RETI DI TELECOMUNICAZIONI

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1 Corso di Studi in Ing. delle Telecomunicazioni LAUREA in INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI RETI DI TELECOMUNICAZIONI Stefano Giordano Lezione n.2n Caratteristiche di un servizio di telecomunicazione, conversione A/D, Classificazione dei servizi, sorgenti CBR VBR Gruppo di Ricerca in Reti di Telecomunicazioni Dipartimento di Ingegneria della Informazione: Elettronica, Informatica, Telecomunicazioni 1

2 Cos è un servizio di telecomunicazione? Esso può essere definito come un insieme di procedure che, una volta attuate, rendono possibile trasportare ed utilizzare a distanza informazioni. Per caratterizzare un servizio è necessario specificare chi invia e chi riceve le informazioni (l utente/cliente) e chi trasporta le informazioni o le rende accessibili (il fornitore del servizio). Quanto più si conoscono nel dettaglio le esigenze degli utenti tanto più si riesce ad offrire un servizio su misura commisurando le risorse di telecomunicazione impegnate ai requisiti del servizio stesso. 2

3 Tipologie di informazioni La tipologie di informazione che deve essere trasferita ha determinato storicamente le modalità di trasporto e quindi le corrispondenti caratteristiche di qualità. VOCE/AUDIO: tutti i tipi di informazione che vengono percepiti dall orecchio umano come la voce, i suoni, etc VIDEO: tutti i tipi di informazione che vengono percepiti dall occhio umano come ad esempio le immagini fisse o in movimento DATI: tutti i tipi di informazioni che sono rappresentati per mezzo di informazioni binarie e che non rientrano nelle due categorie precedenti. 3

4 Servizi monomediali e multimediali A seconda della natura delle informazioni trasportate un servizio si distingue in monomediale o multimediale. In un servizio monomediale viaggia un solo tipo di informazione, come ad esempio la voce nel caso della telefonia, i dati in una tipica sessione di accesso ad Internet, le immagini in un servizio di telesorveglianza. In un servizio multimediale i tipi di informazioni trasportati nell ambito del servizio sono almeno due ognuno secondo i propri vincoli di qualità di trasporto. Un esempio è rappresentato dalla videoconferenza dove vengono trasmessi segnali sia video che audio mutuamente sincronizzati 4

5 Caratterizzazione delle comunicazioni La configurazione di un servizio identifica il numero di attori coinvolti nel servizio stesso; in particolare la configurazione varia a seconda del numero di destinatari dell informazione emessa dalla sorgente. Si distinguono tre tipi di configurazione: Punto-Punto (unicast): il servizio si svolge tra due punti ognuno dei quali accede al servizio tramite un punto di accesso nella rete di telecomunicazioni Multipunto (multicast): il servizio coinvolge più di due utenti, così che in generale l informazione emessa da un utente (sorgente) è trasportata e resa disponibile agli altri utenti del servizio (destinatari) Diffusivo (o broadcast): è un particolare tipo di configurazione multipunto nella quale l informazione è trasportata e resa disponibile per tutti gli utenti della rete 5

6 Caratterizzazione delle comunicazioni La direzione di una comunicazione fa riferimento alla caratteristica del flusso informativo emesso e/o ricevuto da un generico utente di un servizio di comunicazione. Si distinguono due tipi di servizi: Unidirezionale, quando il servizio trasferisce un solo flusso informativo che va dalla sorgente all utilizzatore (servizio puntopunto) o agli utilizzatori (servizio multipunto o diffusivo); Bidirezionale, quando il servizio trasferisce due flussi informativi per utente del servizio, chiaramente in direzioni opposte, così che ogni utente agisce sia da sorgente sia da destinazione delle informazioni. Un servizio bidirezionale può essere ulteriormente distinto in Simmetrico (se i flussi nelle due direzioni sono caratterizzati dagli stessi parametri) Asimmetrico (se se i flussi nelle due direzioni sono caratterizzati da parametri diversi) 6

7 Caratterizzazione delle comunicazioni La proprietà di inizializzazione, infine, descrive le modalità attraverso le quali viene reso disponibile un servizio. Un servizio può essere inizializzato : Su base chiamata, ogni volta che il servizio si articola su tre fasi di richiesta del servizio, attraverso opportune procedure attuate nella rete, utilizzazione/mantenimento delle risorse (durante la quale vengono trasmesse le informazioni) e rilascio delle risorse utilizzate; Su base contrattuale, quando la disponibilità del servizio di telecomunicazione è permanente o semi-permanente per gli utenti coinvolti; ciò implica che la fase di richiesta del servizio si attua solo con un accordo (contrattuale) siglato tra cliente e fornitore del servizio. 7

8 Internetworking Denomineremo internet un internetwork isolato dal resto della rete e Internet la rete globale che nasce dall interconnessione di internet distinte Es. Una rete aziendale o di campus è una internet perchè corrisponde ad una rete di reti isolata dalla rete globale. Se viene collegata al resto della rete (talvolta denominat big-internet ) diviene una subnet di Internet 8

9 Addressing and Routing Address: byte-string that identifies a node usually unique Routing: distributed process aimed to obtain the correct path to the destination node based on its address Types of addresses unicast: node-specific broadcast: all nodes on the network multicast: some subset of nodes on the network 9

10 Componenti spettrali del segnale vocale Ampiezza (Hz) banda lorda concessa al segnale vocale La voce umana possiede componenti frequenziali che si estendono dalle basse frequenze (decine di Hz) a frequenze anche superiori ai 10 KHz. In ambito telefonico, al fine di ridurre l occupazione di banda in rete si è ridotta l occupazione frequenziale del segnale vocale ad una banda che si estende tra 300 e 3600 Hz mediante un filtraggio passa basso che avviene all ingresso della centrale telefonica. 10

11 Human frequency response Most sensitive range of hearing Taken from MP3: The Definitive Guide By Scot Hacker (O Reilly) 11

12 Multiplazione analogica FDM Canale 1 Canale 2 Canale 3 Canale 4 Nelle reti telefoniche del passato si operava una modulazione SSB (single side band) Canale n.1 Canale n.2 Canale n.3 Canale n.4 12

13 Digitalizzazione del segnale vocale Il segnale vocale ancora oggi arriva alla centrale in forma analogica (occupando una banda maggiore di 4 KHz). Qui un filtro lo limita a soli 4 Khz. Per essere trasformato in un segnale digitale viene: Campionato (4 Khz di banda richiedono almeno 8000 campioni al secondo un campione ogni 125 µsec)) Quantizzato (i livelli sono discretizzati su 256 valori scelti in modo non uniforme) Codificato (a ciascun campione viene associata un ampiezza rappresentata da un ottetto=8bit) 13

14 Digitizing Analog Signals Original Signal and Samples Actual Sample Values Quantized Sample Values Reconstructed Signal Original Signal 14

15 Uniform vs Non-Linear Quantizing Uniform Transfer Characteristic Output Signal Non-Uniform Transfer Characteristic Output Signal Input Signal Input Signal Uniform Error Characteristic Input Signal Non-Uniform Error Characteristic Input Signal

16 Uniform vs Non-Linear Quantizing 16

17 Pulse Code Modulation Analog to Digital Conversion A Law (Europe) Quantizing Noise Stage 1 µ Law (USA Japan) Quantizing Stage 17

18 µ-law Encoding F(x) Continuous µ=255 Segmented approximation Segment end points F(x) = encoded value for power x x 18

19 Pulse Code Modulation Analog to Digital Conversion 19

20 Pulse Code Modulation Analog to Digital Conversion 20

21 Multiplatore TDM Slot temporale Slot Slot Slot µsec... 21

22 Alcune considerazioni aggiuntive sulle topologie elementari Indichiamo con: N numero dei Nodi R il numero di Rami C costo unitario di ciascun ramo D min distanza minima tra due nodi C agg costo aggiuntivo di altri elementi della rete C tot costo totale della rete Maglia Completa N(N-1) C tot = CR = C 2 Il costo è proporzionale ad N 2 D min = 1 22

23 Alcune considerazioni aggiuntive sulle topologie elementari Maglia incompleta N < R < N(N-1) 2 D min = 1 Però quando non esiste un collegamento diretto tra due nodi è necessario transitare da uno più nodi intermedi I nodi devono consentire il transito delle informazioni 23

24 Alcune considerazioni aggiuntive sulle topologie elementari Non esistono cicli (loop) Albero R= N-1 C tot =C (N-1) C tot =C N 1 D N 2 Anello 24

25 Alcune considerazioni aggiuntive sulle topologie elementari Stella C tot =C N + C commutatore D min = 2 C tot =C N + C bus D min = 2 Bus 25

26 Topologie più complesse Topologia mista Maglia-Stella Topologia a doppio anello Topologia a doppio bus 26

27 Classificazione dei servizi di Telecomunicazione secondo la raccomandazione I.211 dell ITU-T Servizi di telecomunicazione Servizi interattivi Servizi distributivi Servizi di conversazione Servizi di messaggistica Servizi di consultazione Con controllo di presentazione Senza controllo di presentazione Real-time VoD Web browsing Teletext Televideo TV Pay-TV 27

28 Applications Application Taxonomy Elastic Best-Effort Real time Intolerant Highly interative multimedia communication Tolerant Audio and video streaming Nonadaptive Adaptive Rate adaptive Delay adaptive 28

29 La rete universale La sfida tecnologica che si presenta all ingegnere delle telecomunicazioni è quella di realizzare una rete FLESSIBILE EFFICIENTE ROBUSTA SICURA SCALABILE Tale realizzazione deve avvenire mediante un processo di innovazione graduale delle soluzioni adottate che deve mantenere l interoperabilità con le reti attualmente esistenti. 29

30 Sorgente Constant bit rate bit 125 µsec 8bit 8bit 8bit 8bit 8bit 8bit 8bit 8bit. Parlato Silenzio Parlato t Vel. Picco=Vel. Media=64 Kbit/s Sorgente CBR Constant Bit Rate. t 30

31 Sorgenti Variable Bit Rate T frame frame1 frame1 frame1 frame1 frame1 frame1 frame1 frame1 frame V (bit/s) Scena 1 Scena 2 Scena 3 t Velocità di picco Velocità media Sorgente VBR Variable Bit Rate t 31

32 Sorgenti Variable Bit Rate pacchetto V (bit/s) t (µsec) Velocità di picco Velocità media Sorgente VBR Variable Bit Rate t (sec) 32