GSM/GPRS/UMTS/HSDPA: evoluzione delle tecnologie e nuovi scenari applicativi

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1 GSM/GPRS/UMTS/HSDPA: evoluzione delle tecnologie e nuovi scenari applicativi Sergio Sciarmella I sistemi di telecomunicazione e le reti wireless in particolare sono cambiate in modo radicale negli ultimi 20 anni L analisi di questa evoluzione ci deve permettere di comprendere le potenzialità ed i limiti delle nuove tecnologie Potremo quindi realizzare scelte corrette in tutti gli ambiti applicativi: dal video streming in mobilità alle reti Wireless Sensor Network (WSN). 2 1

2 La storia. Fino all inizio degli anni 90, tranne poche eccezioni, esistevano solo le reti telefoniche gestite dagli operatori e sistemi radio privati PMR. Perchè ed in che parti, in meno di 20 anni, le reti di telecomunicazioni hanno subito delle trasformazioni enormi? 3 Evoluzione Cosa c è di nuovo? Microprocessori e memorie: aumento esponenziale della potenza di calcolo/memoria disponibile, sia per le reti che per i terminali con un contemporaneo abbattimento dei costi Fibra ottica: aumento esponenziale della capacità di trasmissione delle dorsali di comunicazione 4 2

3 Le reti WAN Terminale Local loop/accesso PAN-LAN Elemento della rete Dorsali di comunicazione Rete Locale 5 Evoluzione Cosa è cambiato? Le dorsali di comunicazione in fibra ottica hanno sostituito le vecchie dorsali in ponte radio ed hanno una enorme disponibilità di banda. L intelligenza non è più esclusivamente negli apparati di rete ma è distribuita. La trasmissione è ormai completamente digitale Cosa è rimasto uguale? Il supporto utilizzato per l accesso è quello presente da decine di anni (doppino telefonico) Le leggi della fisica che regolano la propagazione delle onde radio. 6 3

4 Evoluzione 7 Evoluzione I cambiamenti hanno portato ad una modifica del modello di business degli operatori di rete: I costi delle comunicazioni dipendevano dalla durata dalla distanza e dal numero di canali utilizzati Oggi i costi dipendono sostanzialmente dalle modalità di accesso alla rete di telecomunicazioni 8 4

5 Evoluzione Per l accesso via cavo (ADSL o Fibra) i costi sono legati alla banda disponiblie senza limiti di utilizzo e di tempo: una volta attivato, il canale di comunicazione è disponibile. Ogni utente ha a disposizione un doppino in rame esclusivo Il fatto che il canale di comunicazione sia utilizzato o meno ha impatto limitato sui costi dell operatore. 9 La risorsa radio Le comunicazioni cellulari hanno a disposizione una risorsa radio che devono condividere con tutti gli utilizzatori con unico punto di accesso (Stazione Radiobase). La propagazione delle onde radio non cambia: migliorano gli schemi di modulazione, le tecniche di accesso la capacità elaborativa ma il multipath, la distorsione doppler, l assorbimento dell atmosfera non si modificano 10 5

6 La risorsa radio Problematiche di propagazione 11 La risorsa radio Ampiezza della copertura Banda massima disponibile Continuità della trasmissione Mobilità del terminale Velocità con cui si muove il terminale Numero terminali che condividono lo stesso punto di accesso Complessità (e quindi costi e consumi) del terminale Sono prestazioni in contrapposizione una con l altra. 12 6

7 Velocità di trasmissione Velocità di trasmissione Reti PAN - LAN - WAN Mbit/s Wi Fi WiMAX UMTS/H SDPA GPRS Kbit/s GSM ZigBee SMS Stanza Edificio Locale Nazionale Mondiale PAN LAN WAN Ampiezza della copertura 13 Evoluzione Mbit/s Wi Fi UMTS WiMAX GPRS Kbit/s GSM ZigBee SMS Terminali statici Terminali in movimento Mobilità 14 7

8 Burstiness Reti cellulari/wan WSN M2M Web access S M S GPRS UMTS/HSDPA File transfer GSM Voice calls Video calls Streaming video 15 Reti cellulari/wan L utilizzo di sistemi cellulari svincola completamente l utilizzatore dalle problematiche di rete, che rimangono a carico dell operatore La scelta della tecnologia, delle frequenze, la manutenzione non sono a carico dell utilizzatore che si deve preoccupare solamente di scegliere il tipo di rete e di terminale che più si adatta alle sue necessità I costi della trasmissione sono legati alla quantità di dati trasmessi 16 8

9 Ampiezza copertura Reti personali-locali PAN - LAN Rumore Forte presenza di rumore elettromagnetico Ottima propagazione in ambiente extraurbano anche non in linea di vista Difficoltà di propagazione all interno di edifici Bassa capacità di trasporto dati RF Buona propagazione in ambiente extraurbano anche non in linea di vista Discreta di propagazione all interno di edifici Buona capacità di trasporto dati Attenuazione Propagazione solo in linea di vista Nessuna propagazione all interno di edifici Ottima capacità di trasporto dati Forte attenuazione in caso di pioggia 0, Reti personali-locali PAN - LAN WiMax SRD 433MHz 868MHz ZigBee WiFi Bluetooth Voice calls WSN Video calls File transfer Web access Streaming video 18 9

10 Reti personali-locali PAN - LAN L utilizzatore si deve preoccupare sia del terminale che dell accesso alla rete: scelta della tecnologia, scelta delle frequenze, analisi della copertura radio, manutenzione della rete. I costi della trasmissione non sono legati alla quantità di dati trasmessi Esistono vincoli normativi da rispettare in termini di potenza trasmessa e di frequenze di utilizzo La risorsa radio è condivisa con altri utilizzatori: l installazione di nuove W-LAN che sfruttano la stessa risorsa radio potrebbe limitare (o addirittura impedire) la comunicazione ad apparati pre-esistenti 19 Conclusione La risorsa radio è limitata e quindi preziosa La risorsa radio ha limiti fisici di propagazione non eliminabili e limiti normativi Non esiste una tecnologia migliore per tutte le applicazioni: dobbiamo scegliere la giusta tecnologia per la nostra applicazione 20 10

11 Telit wireless solutions Join Telit Oggi: GSM GPRS UMTS HSDPA 7.2 MHz Domani: WiFi, ZigBee,

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