VERSO LA CONNETTIVITA RADIO GLOBALE

Transcript

1 Communications (Bolzano, TIS Innovation Park) VERSO LA CONNETTIVITA RADIO GLOBALE Quali prospettive per le aziende? Relatore: CLAUDIO SACCHI Università di Trento, Dipartimento di Ingegneria e Scienza dell Informazione (DISI), Via Sommarive 14, I-38050, Trento sacchi@disi.unitn.it Bolzano, 29 Maggio 2008

2 Research Program Wireless Communications al DISI Sintesi ed ottimizzazione di sistemi di antenna Controllo di antenne intelligenti Modelli di propagazione e.m. RP leader: Prof. Andrea Massa Comunicazioni satellitari e radiolocalizzazione Wireless sensor networks Algoritmi ottimizzati di ricezione in banda-base per reti radiomobili e sistemi software radio Maggio

3 SOMMARIO Il sogno della wireless city ; Reti globali (GSM, UMTS); Dentro la picocella :: famiglia IEEE ; Wi-Max Max: : banda larga a chi? Verso il 4G: prospettive future e dubbi presenti; Conclusioni. Maggio

4 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY DALLA WIRED CITY ALLA WIRELESS CITY (1) Nel 1974, P. Goldmark aveva proclamato al Mondo la sua visione della futura città cablata (wired city); Goldmark prevedeva città del futuro con reti di elaborazione dell informazione interconnesse in modalità totalmente cablata ; Il segmento a banda larga della città cablata era costituito dalle aree locali (LAN), ove gli elaboratori erano connessi dal loop ETHERNET a 10Mb/s; Nella visione di Goldmark,, le diverse isole LAN sarebbero state interconnesse tra loro da reti cablate a copertura estesa (CATV, fibre ottiche, rete telefonica). Maggio

5 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY DALLA WIRED CITY ALLA WIRELESS CITY (2) Rispetto ai tempi di Goldmark,, possiamo dire che la città cablata è una diventata, da almeno dieci anni, una realtà; L area locale è servita da Fast Ethernet (100Mb/s) e Gigabit Ethernet (1Gb/s); L ultimo miglio di rete (cablata) è coperto efficacemente dallo standard xdsl su rete telefonica (fino a 10Mb/s); Backbones in fibra ottica fanno viaggiare flussi aggregati con rate dell ordine di 1Gb/s lungo distanze considerevoli. Maggio

6 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY PERCHE LA CITTA SENZA FILI? La città cablata presenta un inconveniente fondamentale: il filo è un vincolo, è come una catena che lega l utente alla sedia della propria postazione; Il Mondo del XXI Secolo è,, invece caratterizzato dalla richiesta, sempre più forte di mobilità (in tutti i settori ); Il comunicatore moderno chiede, pertanto di spezzare la catena della fissità,, nel nome della mobilità; MOBILITA NELLE TLC = WIRELESS = RADIO!! Maggio

7 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY DA CHI E E PARTITA L IDEA? L Esattamente venti anni dopo Goldmark (1994), D. Schilling aggiornò il vecchio sogno in chiave wireless; Così l idea di città senza fili venne proposta all attenzione attenzione della comunità scientifica; Nel 1994, il Wi-Fi muoveva i primi passi, mentre le reti telefoniche a copertura globale (GSM) avevano appena incominciato a diventare commerciali ; Già si progettava l UMTS l Maggio

8 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY COME SI E E SVILUPPATA? L idea della città senza fili è stata, finora, portata avanti reggendosi su due architravi tecnologiche: L estensione multimediale del servizio di telefonia radiomobile cellulare (da GSM/GPRS ad UMTS); Lo sviluppo delle reti wireless ad accesso locale (Wi-Fi). Queste tecnologie sono il core della terza generazione del radiomobile (3G); In effetti, UMTS forum aveva un progetto molto ambizioso in tal senso, che vedremo nella slide successiva. Maggio

9 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY LA WIRELESS CITY NELLA VISIONE UMTS (IMT-2000) Maggio

10 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY LA WIRELESS CITY NELLA VISIONE UMTS (IMT-2000) L idea di base dell UMTS forum rispecchiava in modalità wireless l idea cablata di Goldmark; La picocella Wi-Fi doveva rimpiazzare la rete Ethernet in area locale (a larga banda); La microcella avrebbe dovuto essere servita dalla rete cellulare a copertura metropolitana (UMTS); La macrocella globale avrebbe dovuto essere costituita dall interconnessione di microcelle con backbones satellitari (S-UMTS). Maggio

11 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY A CHE PUNTO SIAMO NELLA REALIZZAZIONE DEL SOGNO? La realizzazione dell idea di città wireless dovrebbe far si che servizi a larga banda (>1Mb/s) siano disponibili a a portata di mano dell utente radiomobile ; Ma la larga banda è realmente a portata di mano dell utente radiomobile? In altre parole: può un link wireless supportare un collegamento a larga banda? Maggio

12 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY BANDA LARGA SU RETI WIRELESS: PROSPETTIVE DI MERCATO La richiesta di servizi a larga banda su reti radiomobili è assai consistente; Attualmente, c èc notevole interesse per i servizi di Internet browsing su terminale mobile e per la servizi multimediali (video broadcasting, video-on on- demand,, ecc.); In particolare, il mercato dei servizi multimediali per utenza radiomobile ha prodotto elevatissime punte di fatturato commerciale nella zona asiatica. Maggio

13 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY SITUAZIONE DI MERCATO: PENETRAZIONE SERVIZI RADIOMOBILI NEL MONDO (DATO 2007) Maggio

14 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY EVOLUZIONE PREVISTA DEI SERVIZI RADIOMOBILI Il trend di sviluppo dei servizi radiomobili commerciali procede in tre direzioni ben precise: La MULTIMEDIALITA ; La GLOBALITA ; L UBIQUITA Maggio

15 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY LIMITI DI CAPACITA IN UN SISTEMA WIRELESS Putroppo,, la banda larga su canali radio non è offerta gratuitamente ; Ci vogliono tecniche di trasmissione robuste nei confronti delle derive di propagazione del segnale; Il design del livello fisico non è banale e richiede spesso un notevole sforzo di fantasia; Inoltre è possibile offrire la larga banda in reti radio, solo su aree ad estensione limitata. Maggio

16 IL SOGNO DELLA WIRELESS CITY SOLUZIONE REALISTICA E quella indicata da IMT 2000,, ovvero integrazione spinta tra: reti radio ad acceso locale (che sono a banda larga); reti radio ad accesso globale (che sono a banda stretta); In pratica, occorrerebbe estendere al massimo la copertura a banda larga in area locale ed utilizzare le reti a copertura globale solo in caso di abbandono dell area locale; Si tratta di una larga banda nomadica più che mobile, ma questo è un limite ancora da superare. Maggio

17 RETI CELLULARI GLOBALI DISPONIBILITÀ ED OFFERTA Le reti radio a copertura globale sono oramai disponibili ovunque; Il servizio GSM è da vari anni in funzione e copre uniformemente il territorio italiano; Il servizio UMTS è diffuso, anche se non così capillarmente; Il sorpasso dell UMTS sul GSM è previsto, in Italia, nel 2009 e nel 2010 si dovrebbe toccare il top delle sottoscrizioni (studio americano dello Yankee group, USA). Maggio

18 RETI CELLULARI GLOBALI Evoluzione (prevista) dei servizi offerti da UMTS Maggio

19 RETI CELLULARI GLOBALI Cosa viene offerto ora? Attualmente UMTS può fornire alcuni servizi multimediali radiomobili con qualità del servizio che potremmo definire fair ; Ragionevolmente UMTS fornisce una capacità di 150Kb/s,, che può anche scendere in presenza di mobilità veloce (i famosi 2Mb/s promessi sono un utopia utopia ); Tuttavia, rispetto ai 10-20Kb/s dei vecchi servizi GPS e GPRS è un bel progresso. Maggio

20 DENTRO LA PICOCELLA: FAMIGLIA IEEE TECNOLOGIA IEEE All inizio degli anni 90 il gruppo di standardizzazione IEEE ha lavorato con il chiaro intento di rimpiazzare la rete Ethernet in area locale con un link simile,, ma realizzato su rete radio; All inizio, il gruppo ha tenuto un basso profilo con bassi data rate di 1-2Mb/s 1 (IEEE ); Poi, con l arrivo l dell IEEE b si è saliti a 11Mb/s (dato comparabile con la vecchia Ethernet 10baseT); Nel 2002, l arrivo l dell IEEE g,, ha consentito di spingere la capacità disponibile fino a 54Mb/s (sotto certe condizioni), scendendo ad 11Mb/s (ovvero allo standard b )) nel caso in cui queste condizioni non si verifichino; In pratica, un bel mattoncino della wireless city è stato implementato! Maggio

21 DENTRO LA PICOCELLA: FAMIGLIA IEEE Configurazioni possibili: Peer-to-peer (P2P) Singola rete con AP AP multipli e roaming Maggio

22 Vantaggi DENTRO LA PICOCELLA: FAMIGLIA IEEE IEEE è davvero a basso costo (20 Euro per scheda e 100 Euro per AP); Si installa con pochissima spesa e pochissimo sforzo; Svantaggi E poco flessibile nel gestire richieste di accesso multiple (usa lo stesso protocollo CSMA di Ethernet); Ha copertura assai ridotta (20-30 metri quadrati per AP); La qualità del servizio può precipitare a zero, specie in picocelle outdoor dove non c èc una forte componente in linea diretta tra AP e terminale mobile. Maggio

23 WI-MAX: LARGA BANDA A CHI? Cosa è Wi-Max E il nuovo standard IEEE (IEEE( ) per le comunicazioni in aree locali a corto e medio raggio; Wi-Max potrebbe rivoluzionare completamente l idea di città senza fili tuttora accettata; Infatti la sua area di copertura è limitata, ma non così limitata come quella della famiglia IEEE ; Wi-Max può uscire dalla picocella ed andare in outdoor, raggiungendo distanze anche ragguardevoli (fino a 50Km); Supporta efficacemente la trasmissione anche in assenza di linea diretta tra terminale ed AP (modo operativo NLOS); Wi-Max Max dovrebbe, inoltre, supportare una mobilità (dichiarata) fino a 160Km/h. Maggio

24 WI-MAX: LARGA BANDA A CHI? Applicazioni (previste) supportate da Wi- Max Maggio

25 WI-MAX: LARGA BANDA A CHI? Wi-Max come bridge di interconnessione di reti wireless eterogenee Il Wi-Max forum ha studiato alcuni scenari applicativi dove il Wi-Max opera come rete di interconnessione di picocelle,, ponendosi ad un livello microcellulare ; Nel modello di città senza fili proposto da IMT-2000 questo ruolo era in carico alla rete UMTS; Le applicazioni spaziano dal backhaul cellulare,, alle reti di filiali bancarie, alla teledidattica,, alle applicazioni di pubblica sicurezza. Maggio

26 WI-MAX: LARGA BANDA A CHI? Scenario 1: rete di emergenza Maggio

27 WI-MAX: LARGA BANDA A CHI? Scenario 2: backhaul di provider Maggio

28 WI-MAX: LARGA BANDA A CHI? Situazione licenze Wi-Max (in Italia) La recente gara per le licenze Wi-Max è stata vinta da due operatori wireless: AriaDSL e AFT Linkem; La copertura di tali licenze è estesa su quasi tutto il territorio nazionale (come si vede dalle figure sottostanti): Maggio

29 VERSO IL 4G: PROSPETTIVE FUTURE E DUBBI PRESENTI Cosa significa 4G e 4G ed oltre? La terza generazione del radiomobile è ancora in fase di espansione, il Wi-Max è agli inizi e già si parla di quarta generazione (4G); Ma cosa sarà il 4G? Le idee non sono ancora chiarissime: Per qualcuno è il Wi-Max (vero molto parzialmente); Per qualcun altro è il software radio (ne è solo un elemento); Per qualcun altro, ancora, sono le modulazioni multi-portante (OFDM)) i sistemi multi-antenna (MIMO)) e i sistemi ad antenne intelligenti (smart antennas) ) (non è proprio così). Maggio

30 VERSO IL 4G: PROSPETTIVE FUTURE E DUBBI PRESENTI Approccio user-centric La vera novità concettuale del 4G (da cui discenderanno le novità tecnologiche) è l approccio user-centric opposto all approccio approccio corrente che è network-centric ; L obbiettivo dichiarato è quello di colmare il divario tra richieste dell utente servizio offerto dalla rete; Tutti i livelli della rete dovrebbero essere configurati sulla base dei requisiti di qualità del servizio dell utente utente; Attualmente, solo i livelli di applicazione sono parzialmente orientati all utente, ovvero cercano di adattare l applicazione l ai vincoli di QoS imposti dalla rete; In pratica, si sovverte il rapporto tra l utente l e la rete,, dove la rete si adatta all utente e non viceversa. Maggio

31 VERSO IL 4G: PROSPETTIVE FUTURE E DUBBI PRESENTI Approccio user centric : : un modello cosmologico Maggio

32 VERSO IL 4G: PROSPETTIVE FUTURE E DUBBI PRESENTI Cosa serve per realizzare questo modello? Integrazione totale e seamless tra reti esistenti con handover verticale tra diversi standard presenti nei diversi ambienti dove si trova (istante per istante) l utente; l La rete deve diventare intelligente, ovvero deve capire ed anche anticipare i bisogni dell utente seguendolo passo a passo; La qualità del servizio deve essere garantita dovunque l utente l si trovi. Se non lo è,, la rete deve auto-configurarsi in maniera adattativa per garantirla; La capacità di configurarsi deve essere estesa a tutti i livelli (incluso quello fisico), non solo ai livelli alti; La rete deve avere informazione sia sulla posizione dell utente che della situazione generale del traffico e del carico di interferenza agente sul canale. Maggio

33 VERSO IL 4G: PROSPETTIVE FUTURE E DUBBI PRESENTI Tecnologie da impiegare nella visione user centric Implementazione software dei livelli bassi della rete, compreso livello fisico ed antenne (software( radio e smart antennas: disponibili a livello prototipale); Handover verticale trasparente (studiato e sperimentato a livello teorico); Implementazione cross-layer dei livelli di rete: i vari livelli della pila ISO-OSI OSI comunicano tra loro e non sono scatole chiuse (argomento molto trattato dalla ricerca corrente); Cognitività della rete con valutazione critica delle risorse radio disponibile e gestione intelligente ed ottimizzata di tali risorse (sviluppata in ambito militare); Routing dinamico e riconfigurabile realizzato con tecniche avanzate di network coding (argomento di ricerca); Sensibilità al contesto della rete in termini di sensibilità alla posizione ed alla situazione (sviluppata in ambito militare). Maggio

34 VERSO IL 4G: PROSPETTIVE FUTURE E DUBBI PRESENTI Ci arriveremo mai? Come si vede, il lavoro da fare verso il 4G è davvero molto; Qualcuno dice che non si arriverà mai alla fine, poiché le richieste del mercato non andranno mai in una direzione così user centric ; Ad un primo esame potrebbe sembrare così,, ma a smentire ciò, si può dire che gli utenti non sono molto contenti dei servizi offerti dalle reti attuali; Lamentano, infatti, una qualità del servizio che è quella che passa il convento, anziché quella attesa; Per l utente l che che paga,, il concetto di chi si contenta gode non sembra essere quello vincente. Maggio

35 Conclusioni (1) La grande sfida nel futuro delle reti radiomobili è avvicinare sempre di più la rete all utente utente,, fornendogli in mano la banda (larga) che egli richiede; La resa commerciale dei servizi multimediali su rete radiomobile appare potenzialmente molto elevata,, ma bisogna evitare il senso di delusione da parte dell utente a causa della bassa qualità percepita Le tecnologie trasmissive attualmente disponibili possono garantire, in parte, questa esigenza di larga banda solo in aree molto locali; Wi-Max (prossimo lancio) è una tecnologia molto promettente e potrebbe davvero cambiare le cose nel senso auspicato; Il 4G potrebbe essere la grande rivoluzione del futuro.. Le incognite tecnologiche non sono tuttavia banali; Bisogna, però vedere le cose in senso positivo: se ci sono incognite, nite, c è anche spazio per ricerca ed innovazione. (CONTINUA) Maggio

36 Conclusioni (2) Le aziende italiane (piccole e grandi) non potranno farsi tagliare fuori da questa corsa ad ostacoli ; Infatti, la sfida della globalizzazione passa anche per le telecomunicazioni e la gestione dei servizi in rete; La stretta collaborazione tra aziende, università ed enti di ricerca appare uno dei fattori vincenti per vincere la competizione; In Italia occorre promuovere efficacemente questo rapporto,, ma le expertise, di sicuro, non mancano. Maggio