiche Tecniche di Interoperabilità (TIP), attraverso una collaborazione con le industrie, e dall altro è quello di effettuare le prove tecniche dei terminali sulle infrastrutture di rete di altri costruttori. A causa dell enorme crescita del mercato legato a TETRA, l associazione ha deciso di affidare i compiti relativi all interoperabilità ad un Ente di Certificazione indipendente: la gara internazionale bandita per tale ruolo è stata vinta nel 2002 dalla Scuola Superiore ISCTI, che ha firmato un contratto con il consorzio TETRA Association con il quale si è assunto il ruolo di Organismo di Certificazione dell interoperabilità dei medesimi. 20

21 A fine 2003 si è inoltre formalizzata ufficialmente la collaborazione della Fondazione Ugo Bordoni, la quale è stata chiamata a svolgere le seguenti attività: - coordinamento delle riunioni internazionali volte a definire le specifiche dei test di interoperabilità IOP attraverso la mediazione delle proposte provenienti dagli attori coinvolti. I prodotti che superano le verifiche ottengono un certificato di IOP che evidenzia la conformità alle specifiche tecniche di IOP (tali specifiche vengono indicate con l acronimo TIP); - partecipazione alle attività di gestione delle sessioni di test degli apparati (supervisione delle misure ed all analisi dei dati) che l ISCTI è tenuto, contrattualmente, ad effettuare su richiesta dei costruttori di terminali TETRA; - supporto alla ridefinizione del processo di test e certificazione ed del formato dei Certificati di interoperabilità degli apparati attualmente in corso in ambitotetramou; La procedura di certificazione di Interoperabilità, realizzata dal TETRA Association, costituisce il più significativo fattore di fiducia per i gestori delle reti, in quanto fornisce l evidenza del vantaggio del funzionamento della normativa condivisa. E ora prevista una evoluzione verso TETRA 2 che consentirà di mantenere i sistemi TETRA già installati al passo con l evoluzione tecnologica complessiva del mercato delle telecomunicazioni, in linea con quanto sta accadendo per i sistemi cellulari. Come si articola il processo di certificazione sarà oggetto del prossimo capitolo in cui le varie fasi che compongono il processo vengono spiegate in dettaglio. Il ruolo dell Ente di Certificazione è determinante al fine di garantire l interoperabilità dei vari sistemi essendo l ente imparziale nei confronti delle varie aziende manifatturiere garantendo così l evoluzione del sistema TETRA in linea con la filosofia che lo caratterizza e cioè un sistema che abbia uno standard aperto e non proprietario e quindi non realizzato seguendo le esigenze di particolari aziende manifatturiere. Questa caratteristica è il punto di forza che permetterà di realizzare un sistema efficiente e robusto tale da essere utilizzato in situazioni critiche e di scarsa copertura radio. 21

22 2 Capitolo II: Il Processo di Certificazione per l Interoperabilità degli apparati TETRA Lo scopo del processo di Certificazione dello standard TETRA nasce dall esigenza di poter garantire l inetroperabilità tra i terminali proposti da varie compagnie manifatturiere e il sistema. Il lavoro dell associazione TETRA Association è proprio quello di mantenere il sistema TETRA uno standard aperto. 2.1 Fasi del processo di certificazione dell interoperabilità Per il processo di certificazione è necessario dover definire i requisiti per poter testare e certificare l interoperabilità TETRA utilizzando sistemi esistenti e tool consolidati di testing. La certificazione riguarda il testare sia la stazione radiomobile, Swiming (SwMI), che il terminale, Mobile Station (MS). In questo capitolo vengono descritte le varie fasi di cui è composto il processo di certificazione. In particolare in questo documento viene analizzato il processo di certificazione relativo alla segnalazione dell interfaccia radio, Air Interface, per entrambe le modalità di operazione dei terminali: Trunked Mode Operation (TMO), e Direct Mode Operation (DMO). Il processo di certificazione consiste essenzialmente in tre fasi che sono: 1. Definizione delle specifiche attraverso la realizzazione del documento TETRA Interoperabilty Profile TIP; 2. Creazione dei documenti TIP Compliant Test Plan; 3. Esecuzione dei test di interoperabilità TETRA. Lo scopo dei test di interoperabilità serve per verificare che i prodotti testati (sia terminali che Stazioni RadioBase) siano in linea con le funzionalità e i requisiti definiti nei documenti TIP delle specifiche. La Figura 9 mostra in dettaglio l intero processo di certificazione all interno dell associazione TETRA. 22

23 TETRA Association Operators and Users Association TIP topic suggestions and priorities TIP Specifications TETRA Association Technical Forum TIP topics and goals TIP documents TETRA Association Technical Forum Working Group TIP Interoperability Testing and Certification TETRA Association Certification Body TIP Compliance test Plans CERTIFICATES TIP specifications and TIP Compliance Test Plans proposals TETRA Association Member Company Figura 9: Processo di certificazione di interoperabilità all interno della TETRA Association. In particolare il testing viene effettuato dal Certification Body il quale ha il compito di emettere i certificati relativi ai vari terminali testati. L accettazione finale dei vari TIP Compliance Test Plans relativi ai vari terminali sotto test è ad opera del TETRA Association Technical Forum così come i vari documenti delle specifiche, i TIP Specifications. Di seguito le varie fasi del processo di certificazione vengono spiegati in dettaglio. 2.2 Prerequisiti Le varie compagnie manifatturiere per poter partecipare ad una sessione di test con i propri terminali devono soddisfare alcuni prerequisiti i quali sono richiesti dalla associazione TETRA Association. I prerequisiti minimi si riducono essenzialmente a 23

24 due. Essi devono però obbligatoriamente essere soddisfatti per poter accedere ad una sessione di test. Tali prerequisiti sono i seguenti: - Ogni compagnia manifatturiera deve obbligatoriamente far parte della TETRA Association. - Ogni compagnia manifatturiera deve obbligatoriamente stipulare un contratto con il Certification Body. Una volta soddisfatti i prerequisiti le varie compagnie verranno iscritte alla IOP mailing list per poter ricevere così tutte le informazioni relative alla sessione IOP di test. 2.3 Criteri di Ingresso (Entry Criteria Testing) La prima fase del processo di certificazione è l adempimento dei test per il soddisfacimento dei Criteri di Ingresso. In pratica ogni manifatturiere che non ha mai partecipato ad una sessione ed entra per la priva volta nella TETRA Association deve fare una serie di test preliminari. Essi rappresentano la soglia minima di accettazione da parte della associazione. Questi test preliminari vengono fatti al fine di ottimizzare tempo e risorse da parte di tutti i componenti della TETRA Association. In pratica vengono fatti per evitare di impiegare una sessione di test con terminali che in realtà non hanno raggiunto la maturità tecnologica minima per poter fare un test di interoperabilità TETRA. La compagnia manifatturiera che richiede una sessione di test preliminari invierà la richiesta al Certification Body, il quale provvederà di pianificare tale sessione di test entro due mesi dalla richiesta ricevuta. Il Certification Body selezionerà un insieme di test preliminari da effettuare a seconda delle varie funzionalità supportate dal terminale in esame. Dopo la sessione di test il Certification Body valuta i log file, ossia opportuni file contenenti la registrazione della sequenza di segnalazione tra la SwMI e il terminale per interpretare i test effettuati, ed entro le successive quattro settimane deciderà se il terminale può essere valutato maturo/immaturo per una sessione di test vera e propria ossia la sessione di interoperabilità TETRA. Se il terminale è ritenuto maturo, il Certification Body 24

25 comunicherà al Tecnical Forum il suo verdetto e successivamente la compagnia manifatturiera in questione avrà il permesso di poter partecipare alla sessione di test di inetroperabilità vera e propria. Tale informazione verrà poi riportata nel successivo meeting del Technical Forum. 2.4 Sessione di Test completa di interoperabilità TETRA Lo scopo della sessione di test completa, è valutare se le specifiche descritte nel TIP sono soddisfatte dai vari terminali. Le parti coinvolte nella sessione di test sono tre: la compagnia manifatturiera che vuole testare il terminale, la compagnia manifatturiera che vuole testare la stazione SwMI, e il Certification Body che esegue praticamente i test. Ovviamente possono esserci situazioni in cui la compagnia manifatturiera che propone il terminale è la stessa che propone l infrastruttura SwMI. La sessione di test viene effettuata con un sistema vero in laboratorio, e viene testato sia il terminale che la stazione SwMI in un ipotetico scenario di operabilità. Alcune differenze si hanno se si sta operando in modalità TMO o in modalità DMO. Per questo di seguito vengono analizzate le due modalità separatamente Sessione di Test di interoperabilità TETRA (TMO) Pianificazione di una Sessione di Test di interoperabilità TETRA (TMO) In Figura 10 viene riportato il diagramma di flusso che spiega tutte le fasi che compongono una sessione di test per un terminale che opera in modalità TMO. Dalla figura si possono vedere le tre parti coinvolte: manifatturiere terminale, manifatturiere SwMI, Ente di Certificazione. Ognuno entra nelle varie fasi con precise mansione e tempi da rispettare. Di seguito viene fornita una breve descrizione delle varie fasi, che sono indicate nella figura con il termine NOTE. 25

26 Figura 10: Diagramma di flusso di una sessione di test TMO. 1. NOTE 1: Reservation - La prima fase del processo avviene quando una compagnia manifatturiera di SwMI decide di ospitare una sessione di test. Tale decisione viene comunicata all ente di certificazione spedendo un documento chiamato Reservation. La Reservation deve essere spedita al massimo 9 mesi prima dalla data in cui la compagnia manifatturiera intende effettuare la sessione di test e si impegna ad allocare risorse e disponibilità per 26

27 almeno 4 settimane successive dalla data indicata. Una volta ricevuta la Reservation, l ente di certificazione verifica che il periodo proposto dalla compagnia manifatturiera della Stazione Radio sia disponibile, e in caso affermativo le comunica di aver accettato la sua Reservation. Altrimenti il Certification Body può proporre un altra data purchè non sia posticipata oltre 4 settimane dopo la data che inizialmente aveva proposto la compagnia della SwMI. Una volta accettata la Reservation il Certification Body comunica alle compagnie manifatturiere la disponibilità di una imminente sessione di test fornendo tutte le informazioni utili: quale laboratorio ospita la sessione, i modelli di SwMI utilizzati, in quale periodo verrà fatta, ecc.. 2. NOTE2:Documentation Request - Il manifatturiere di SwMI una volta ricevuta la notifica da parte del Certification Body dell approvazione della sessione di test, richiede a quest ultimo la documentazione necessaria che risulta essere: l ultima versione aggiornata delle TIC-RT, ossia modelli di file Excel contenenti tutte le specifiche che dovranno essere testate; i vari modelli per la descrizione della configurazione della SwMI, e il modulo di conferma (il documento Confirm) di aver accettato la Reservation precedentemente inviata. 3. NOTE3:Test Session Confirmation Almeno 7 settimane prima la data pianificata per iniziare la sessione di test, la compagnia manifatturiera della SwMI invia la conferma al Certification Body. In particolare invia tutte le informazioni necessarie sulla sessione di test e indica se è anche disponibile ad ospitare una sessione di test per la modalità DMO contemporaneamente. La conferma della sessione con l invio di tutte le informazioni utili è un punto molto importante dell intero processo. Infatti se l Ente di Certificazione non riceve tale conferma entro il tempo stabilito, la sessione viene automaticamente cancellata. 4. NOTE4: Invitatiton Una volta confermata la sessione di test, il Certification Body entro una settimana da quando ha ricevuto la conferma, distribuisce a tutte le compagnie manifatturiere dei terminali, l Invitation alla sessione di test 27

28 includendo le varie informazioni fornite dalla compagnia della SwMI e il documento per la registrazione alla sessione. 5. NOTE5: Registration Il periodo di registrazione inizia dal momento in cui viene distribuito l Invitation e termina 4 settimane prima l inizio della sessione di test. Durante il periodo di registrazione le compagnie manifatturiere dei MS che desiderano partecipare alla sessione devono spedire la Registration sia all ente di certificazione, sia al laboratorio della SwMI dove si terrà la sessione. Successivamente ciascuna compagnia di terminali potrà richiedere alla compagnia della SwMI le TIC-RT ufficiali aggiornate che verranno usate nei test. Nel caso in cui tali TIC-RT non risultino ufficiali, le varie compagnie di terminali possono fornire le proprie TIC-RT. In tal caso esse dovranno essere spedite al Certification Body e al laboratorio dove si terrà la sessione entro il periodo di registrazione. In aggiunta le compagnie manifatturiere dei terminali dovranno anche specificare le versioni Hardware e Software utilizzate per le realizzazione dei loro dispositivi. 6. NOTE6: Time Schedule. Finito il periodo di registrazione. Il laboratorio dove si terrà la sessione, lo SwMI Lab, pianificherà l intera sessione allocando ore di laboratorio per ciascuna compagnia manifatturiera dei vari terminali. Successivamente l ente di certificazione verificherà se il tempo allocato per ogni terminale sia adeguato al fine di fare i vari test in maniera efficiente ed equa. La pianificazione temporale della sessione di test definitiva e approvata da tutte le parti verrà fornita entro due settimane dopo la fine del periodo di registrazione. Si ricordi che le varie allocazioni temporali non vengono necessariamente decise nello stesso ordine in cui sono pervenute le richieste. Per questo motivo e per non arrecare giovamento o danno a nessuna compagnia dei MS, tutti i certificati di un intera sessione verranno distribuiti contemporaneamente nella stessa data decisa durante i vari meeting dei WG. 7. NOTE7: Confirmation of the lab availability Due settimane prima dell inizio della sessione lo SwMI Lab comunica sia al Certification Body che alle varie 28

29 compagnie dei terminali che il laboratorio è disponibile per fare i test e l adesione al time schedale precedentemente approvato da tutte le parti. 8. NOTE8: Testing Resources In questa fase sia dalla parte della compagnia manifatturiera della SwMI sia dal lato delle varie compagnie dei terminali ci si impegna a fornire tutto l equipment necessario per effettuare un test chiaro, ripetibile, e tale da poter testare le funzionalità minima per entrambi i dispositivi. 9. NOTE9: Cancellation Se si verifica la cancellazione di un partecipante registrato (SwMI, MS, o Certification Body) prima di due settimane dall inizio della sessione, gli altri partecipanti devono richiedere il rimborso delle spese. L ammontare del rimborso è definito in un documento in cui vengono calcolate le tariffe per le varie parti coinvolte. 10. NOTE10: IOP test session attendance La partecipazione alla sessione di test è riservata solo ai rappresentanti delle varie parti impegnate (rappresentanti della SwMI, dei vari MS, e del Certification Body) Esecuzione di una Sessione di Test di Interoperabilità TETRA (TMO) In questa sessione vengono riportate tutte le fasi necessarie per l esecuzione di una sessione di test. La Figura 11 riporta il diagramma di flusso in cui vengono visualizzate in dettaglio le varie fasi di test per un terminale in modalità TMO. Come per la pianificazione della sessione anche per l esecuzione le parti coinvolte sono tre: la compagnia della SwMI che ospita la sessione, le compagnie dei vari terminali, e l Ente di Certificazione che esegue i test. Come nella sezione precedente anche qui le varie fasi vengono indicate con il termine NOTE ciascuna delle quali verrano brevemente descritte di seguito. 29

30 Figura 11: Fasi di esecuzione di un test di Interoperabilità TETRA (TMO). 1. NOTE1: Testing Una volta che tutte le fasi descritte nella sezione precedente sono state soddisfatte la fase di test può iniziare sotto la supervisione dell ente di certificazione. I test vengono effettuati fino a che il tempo allocato per ogni 30

31 terminale registrato nella sessione non termina o fino a quando tutti i test pianificati non sono stati effettuati. Prima dell inizio di ogni allocazione temporale (slot) dedicata ad ogni terminale il Certification Body, insieme alle altre due parti, pianifica le priorità dei vari test al fine di impiegare il tempo dello slot in maniera efficiente, e tale da garantire la realizzazione di tutti i test nel tempo dedicato. Al fine di impiegare lo slot in maniera efficiente, si cerca di ottimizzare la verifica dei test; per fare ciò l obbiettivo è quello di utilizzare i risultati ottenuti ed evitare la ripetizione di test già eseguiti e verificati. Per questo l Ente di Certificazione pianifica tali test prima che la sessione abbia inizio. Esso è quindi responsabile dell efficienza con cui tutti i test vengono effettuati, e perciò è suo compito prevedere quale sia il numero adeguato di tecnici ingegneri necessari per effettuare l intera sessione nei tempi pianificati. Alla fine di ogni test, i tecnici dell Ente di Certificazione fanno una preliminare valutazione dei log file della SwMI e del terminale per vedere la sequenza di segnalazione, ossia la sequenza delle PDU, Packet Data Unit, scambiate tra la SwMI e il MS. Ciò viene fatto per controllare se le PDU sono state correttamente riportate nei log file. Infine è importante ricordare che le versioni di Hardware e Software sia della SwMI che del terminale devono essere le stesse dichiarate prima dell inizio della sessione. Eventuali cambiamenti devo essere dichiarati al Certification Body, in modo che verranno poi riportati nei Certificati finali. Durante il test è lecito cambiare un pacchetto hardware solo con un pacchetto dello stesso tipo, mentre un pacchetto software può essere cambiato solo per il terminale e solo se si dimostra che il software che si sta usando non è in grado di supportare le funzionalità che si devono testare. NOTE1:Wrap up meeting Alla fine di ogni slot viene effettuato un piccolo meeting tra la compagnia della SwMI, la compagnia del terminale sotto test e dell ente di certificazione. In questo meeting vengono discussi i test che sono stati fatti durante lo slot dedicato per chiarire eventuali disaccordi che possono 31

32 verificarsi circa l interpretazione delle specifiche tecniche e sullo svolgimento dei test fatti. Queste discussioni servono per identificare eventuali cambiamenti necessari ai TIP, Test Plan e TIC-RT per chiarire e migliorare il processo di test IOP. 2. NOTE2: Inspections of logs Alla fine di ogni slot temporale i partecipanti alla sessione forniscono al Certification Body i log file delle interfacce radio in maniera leggibile. I file log devono mostrare gli scambi di messaggi secondo il protocollo seguendo le specifiche riportate nel TIP. È importante fornire in questa fase programmi di decodifica delle PDU (livello 3 della pila protocollare ISO-OSI), per filtrare le informazioni non utili ai fini del test. (Si ricordi che tutti test vengono effettuati sul livello 2 della pila). Se vengono forniti log file non leggibili essi verrano scartati e non presi in considerazione per l esito finale del test. Al fine di ottimizzare il tempo per quei test che in fase preliminare erano stati giudicati positivi, si analizza solo una parte del log file. Se però da un analisi parziali non si riesce ad avere il verdetto positivo come in fase preliminare, allora viene ispezionata una sezione del log file. Infine se un equipment non è in grado di produrre un log file al fine del test, si accetterà il log parziale prodotto e si effettuerà il verdetto dall analisi di questo log file parziale. 3. NOTE3: Discussion of test session results Finita la sessione di test, inizia la fase di discussione dei risultati ottenuti durante i test. Tale discussione viene fatta via a-mail tra la SwMI, il terminale sotto test, e il Certification Body. Qyest ultimo ha il ruolo chiave in quanto dovrà prendere decisioni oggettive sull analisi dei risultati ottenuti dai test e risolvere i vari problemi irrisolti tra le due parti. 4. NOTE4: Certificates Se tutte le fasi descritte in precedenza vengono terminate senza problemi e se tutte le informazioni e i tool vengono forniti in tempo, i certificati e i Test Report vengono prodotti circa 45 giorni dopo la sessione di test. I certificati devono essere rilasciati per tutte le compagnie 32

33 manifatturiere nello stesso giorno al fine di non arrecare vantaggio o disagio a nessuna delle varie compagnie partecipanti. I certificati vengono poi pubblicati nel sito web dell associazione TETRA [2] una volta che eventuali commenti ricevuti dai vari partecipanti sono stati valutati e risolti. I Test Report, i certificati e tutte le dichiarazioni delle aziende manifatturiere sono disponibili nel sito web di TETRA nell area riservata ai membri dell associazione. In particolare in ogni certificato nella prima pagina vengono riportate le indicazioni di dove possono essere consultati i Test Report nel sito web dell associazione Pianificazione di una Sessione di Test di interoperabilità TETRA (DMO) Analogamente come nel caso TMO, vengono riportate di seguito le fasi principali della pianificazione ed esecuzione delle sessioni di test nel caso in cui i terminali operino in modalità DMO. In generale i passi da seguire nelle varie fasi sono gli stessi visti nella sezione precedente con alcune differenze. Per questo nelle sezioni riguardanti il DMO vengono solo esposti i punti che si diversificano rispetto ala caso del TMO, tenendo per assunti tutti i punti descritti nel caso TMO Pianificazione di una Sessione di Test di interoperabilità TETRA (DMO) Terminali DMO La pianificazione della sessione di test per la modalità DMO è simile a quella precedentemente trattata per il TMO. Bisogna però definire alcuni aspetti non trattati nel caso TMO, che sono: - La compagnia manifatturiera che desidera avere una sessione di test DMO in un specifico periodo dovrà individuare insieme all ente di certificazione un luogo e un periodo temporale disponibile. - Quindi l ente ospitante la sessione di test spedirà una Reservation al Certification Body e le procedure per la pianificazione della sessione di test sono le identiche descritte nel caso TMO dove il ruolo dell azienda 33