Programma AGCOM ISBUL Sottoprogetto 1 Quadro Tecnico Infrstrutturale (QTI) Executive Summary

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1 Programma AGCOM ISBUL Sottoprogetto 1 Quadro Tecnico Infrstrutturale (QTI) Executive Summary Marco Listanti (Università di Roma La Sapienza) (Coordinatore) Aldo Milan (AGCOM) (Coordinatore)

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3 Indice Indice 3 Riassunto 4 1 Le reti fisse a banda ultra larga: possibili architetture e criteri di valutazione 17 2 Rapporti tra rete fissa e rete radio in area metropolitana e rurale: il ruolo delle femtocelle, le esigenze di backhaul e la capacità offerta 21 3 La valorizzazione delle infrastrutture alternative: effetti sui costi e prerequisiti informativi 25 4 Le opzioni per la gestione della transizione: scelte temporali di copertura e sostituzione della rete fissa esistente 28 5 La normativa tecnica: ruoli, finalità ed esigenze di coordinamento 32 6 Scenario di innovazione tecnologica e sistemistica 37 7 Nuove tendenze nel Radio Spectrum Mangament 40 8 Analisi costo-opportunità nell uso dello spettro radio 42 9 White spaces e dividendo esterno nello scenario italiano Metodologie regolatorie per l uso dello spettro Catasto delle Infrastrutture NGN Service Layer Trasmissione di contenuti TV e multimediali Quadro Tecnico Infrastrutturale - Conclusioni 73 ocumento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 3

4 Riassunto Questo documento riassume i principali risultati che sono emersi dall attività del Sottoprogetto 1: Quadro Tecnico Infrastrutturale (QTI) nell ambito del programma di studio e ricerca "Infrastrutture e Servizi a Banda Larga e Ultralarga" (ISBUL). Il Sottoprogetto QTI si è articolato in cinque Work Package (WP): WP 1: Infrastrutture di rete fissa NGAN. WP 2: Accesso Radio. WP 3: Catasto delle infrastrutture. WP 4: NGN service layer. WP 5: Trasmissione di contenuti televisive e multimediali. Nel seguito sono sinteticamente riassunte le principali conclusioni dei cinque WP; successivamente, sono approfondite alcune questioni trattate nell ambito dei lavori di ciascun WP. Si rimanda ai report di ciascun WP per la trattazione dettagliata delle tematiche affrontate nel corso dei lavori del sottoprogetto. WP 1.1: Infrastrutture di rete fissa NGAN Lo studio affrontato in questo WP riguarda l infrastruttura della rete di accesso di nuova generazione (Next Generation Access Network, NGAN), cioè la sezione di accesso in fibra ottica della Next Generation Network (NGN). L infrastruttura NGAN realizzerà in modo integrato sia gli allacciamenti a banda ultralarga (almeno 30 Mbit/s), per l utenza residenziale e affari con architetture del tipo FTTx (Fiber To The x), sia la connettività (mobile backhaul) tra le numerose stazioni radio necessarie per i sistemi wireless 3G/4G, tipicamente HSPA e LTE. Il confine tra banda larga e banda ultralarga non è definito univocamente, ma è spesso indicato in 30 Mbit/s di velocità in downstream, da rete a utente, come sarà discusso in seguito. Lo studio si è articolato nelle seguenti cinque sezioni: 1. Le reti fisse a banda ultra larga: possibili architetture e criteri di valutazione. Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 4

5 2. Rapporti tra rete fissa e rete radio in area metropolitana e area rurale: il ruolo delle femtocelle, le esigenze di backhaul e la capacità offerta. 3. La valorizzazione delle infrastrutture alternative: effetti sui costi e necessari prerequisiti informativi. 4. Le opzioni per la gestione della transizione: le scelte temporali di copertura e sostituzione della rete fissa esistente. 5. La normativa tecnica: ruoli, finalità ed esigenze di coordinamento. Sezione 1: Le reti fisse a banda ultra larga: possibili architetture e criteri di valutazione E stato in primo luogo esaminata la situazione attuale delle reti di accesso in Italia con riferimento sia all architettura delle reti in rame e in fibra di Telecom Italia e di Fastweb, sia alle altre reti di accesso realizzate da Enti Locali quali Comuni, Province e Regioni. Sono successivamente esaminate le possibili architetture di distribuzione della rete in fibra ottica (FTTE, FTTC, FTTB e FTTH); particolare attenzione è stata rivolta alle due possibili categorie di sistemi di trasmissione: i) sistemi punto-punto (Point-to-Point, P2P); ii) sistemi basati su reti passive in fibra ottica (Passive Optical Network, PON). Le possibili architetture di reti in fibra sono studiate evidenziandone sia gli aspetti prestazionali che di costo di realizzazione. In particolare, gli aspetti considerati sono: a) l analisi del fabbisogno di cavidotti nella rete di accesso; b) l analisi del fabbisogno di apparati elettronici e ottici; c) la stima degli investimenti e dei costi di esercizio e manutenzione della rete in fibra e delle reti di edificio; d) la capacità trasmissiva (banda) di accesso offerta all utente; e) le possibilità di disaggregazione passiva e attiva degli elementi della rete di accesso (unbundling e bitstream). Sezione 2: Rapporti tra rete fissa e rete radio in area metropolitana e area rurale: il ruolo delle femtocelle, le esigenze di backhaul e la capacità offerta. In questa sezione è in primo luogo approfondito il problema del mobile backhaul, ovvero della realizzazione della rete di giunzione che interconnette le stazioni base BS (Base Station) ai nodi di controllo RNC (Radio Network Controller) della rete dell Operatore. Il mobile backhaul rappresenta uno dei maggiori costi della RAN (Radio Access Network). Considerando che il successo di mercato dei servizi mobili a banda larga tramite sistemi 3G/HSPA (High Speed Packet Access) sta provocando un significativo aumento del traffico dati sulle RAN, è prevedibile che sarà necessario un potenziamento di questa sezione della rete che potrà convenientemente essere realizzato sfruttando le infrastrutture della rete di acceso in fibra ottica NGAN. Nel contesto precedete è stata esaminata in dettaglio la soluzione Metro Ethernet che promette di offrire una significativa riduzione di costo rispetto alle soluzioni tradizionali, quali ad esempio SDH/SONET. Dallo studio è emerso che esistono ancora lacune qualitative da colmare per questa tecnologia al fine di rispettare le specifiche per il radiomobile; in particolare, un aspetto critico riguarda il livello di qualità che un circuito emulato da Ethernet può offrire, soprattutto in relazione agli elevati standard qualitativi della tradizionale tecnologia TDM. Un secondo aspetto studiato in questa sezione è quello relativo alle reti di femtocelle, basate su antenne 3G/HSPA poste nelle abitazioni degli utenti, analogamente agli odierni accessi domestici WiFi+ADSL. Le femtocelle sono collegate alla rete dell Operatore cellulare tramite collegamenti fissi a banda larga e ultralarga ADSL e FTTx e permettono di offrire l intera capacità di una cella HSPA (fino a Mbit/s) al singolo ambiente domestico. Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 5

6 L impiego efficace delle femtocelle pone una serie di problemi riguardanti la tecnologia, le strategie di mercato e la regolamentazione, che fino ad oggi ne hanno scoraggiato lo sviluppo. Tali aspetti sono approfonditi in dettaglio in questa sezione. Sezione 3: La valorizzazione delle infrastrutture alternative: effetti sui costi e necessari prerequisiti informativi. In questa sezione è studiato il problema della realizzazione a costo minimo di un infrastruttura sotterranea per lo sviluppo della NGAN. In particolare, sono esaminati gli accorgimenti orientati a ridurre la necessità di eseguire opere di scavo, quali la miniaturizzazione dei componenti della rete ottica (minitubi e minicavi) e le tecnologie di scavo a più ridotto impatto ambientale (minitrincea, micro-trincea, perforazioni orizzontali guidate). Oltre alle nuove tecnologie ora descritte, un secondo elemento analizzato riguarda l impiego delle infrastrutture di telecomunicazione e di quelle di infrastrutture di altri servizi diversi dalle TLC, presenti nel sottosuolo delle aree urbane. Nelle infrastrutture di TLC rientrano le tubazioni, costituite da manufatti di grandi dimensioni realizzati per lo sviluppo della rete in rame e, successivamente, utilizzati anche per lo sviluppo della rete ottica, ricorrendo all installazione di sottotubi all interno di ciascun tubo. Le infrastrutture dei servizi diversi dalle TLC, che possono essere utilizzate per la posa di cavi a fibre ottiche con l impiego di sottotubi, minitubi e minicavi, appositamente concepiti per i diversi ambienti di posa, sono ad esempio: i) impianti di illuminazione; ii) infrastrutture non più in uso di gas o acqua; iii) infrastrutture non più in uso di gas o acqua; iv) le condotte fognarie. Le difficoltà di utilizzo delle infrastrutture esistenti sono dovute principalmente al fatto che in Italia, diversamente da altri Paesi, non è disponibile una banca dati cartografica unica, che riporti i dati relativi a tutte le infrastrutture presenti nel sottosuolo. Sarebbe quindi auspicabile che si avvii a livello nazionale un iniziativa tesa a definire e applicare un sistema normalizzato di rappresentazione cartografica che riporti le informazioni relative alle infrastrutture sotterranee. Per approfondimenti su questo tema si rimanda, oltre che al report del WP 1, anche al report del WP 3 che è focalizzato su uno studio di pre-fattibilità di un catasto delle infrastrutture di TLC. Sezione 4: Le opzioni per la gestione della transizione: le scelte temporali di copertura e sostituzione della rete fissa esistente In questa sezione sono esaminate le possibili alternative per la realizzazione del percorso evolutivo che parte dalla tradizionale rete di accesso in rame e conduce alla rete di nuova generazione. L alternativa strategica più importante relativa alla implementazione della rete è quella di effettuare una sostituzione totale della rete attuale in rame con la rete ottica NGAN (total replacement). Un alternativa alla soluzione precedente è quella di una sostituzione graduale (overlay). In uno scenario di total replacement tutti gli utenti vengono migrati sulla nuova rete di accesso indipendentemente dai servizi che utilizzano. La rete di nuova generazione fornisce servizi che rendono la migrazione trasparente per l utente: il caso tipico è quello della telefonica, che viene supportata da un servizio di PSTN Emulation (servizio indistinguibile dall utente). La strategia di total replacement ha il vantaggio di annullare rapidamente i costi di gestione e manutenzione della rete tradizionale, il che permette anche di finanziare parzialmente la nuova rete con i risparmi ottenuti dalla dismissione della vecchia. Nel caso di overlay si ha invece un lungo periodo di Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 6

7 coesistenza delle due infrastrutture; la migrazione dei clienti sulla nuova rete avviene solo quando essi sottoscrivono i nuovi servizi a larga banda. Le due alternative sono analizzate mettendo in evidenza il peso relativo degli investimenti necessari al completamento della rete e quello dei costi di manutenzione e di gestione della rete tradizionale E da considerare che gli approcci di total replacement e overlay non sono in piena contrapposizione: è possibile impostare una strategia in cui una fase iniziale di tipo overlay, guidata dallo sviluppo del mercato, viene portata avanti fino a quando la percentuale di utenti della rete tradizionale è sufficientemente ridotta da rendere comunque conveniente il total replacement. Inoltre, la migrazione può essere effettuata con un approccio ad isole, intervenendo successivamente sulle aree che raggiungono un sufficiente livello di maturazione sul fronte della domanda. Un questione legata alle strategie di transizione verso la NGAN è quello del digital divide di seconda generazione, ovvero della copertura della porzione di territorio/popolazione più svantaggiata in cui l investimento privato non è sufficientemente remunerativo. Nel report sono analizzate le possibili modalità di intervento sia di tipo economico che normativo per la soluzione di questo problema. E infine definito il quadro relativo alla migrazione dei servizi dalla rete tradizionale di accesso alla NGAN. L insieme dei servizi comprende i servizi intermedi utilizzati internamente dall operatore, i servizi wholesale per altri operatori (che comprendono i servizi di unbundling e colocazione), e servizi retail, in particolare la telefonia (i casi già citati di PSTN Emulation e Simulation). In particolare, sono approfondite le problematiche tecniche ed economiche relative alla fornitura delle precedenti categorie di servizi nella futura NGAN. Sezione 5: La normativa tecnica: ruoli, finalità ed esigenze di coordinamento. Il fattore più critico per lo sviluppo della NGAN è relativo alla realizzazione delle infrastrutture per la posa dei cavi che, essendo diffuse capillarmente su tutto il territorio nazionale, richiedono investimenti molto elevati e tempi di realizzazione molto lunghi. Per facilitare la realizzazione delle infrastrutture è necessario disporre di una normativa tecnica di riferimento a livello nazionale che dovrebbe descrivere le principali tecnologie utilizzabili a ridotto impatto ambientale e dovrebbe fornire delle linee guida semplici, chiare e di facile applicazione. In questa sezione sono individuati gli enti e i soggetti da coinvolgere in questa fase le strategie di coordinamento e le possibili modalità di incentivazione utili per ridurre i tempi ed i costi di realizzazione dell infrastruttura. WP 1.2: Accesso Radio Il WP 1.2 ha affrontato la tematica dell accesso radio. Sono state oggetto di valutazione lo stato e le prospettive degli standard attualmente disponibili o in fase di rilascio, e parallelamente sono state analizzate le tecniche di gestione dinamica dello spettro radio e le tecniche radio cognitive. In particolare, sono state esaminate le prospettive di sviluppo della domanda di banda radio nei prossimi anni e le criticità che possono rallentare tale sviluppo. Inoltre è stato affrontato il problema dell assegnazione dello spettro radio e della regolamentazione di soluzioni tecnologiche in competizione tra loro, in modo da garantire l accesso ad una pluralità di offerte a condizioni economiche e qualitative vantaggiose per utenti ed operatori. Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 7

8 Lo studio si è articolato nelle seguenti cinque sezioni: 1. Scenario di innovazione tecnologica e sistemistica. 2. Nuove tendenze nel Radio Spectrum Management. 3. Analisi costo-opportunità nell uso dello spettro radio. 4. White spaces e dividendo esterno nello scenario italiano. 5. Metodologie regolatorie per l uso dello spettro. Sezione 1: Scenario di innovazione tecnologica e sistemistica In questa sezione sono illustrati gli sforzi degli enti di standardizzazione in prospettiva 4G e esaminate le opzioni che vengono proposte agli operatori di telecomunicazioni, i vantaggi e le criticità che queste presentano. E riportata inoltre una panoramica sull andamento della richiesta di banda ultra larga negli ultimi anni, sulle previsioni a breve-medio termine e sul diverso impatto dei vari tipi di traffico sulle reti degli operatori, proporzionandolo ai ritorni economici attesi. Sono descritte, nelle loro linee generali, i percorsi che gli operatori hanno a disposizione per evolvere le proprie tecnologie per la comunicazione mobile verso sistemi di quarta generazione, prendendo in esame le famiglie di tecnologie 3GPP e IEEE. Sono valutate quattro diverse strade: i) l uso di UMTS nella banda a 900 attraverso il refarming della copertura GSM; ii) l adozione di HSPA+ come soluzione-ponte verso la quarta generazione; iii) la convergenza su LTE, quando si renderanno disponibili gli apparati; iv) la soluzione alternativa WiMAX. Di ciascun percorso sono discussi vantaggi/svantaggi, tempi di applicabilità e impatto sulle infrastrutture esistenti degli operatori. Successivamente, è approfondita la tecnologia LTE, attraverso la descrizione dello stato dell arte, come questo si può desumere dalle più recenti release dei rispettivi enti di standardizzazione, evidenziandone le caratteristiche di interoperabilità. In particolare, sono descritte le modifiche introdotte ad LTE per quanto attiene la core network e la rete di accesso radio. Della prima, la cui architettura è altresì nota con il termine SAE (Service Architecture Evolution), sono evidenziate il supporto nativo di un architettura all IP in grado di garantire throughput elevato e bassa latenza, pur mantenendo compatibilità con (e mobilità verso) sistemi legacy (HSPA e GPRS) e non 3GPP (come WiMAX). Della seconda, sono illustrati gli schemi di trasmissione in uplink e downlink, i meccanismi per sfruttare lo spettro in modo flessibile, le tecniche di trasmissione ad antenne multiple e le soluzioni per limitare l interferenza intercella. Infine, sono illustrati gli attuali programmi annunciati per l adozione di LTE e i testbed funzionali realizzati dai costruttori di apparati, in collaborazione con gli operatori, nonché i prodotti che, a livello di prototipo o di sviluppo pre-competitivo, rispondono alle specifiche delle tecnologie di quarta generazione. Sezione 2: Nuove tendenze nel Radio Spectrum Management Questa sezione è focalizzata sugli aspetti tecnici legati al paradigma chiamato Cognitive Radio (CR). L idea base del cognitive radio è l utilizzo opportunistico delle frequenze, che possono essere impiegate da dispositivi radio basati su diverse tecnologie e ogni qualvolta ne esistano le condizioni. In particolare, l uso di terminali di comunicazione che implementino il paradigma CR permettere all utente: i) di determinare quali porzioni dello spettro sono disponibili e, nel caso di bande date in concessione, di rilevare la presenza di utenti licenziati (spectrum sensing); ii) di Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 8

9 selezionare il canale con la qualità migliore, tra quelli disponibili (spectrum decision); iii) di coordinarsi con altri utenti dotati di terminali CR nell accesso al canale selezionato (spectrum sharing); iv) di cambiare canale di frequenza quando viene rilevata la presenza di utenti licenziati (spectrum mobility). Sono descritti i componenti fondamentali dell architettura di rete, tipicamente suddivisi in due gruppi di utenti: quelli che compongono la rete primaria (primary network) e quelli che compongono la rete Cognitive Radio (CR network), detta anche rete secondaria. Inoltre, sono illustrati i protocolli ed algoritmi che permettono al terminale di acquisire informazioni sull uso e la qualità dello spettro dall ambiente circostante, e lo rendono riconfigurabile, ossia capace di ricevere e trasmettere su una vasta gamma di frequenze e di usare tecnologie di trasmissione e di accesso diverse. E infine descritta l attività in corso in seno al Working Group IEEE , che da diversi anni sta lavorando alla produzione di un documento di riferimento per l uso di tecniche Cognitive Radio nelle bande radio della televisione analogica. Anche se inquadrato in un contesto nordamericano in cui già oggi vaste aree del territorio non sono coperte da alcun segnale televisivo e sono quindi le naturali destinatarie di sistemi , IEEE punta a definire tecniche Cognitive Radio per la condivisione di spettro televisivo inutilizzato per fornire accesso a banda larga a zone rurali, a bassa densità abitativa o difficilmente raggiungibili. Per l applicazione di questa tecnica al caso italiano si rimanda alla sezione 4. Sezione 3: Analisi costo-opportunità nell uso dello spettro radio Questa sezione ha lo scopo di verificare l applicabilità di meccanismi di mercato alla gestione dello spettro frequenziale; in particolare a quelle sue porzioni che, a causa dell avanzamento tecnologico e dell incremento di efficienza dei sistemi di comunicazione, risultano non più necessarie alla fornitura di un servizio consolidato. La metodologia scelta per effettuare questa valutazione adatta alla realtà italiana un modello proposto da Aegis ed applicato dall OFCOM in Gran Bretagna, che riassume considerazioni collegate principalmente al raggiungimento di una maggiore efficienza economica nell uso dello spettro. La metodologia utilizza gli AIP (Administrative Incentive Prices) che sono definiti come le tariffe imposte ai possessori di licenze o a coloro che vantano diritti sullo spettro. Queste tariffe sono stabilite dal regolatore e riflettono il costo marginale per l uso dello spettro stesso, che si riferisce al costo opportunità calcolato osservando come la sostituibilità di una risorsa produttiva complementare varia in risposta ai cambiamenti d uso di una porzione marginale dello spettro. Lo scopo del calcolo è quello di individuare l alternativa migliore nel caso in cui una particolare porzione di spettro non fosse disponibile. Tale costo opportunità è calcolato come la differenza del costo degli input produttivi che dovrebbe essere sostenuto qualora ad un utilizzatore dello spettro fosse negato l accesso ad una piccola frazione di spettro. Questi costi addizionali dipendono dal tipo di applicazione e dalla tecnologia utilizzata e consistono nel minimo costo stimato per fornire il servizio con l alternativa economicamente più vantaggiosa tra quelle disponibili. In sintesi, l applicazione del modello mostra che il valore costo-opportunità di un MHz di banda sale di circa 4 volte (da 4 M a 15,8 M ) passando dal servizio televisivo DVBT ai servizi di telecomunicazione in tecnologia HSPA. Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 9

10 Sezione 4: White spaces e dividendo esterno nello scenario italiano Questa sezione è rivolta sulla valutazione simulativa del dividendo digitale che il nostro Paese può ricavare dal processo di transizione dalla tecnologia analogica alla tecnologia digitale nelle trasmissioni televisive terrestri. Per dividendo digitale si intende la porzione di spettro resa disponibile dalla digitalizzazione delle trasmissioni radio-televisive. Le frequenze in questione sono particolarmente preziose per i servizi a banda larga in mobilità in quanto garantiscono il compromesso ottimale tra dimensione delle antenne dei ricevitori e dimensione delle aree di servizio. Il passaggio alla codifica digitale delle trasmissioni televisive terrestri (switch-off analogico) rende possibile una razionalizzazione nell uso di questa preziosa risorsa spettrale con un incremento da sei a quindici volte dell efficienza spettrale. Questa capacità trasmissiva incrementale può essere destinata ad un aumento dell offerta di programmi televisivi, ma anche all introduzione di nuovi servizi IMT (es. Wimax, LTE) in una banda che possiede caratteristiche propagative ottimali. Sono in primo luogo approfondite le direttive emanate dalla Commissione Europea riguardante l uso della banda di frequenza degli 800 MHz. La Commissione ha stabilito che dal 2012 la banda 800 MHz dovrà essere utilizzata in modo co-primario dai servizi di broadcasting e IMT, i due servizi dovranno convivere in modo armonico e non dovranno essere assunte iniziative atte ad impedire o limitare il dispiegamento di tali servizi di comunicazione nella predetta sottobanda. E successivamente analizzata la situazione italiana in cui l obiettivo è quello di assicurare un eredità digitale alle centinaia di emittenti esistenti e, al tempo stesso, un dividendo interno a nuovi entranti nel mercato televisivo. Tutto questo deve essere realizzato utilizzando le 56 frequenze della banda televisiva, incluse le 9 frequenze destinate al dividendo digitale esterno. L uso intensivo dello spettro garantito dalle reti a singola frequenza (Single Frequency Network, SFN), coordinate a livello internazionale, può consentire al nostro Paese di corrispondere alle esigenze di continuità operativa di decine di operatori nazionali e di centinaia di operatori locali ma, al tempo stesso, rende estremamente difficile il contestuale utilizzo della risorsa spettrale per servizi diversi dal broadcasting televisivo. In alternativa, si dovrà progettare un processo nel quale lo spettro possa essere condiviso tra broadcaster ed operatori TLC in modo tecnicamente ed economicamente accettabile. L attuabilità di questa soluzione dipende dalle condizioni tecniche ed economiche di convivenza tra il broadcasting radio-televisivo ed i servizi IMT. Per condizioni tecniche si intende la possibilità di condividere la stessa frequenza, con una qualità del servizio accettabile, da parte di due servizi diversi. Si tratta di un tema di grande interesse internazionale che negli Stati Uniti e nel Regno Unito ha sollevato un diffuso dibattito sulla riusabilità dei cosiddetti white spaces da parte di apparati in grado di sondare lo spettro (cognitive radio) alla ricerca di canali non utilizzati (i cosiddetti white space devices o WSD). Le condizioni economiche sono invece legate ai diversi costi di roll out delle reti di broadcasting e della famiglia IMT, ai diversi scenari di fruizione dei servizi veicolati da queste reti e all intersecarsi di strategie di business diverse e delle quali sarà fondamentale valutare la compatibilità. Nel report è effettuata una valutazione delle condizioni tecniche di convivenza, in alcuni scenari significativi, tra i servizi diffusivi televisivi in tecnica digitale e i servizi wireless della famiglia IMT. Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 10

11 Sezione 5: Metodologie regolatorie per l uso dello spettro In questa sezione è illustrata una tassonomia dei possibili regimi di gestione dello spettro radio. Un regime di gestione dello spettro comprende quattro possibili dimensioni: - Assegnazione delle frequenze per i servizi: armonizzazione o neutralità? - Tecnologia: standardizzazione o neutralità? - Definizione dei Diritti di utilizzo: in esclusiva, facilitata o collettiva? - Modalità d Assegnazione: Aste/trading, amministrative, ibrida? L insieme dei regimi sono definite in base alla valutazione d'impatto sulle diverse categorie di servizi wireless. Il più efficiente regime può quindi essere determinato soltanto nell'ambito di ciascuna categoria di utilizzo dello spettro. Sono esaminati i criteri ai quali il decision-maker può ricorrere nelle scelte sui quattro livelli costitutivi della politica in materia di spettro radio. Sono esaminate le questioni di cui sopra e le alternative, proponendo ad ogni passo definizioni, opzioni e alternative, criteri da considerare, metodologia di valutazione d'impatto, decisioni. WP 1.3: Catasto delle infrastrutture Lo studio oggetto del WP 1.3 ha riguardato la progettazione di un Catasto delle Infrastrutture delle Telecomunicazioni in una fase di studio di prefattibilità. Il Catasto delle Infrastrutture di Telecomunicazione si configura come uno strumento per inventariare gli impianti del settore delle telecomunicazioni presenti sul territorio nazionale, con l obiettivo principale di definire la consistenza della rete fissa e mobile di telecomunicazioni. Lo studio ha affrontato le seguenti tematiche: - individuazione delle basi giuridiche a supporto della progettazione ed implementazione del DB; - analisi di casi studio di Catasto in ambito nazionale ed internazionale nel settore delle Telecomunicazioni ed in altri settori; - definizione di un modello E-R. Lo studio ha portato alla definizione di un modello E-R di Catasto delle Telecomunicazioni strutturato sulla base dell analisi di casi studio già implementati di Catasti propri del settore delle Telecomunicazione e di altri settori. Tale modello rappresenta un punto di partenza da affinare in una fase successiva dello studio, sulla base delle interviste agli operatori di settore. Le principali problematiche emerse e che meritano ulteriori approfondimenti riguardano: - Da un punto di vista normativo l assenza, allo stato attuale, di una legge istitutiva del Catasto Infrastrutture rappresenta un punto critico come precedentemente descritto. Risulterebbe, dunque, opportuna la previsione di uno strumento operativo a livello legislativo (sollecitabile ex art. 1, comma 6, lett. c, n. 1), fondamentale altresì in relazione alla definizione e alla attribuzione di poteri, anche impositivi e sanzionatori, all AGCOM per la raccolta dei dati e la gestione degli stessi. - Dal punto di vista della progettazione del DB è necessario definire gli oggetti e gli attributi del DB sulla base delle interviste condotte dall Authority al fine di poter strutturare il modello E-R Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 11

12 ed il modello flussi di dati specifico partendo dall ipotesi proposta del modello ESRI Telecom Data Model. - Rilevante importanza riveste la scelta del modello organizzativo del Catasto, sia da un punto di vista normativo che di implementazione del DB. Tale modello organizzativo sarà definito in accordo alle indicazioni emerse dagli incontri con i responsabili dell Ufficio Studi dell AGCOM. - Si evidenzia, infine la problematica di acquisizione dei dati in una fase di censimento delle infrastrutture esistenti, non solo delle TLC, ma anche dei sottoservizi presenti sul territorio. La fase di censimento delle informazioni rappresenta, infatti un punto critico per la fattibilità del progetto. WP 1.4: NGN service layer La ricerca effettuata nell ambito del WP 1.4 ha affrontato problemi riguardanti principalmente lo strato di servizio di una Next Generation Network (NGN). Una delle principali caratteristiche di una NGN è la separazione tra il livello di servizio e quello di trasporto mediante interfacce aperte, il che consente un maggiore livello di concorrenza tra i fornitori di servizi. In primo luogo sono introdotti i principali concetti relativi alle NGN e si esamina lo stato della standardizzazione in ambito mondiale (ITU-T) ed europeo (ETSI). In particolare, sono descritti gli approcci seguiti in ambito ITU-T e ETSI. Per quanto riguarda l ITU-T, sono esaminate le raccomandazioni ITU-T Y.20XX che forniscono i principi generali ed il modello di riferimento per le NGN. Si osserva che la descrizione dell architettura fornita in ambito ITU-T è di tipo puramente funzionale e non operativa, mancando dettagli di natura implementativa dei protocolli. Per quanto riguarda l approccio ETSI è studiata l architettura funzionale di una NGN in accordo alla normativa prodotta dal gruppo di lavoro ETSI/TISPAN. Tale architettura è conforme al modello generale proposto in ambito ITU-T e, pur concentrandosi sugli aspetti funzionali, può essere considerata già sufficientemente dettagliata per consentire un implementazione pratica. Successivamente è descritto lo strato di servizio di una NGN, con particolare riferimento al sottosistema IMS. IMS nasce nel contesto delle reti mobili per fornire servizi multimediali basati su IP con controllo della QoS. Una delle caratteristiche più significative dell IMS è l indipendenza dalla tecnologia della rete di accesso. IMS non introduce nuovi protocolli ma combina in un unico disegno coerente protocolli già proposti e consolidati in ambito IETF ed ITU-T, quali SIP per il controllo di sessione, Diameter per l AAA, COPS per il trasferimento delle policy, H.248 per controllare i nodi del media plane, RTP per trasportare flussi audio/video real-time. Un ulteriore aspetto studiato dal WP si riferisce all interconnessione, intesa come il collegamento tra un entità di una rete NGN e un apparato o un entità di un altra rete, e definita dai documenti prodotti in ambito ETSI/TISPAN. Le interconnessioni NGN possono essere di due tipi: a livello di trasporto (con reti tradizionali basate su TDM oppure con reti IP) oppure a livello di servizio (con reti tradizionali basate su SS7 oppure con reti IP). Per quanto riguarda le tipologie di interconnessione, sono distinte in particolare la soluzione Service oriented Interconnection (SoIx), caratterizzata dalla presenza sia dell informazione di segnalazione relativa al servizio che di quella di trasporto, e quella Connectivity oriented Interconnection (CoIx), caratterizzata dall assenza dell informazione di segnalazione relativa al servizio. Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 12

13 Un importante problema realizzativo dello strato di servizio di una NGN riguarda l identificazione globale dell utente e dei servizi forniti. La convergenza tra reti telefoniche e reti IP verso il novo paradigma di rete NGN richiede la convergenza, la coesistenza e la traslazione tra il piano di numerazione pubblico basato sulla raccomandazione E.164 dell ITU-T, e il sistema DNS utilizzato nelle reti IP. Nel report è approfondito il protocollo ENUM proposto in ambito IETF e basato su SIP per il mapping di numeri E.164 in identificatori URI del DNS. Per quanto riguarda gli aspetti di QoS, il WP 4 ha esaminato le architetture di controllo proposte in ambito internazionale, concentrandosi sul Resource and Admission Control Function (RACF) proposto in ambito ITU-T e sul RACS proposto in ambito ETSI/3GPP. Sono inoltre descritti infine il modello distribuito e quello centralizzato per il controllo della QoS nelle NGN. Si osserva che il modello distribuito ottiene prestazioni migliori nel caso di distribuzione uniforme del traffico ed elevato numero di richieste di chiamata, mentre il modello centralizzato garantisce risultati migliori per distribuzioni di traffico altamente non uniformi ( hot-spot ). Infine si affronta il problema della convergenza dei servizi e delle soluzioni necessarie affinché gli operatori siano in grado di erogare lo stesso servizio ad un utente attraverso reti di accesso differenti. In particolare, si descrive il Converged Services Framework (CSF) proposto in ambito ITU-T, che fornisce le linee guida per assicurare servizi che operino in maniera consistente e regolare quando attraversano i confini di differenti reti di accesso e/o dorsali, oppure quando ricorre un interazione tra essi. WP 1.5: Trasmissione di contenuti televisivi e multimediali La ricerca effettuata nell ambito del WP 1.5 ha affrontato problemi riguardanti principalmente la fornitura di servizi televisivi attraverso una rete IPTV. Essa richiede importanti adeguamenti della rete attuale al fine di rendere possibile la fornitura di servizi televisivi e multimediali in genere. In particolare, sono diversi gli aspetti che vanno considerati al fine di verificare le concrete possibilità di diffusione della televisione su rete IP via cavo. Nel report è delineato in primo luogo uno stato dell arte delle tecniche di codifica video utilizzate nei servizi multimediali; sono richiamati i concetti delle codifiche MPEG-2, MPEG-4- Parte 10/H.264 e VC-1 ed è effettuato un sintetico confronto con riferimento alla loro filosofia di progettazione che ai loro dettagli implementativi. Lo stato dell arte si conclude con i più recenti sviluppi riguardanti l'evoluzione della codifica video. In particolare, si investigati i potenziali vantaggi dei futuri standard di compressione rispetto al bit-rate oggi garantito dallo standard H.264. Uno degli temi chiave affrontati nello studio riguarda l approfondimento dei numerosi aspetti che si riferiscono alla fornitura di un servizio IPTV. In particolare sono approfonditi i seguenti punti: i) architettura di un sistema IPTV; ii) scenari evolutivi dell architettura IPTV; iii) servizio Web-TV; iv) la qualità di servizio per i servizi multimediali: v) evoluzione dell interfaccia utente/rete. Inizialmente viene fornita una descrizione dell architettura delle attuali implementazioni di IPTV, a partire dai contenuti fino ad arrivare al ricevitore (Set-Top Box) a casa dell utente, basate sulla catena di servizio utilizzata sia dall ITU che da alti analisti del settore. Si evidenzia l importanza del ruolo svolto dall IPTV middleware, uno dei componenti tecnologici meno standardizzati da enti de jure ed in rapida evoluzione, che vede contrapporsi da un lato importanti industrie che cercano di imporre soluzioni proprietarie, dall altro le associazioni che hanno già standardizzato la TV digitale satellitare e terrestre (ad esempio DVB Forum). E quindi fornita una rassegna degli approcci architetturali proposti dai più importanti organismi ed enti di standardizzazione internazionali (FG-IPTV di ITU-T-, ETSI-TISPAN, IIF di Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 13

14 ATIS) attivamente impegnati nella ricerca di soluzioni che consentono all attuale IPTV di migrare verso le NGN. In particolare, si analizzano le varie fasi evolutive del processo di migrazione dall attuale scenario di architettura IPTV verso uno scenario di parziale migrazione detta NGN non- IMS IPTV, fino ad arrivare allo scenario di migrazione totale detta NGN IMS-based IPTV. In contrapposizione al servizio IPTV si colloca il servizio televisivo denominato Web-TV. Rispetto al modello chiuso di IPTV, la Web-TV ha la caratteristica di essere network indipendent, con contenuti che possono essere a pagamento o finanziati da pubblicità e possono essere prodotti professionalmente o dagli altri utenti (User Generated Content). Nello studio sono approfondite le differenze sostanziali dei due approcci per la fruizione del servizio televisivo. Gli aspetti relativi alla QoS sono studiati con riferimento alla definizione del concetto di Perceived Quality of Service (PQoS), alla definizione del valore ottimale dei parametri relativi alla qualità del servizio e alla descrizione degli approcci proposti da ITU, ETSI ed IETF per definire la qualità di un sistema di telecomunicazioni. Lo studio è completato da un analisi degli strumenti hardware e software proposti per la fruizione dei servizi multimediali, utilizzando come punto di partenza uno studio più generale dell interfacciamento uomo/computer, e degli aggiornamenti infrastrutturali richiesti alla tradizionale rete dati per la fornitura di un servizio IPTV. Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 14

15 Programma AGCOM ISBUL WP Infrastrutture di rete fissa NGAN Executive Summary Autori Maurizio Dècina (responsabile) Stefano Bregni, Rocco Casale, Goffredo Cerquozzi, Paolo Giacomazzi, Guido Maier, Riccardo Melen, Achille Pattavina Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 15

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17 1 Le reti fisse a banda ultra larga: possibili architetture e criteri di valutazione Le reti di accesso in Italia: situazione attuale L attuale rete di accesso italiana per le telecomunicazioni è basata prevalentemente sull'infrastruttura di distribuzione in rame di Telecom Italia. La rete di accesso è composta da Stadi di Linea (SL) (Central Office, CO) che sono connessi attraverso la rete di giunzione (backhaul) ai 628 Stadi di Gruppo Urbano (SGU). La rete di accesso in rame si divide in rete primaria, che connette i permutatori presenti in centrale agli armadi stradali (cabinet), e in rete secondaria, che connette gli armadi stradali ai distributori posti in prossimità degli edifici. Hanno inoltre rilievo le due reti di accesso in fibra ottica di Telecom Italia e Fastweb, estese anch esse al territorio nazionale. Esistono infine altre reti di accesso realizzate da Enti Locali quali Comuni, Province e Regioni. Per il dispiegamento delle fibre ottiche nella NGAN, oltre alle infrastrutture per telecomunicazioni, potrebbero essere utilizzate le infrastrutture delle utilities (spesso a maggioranza pubblica), quali: illuminazione stradale, gas, energia, fogne, teleriscaldamento, ecc. Riteniamo di grande importanza procedere a un attività di ricognizione finalizzata alla creazione di un anagrafe delle reti alternative in fibra ottica realizzate negli ultimi 10 o 15 anni nel nostro Paese, nonché degli impianti sotterranei per servizi di pubblica utilità diversi da quelli per le telecomunicazioni (elettricità, teleriscaldamento, illuminazione stradale, gas impianti fognari, segnalazione semaforica, ecc). Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 17

18 Architetture di distribuzione della rete in fibra ottica La rete di accesso fissa a banda larga e ultralarga può essere realizzata secondo le architetture di distribuzione Fiber-to-the-Exchange (FTTE), Fiber-to-the-Cabinet (FTTC), Fiber-to-the- Building (FTTB) e Fiber-to-the-Home (FTTH). FTTE è l architettura già adottata da tempo in Italia per fornire servizi a larga banda (circa 11,5 milioni di utenti a fine 2008). Le altre tre architetture consentono invece la fornitura di accessi a banda ultralarga negli scenari NGAN oggetto del presente lavoro. Nell architettura FTTE, la fibra raggiunge lo SL. Tra lo SL e l utente, vi è il riutilizzo completo della rete di accesso in rame utilizzando le varie tecnologie xdsl standardizzate dall ITU-T e in particolare quelle basate su ADSL, ADSL2 e ADSL2+. L utilizzo di una tecnologia rispetto ad un'altra dipende dalle prestazioni che si vogliono offrire agli utenti finali con una velocità teorica per l ADSL2+ di circa 20 Mbit/s in downstream e 1 Mbit/s in upstream da utente a rete. Se le connessioni tra utenti e stadi di linea sono molto brevi (solo se inferiori a 400 metri) è anche possibile offrire un collegamento di maggiore capacità di tipo VDSL2. Nell architettura FTTC, si sostituisce il rame nella rete primaria collegando lo Stadio di Linea con l armadio stradale tramite fibra ottica. In questo caso è necessario introdurre nell armadio stradale dei componenti attivi di conversione ottico/elettrica del segnale e viceversa. Di solito, si installa un mini DSLAM con modem VDSL2 per la trasmissione su doppino in rame. Con lo standard VDSL2 si può raggiungere una capacità di 50 Mbit/s in downstream e di 10 Mbit/s in upstream, almeno su distanze brevi. Nell architettura FTTB, si collega l'edificio (building, che rappresenta sia il singolo palazzo, sia gruppi di abitazioni singole) direttamente allo Stadio di Linea con la fibra ottica eliminando i cabinet stradali. Alla base dell'edificio (generalmente in un locale chiuso all interno) viene installato l apparato che converte il segnale ottico in elettrico: da qui la connessione avviene sfruttando i cavi in rame presenti con la tecnologia VDSL2 che permette di raggiungere le massime prestazioni dal doppino (fino a 100 Mbit/s in downstream e 40 Mbit/s in upstream) dato che le distanze coperte sono molto brevi (fino a 100 metri). Quest architettura permette di risparmiare i costi di cablatura verticali dei palazzi. L architettura FTTH permette la miglior disponibilità di banda all utente finale e la maggior espandibilità futura: tutti i collegamenti sia orizzontali che verticali sono in fibra ottica. A seconda della tecnologia ottica utilizzata è possibile garantire connessioni simmetriche che vanno da 100 Mbit/s a 1 Gbit/s. In una rete FTTH, i collegamenti sono normalmente realizzati con una sola fibra con trasmissione bidirezionale su due diverse lunghezze d onda nei due sensi. In pochi casi, il collegamento è comunque composto da due fibre ottiche: una per la trasmissione bidirezionale e una di riserva, lasciata disponibile per alcune funzioni aggiuntive. Sistemi di accesso per la rete in fibra ottica Qualunque sia l architettura di distribuzione adottata nella rete di accesso in fibra ottica (FTTC, FTTB, FTTH), sono utilizzati principalmente due categorie diversi di sistema di trasmissione: sistemi punto-punto (Point-to-Point, P2P), ossia collegamenti dedicati in fibra ottica, operanti con tecnologie Fast Ethernet (100 Mbit/s) oppure Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), con topologia a stella e condivisione dei cavidotti secondo lo stesso schema di principio della rete in rame; Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 18

19 sistemi basati su reti passive in fibra ottica (Passive Optical Network, PON) secondo topologie ad albero, realizzate diramando successivamente le fibre con dispositivi passivi (splitter) in cascata, in cui quindi la capacità trasmissiva nelle tratte a monte è condivisa dinamicamente tra gli utenti. Nelle reti PON a divisione di tempo (TDM), vengono utilizzate due lunghezze d onda differenti per la trasmissione downstream e upstream (collegamenti a fibra singola). L Optical Line Termination (OLT) trasmette downstream in multiplazione TDM: ciascun ramo di utente (Optical Network Unit, ONT, e Optical Network Termination, ONT) ha uno slot dedicato. Due protocolli standard TDM-PON sono oggi di largo impiego: il GPON (ITU-T G.984) e l EPON (IEEE 802.3ah). Per estendere la capacità di trasmissione delle PON, sono allo studio metodi basati su tecniche di multiplazione a divisione di lunghezza d onda WDM, sia Coarse (CWDM) fino a 18 diverse lunghezze d onda sia Dense (DWDM) fino a 162 colori. Le tecnologie WDM per le reti di accesso sono ancora in via di consolidamento, mentre alcune soluzioni di apparati WDM PON sono in sperimentazione e esercizio nelle aree asiatiche. Soluzioni commerciali su scala industriale sono previste nell arco dei prossimi due-tre anni. L architettura FTTC viene tipicamente usata soltanto in configurazione P2P. Può essere impiegata anche per un dispiegamento NGAN con obiettivi ambiziosi in termini di copertura: almeno il 40% delle abitazioni. E questo, ad esempio, il caso degli sviluppi NGAN annunciati da BT e KPN. L architettura FTTB è impiegata sia con GPON che P2P. Tra gli esempi di applicazione nel mondo, si citano Korea Telecom (EPON) e Telefonica (GPON). Telecom Italia ha iniziato nel 2008 alcune sperimentazioni FTTB GPON a Milano. Anche l architettura FTTH può utilizzare sia P2P sia GPON. Gli sviluppi FTTH GPON in Europa sono stati intrapresi da molti Operatori dominanti: Telefonica, BT, France Telecom e Telecom Italia. Korea Telecom ha annunciato l upgrade delle sue installazioni FTTH EPON tramite tecniche WDM per aumentare la banda disponibile ai propri clienti. In Italia e in Francia, Fastweb e Free Iliad hanno dispiegato per primi sistemi FTTH P2P. Tra gli sviluppi FTTH P2P in Europa, si segnalano i casi di KPN e SwissCom. Pro e contro delle architetture FTTH P2P e GPON I sistemi P2P sono adatti a soddisfare anche esigenze future e si prestano a singoli incrementi di banda (da 100 Mbit/s a 10 Gbit/s). Di contro, la soluzione P2P ha costi superiori rispetto alla PON a causa del numero superiore di fibre da installare nella rete primaria, che comporta una gestione più complessa delle fibre all interno della centrale. Nei sistemi PON, il rapporto di divisione complessivo ottenuto dalla cascata di splitter può raggiungere valori fino a 1:128, ma nelle aree metropolitane tipicamente è compreso tra 1:32 e 1:64. I maggiori pregi di questa tecnica consistono nella riduzione del numero di fibre ottiche, in particolare nella rete primaria, nonché nell assenza di apparati attivi da mantenere in postazioni remote. Di contro, questa tecnica necessita del controllo dell accesso multiplo in direzione upstream (in downstream i segnali sono trasmessi in broadcast, crittografati per fare sì che ogni utente possa ricevere solo il proprio segnale). Una discussione critica e un confronto economico tra le due soluzioni porta a concludere che GPON offre migliori prestazioni economiche rispetto a P2P soprattutto in due aree di investimento: la rete di accesso primaria e gli impianti di centrale. La soluzione P2P, di contro, offre di contro Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 19

20 migliori prestazioni dal punto di vista del costo degli apparati di utente, della banda offerta all utenza e della possibilità di applicare i rimedi passivi di disaggregazione degli elementi di rete. In questo confronto economico, i criteri di valutazione delle due soluzioni comprendono: l analisi del fabbisogno di cavidotti nella rete di accesso ottica primaria e secondaria, tenendo conto della possibilità di riuso di cavidotti esistenti e della necessità di nuove installazioni; l analisi del fabbisogno di apparati elettronici e ottici, dello spazio e della potenza installata in centrale; la stima degli investimenti e dei costi di esercizio e manutenzione della rete ottica di accesso; la stima degli investimenti e dei costi di esercizio e manutenzione delle reti di edificio e degli apparati di utente; la capacità trasmissiva (banda) di accesso offerta all utente; le possibilità di disaggregazione passiva e attiva degli elementi della rete di accesso (unbundling e bitstream). Per quanto riguarda quest ultimo aspetto, la soluzione GPON offre la possibilità di unbundling del sub-loop (della rete secondaria, con interconnessione a livello di pozzetto nodale/armadio ottico), nonché di WDM Unbundling secondo le configurazioni WDM PON e WDM GPON, con possibilità di colocazione degli apparati OLT WDM dei vari Operatori nel sito di centrale ottica. GPON offre inoltre la possibilità di bit streaming con qualità di servizio differenziata e con possibilità di aggregazione degli accessi virtuali dei singoli Operatori. La soluzione P2P permette invece il Local Loop Unbundling con modalità analoghe a quelle adottate per i doppini in rame e con possibilità di colocazione degli apparati OLT dei vari Operatori nel sito di centrale ottica. Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 20

21 2 Rapporti tra rete fissa e rete radio in area metropolitana e rurale: il ruolo delle femtocelle, le esigenze di backhaul e la capacità offerta Mobile backhaul: la rete di giunzione per stazioni radiomobili Nelle reti radiomobili, il mobile backhaul è la rete di giunzione che interconnette le stazioni base BS (Base Station) ai nodi di controllo RNC (Radio Network Controller) della rete dell Operatore. Esso rappresenta uno dei maggiori costi della RAN (Radio Access Network). Il successo di mercato dei servizi mobili a banda larga tramite sistemi 3G/HSPA (High Speed Packet Access) sta provocando un significativo aumento del traffico dati sulle RAN. Da qui, l'esigenza di disporre di una crescente capacità di trasporto di backhaul, che giocherà un ruolo chiave nello sviluppo dei servizi HSPA e, in futuro, del sistema mobile a banda ultralarga 4G/LTE (Long Term Evolution). Il potenziamento del mobile backhaul potrà convenientemente sfruttare le infrastrutture della rete di acceso in fibra ottica NGAN. Tradizionalmente, il mobile backhaul nei sistemi di seconda generazione (2G) è basato su sistemi di trasmissione TDM (flussi E1 a Mbit/s), sia su rete fissa sia più comunemente tramite ponti radio a microonde. Nei sistemi di terza generazione 3G/UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), si è assistito ad una progressiva migrazione verso il trasporto su ATM e poi su IP su Ethernet a 10 e 100 Mbit/s. Documento per uso interno al Programma AGCOM ISBUL 21

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