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In uno scorso articolo abbiamo parlato delle reti di computer, adesso applicheremo quello che già sappiamo e lo adatteremo a questo argomento.

Possiamo generalizzare tutto quello che abbiamo detto nell’articolo sulle reti definendo la tipologia di una rete mediante un grafo che contiene:

· Nodi: apparati in cui le informazioni vengono generate e smistate

· Rami: apparati che consentono il trasferimento di informazioni fra nodo a nodo

I rami possono essere costituiti da qualsiasi portante (es. Rame, fibra ottica, etere) e a seconda della modalità di scambio delle informazioni fra i nodi terminali, distinguiamo trasmissioni di tipo:

· Simplex

· Half-duplex

· Full-duplex

Questo grafico illustra chiaramente la differenza fra rete di accesso e rete di trasporto, con i nodi e i rami:

Modi di trasferimento

Adesso ci addentreremo più nello specifico, e cominceremo a capire quali sono le tecniche utilizzate per poter trasferire su di un unico canale diverse comunicazioni in contemporanea. L’obiettivo della multiplazione, infatti è la condivisione dello stesso portante trasmissivo da parte di più flussi informativi, ma deve essere mantenuta la separabilità dei diversi flussi informativi. Le tecniche di multiplazione possono essere distinte a seconda di come i diversi flussi vengono interlacciati:

· A divisione di spazio: assegnando fisicamente un portante diverso per ogni flusso

· A divisione di frequenza(FDM): traslando il contenuto in frequenza di ogni flusso in maniera tale che non si abbia sovrapposizione degli stessi.

· A divisione di tempo(TDM): assegnando il portante ai diversi flussi in maniera esclusiva nei diversi istanti di tempo.

· A divisione di codice(CDM): utilizzando una codifica ortogonale dei diversi flussi informativi.

Servizi di instradamento del Network Layer

Abbiamo già incontrato il network layer nella pila ISO-OSI, e abbiamo già visto che si occupava di offrire al livello di trasporto un servizio di trasferimento di pacchetti mascherando il tipo e le caratteristiche di commutazione della rete. Le principali funzioni svolte sono:

Instrada

Multiplazione
Controllo di flusso
Controllo di congestione
Intercooperazione tra reti

I servizi che andremo a conoscere più da vicino riguardano l’instradamento dei pacchetti che possono avvenire tramite o il Datagram (che è Connection less) oppure tramite la Chiamata o Circuito Virtuale (Connection oriented).

Datagram

I pacchetti sono trasferiti sulla base dell’indirizzo di destinazione contenuto nel singolo pacchetto. Ogni singolo nodo attuerà un algoritmo di instradamento. Le tabelle di instradamento vengono aggiornate dinamicamente, in quanto gli instradamenti possono essere differenti a parità di destinazione. Ma si possono verificare vari possibili eventi spiacevoli come: la fuori sequenza, la perdita o la duplicazione dei pacchetti.

Circuito virtuale

Ogni nodo all’atto dell’instaurazione della chiamata sceglie un numero di canale logico per identificarla univocamente. Il circuito virtuale sarà costituito dalla cascata di canali logici. Le coppie [nodo entrata – canale logico] e [nodo uscita – canale logico] costituiranno gli entry delle tabelle di attraversamento. Per determinare il nodo successivo dove trasmettere il pacchetto ricevuto sulla base dell’indirizzo di destinazione del pacchetto esistono degli algoritmi di instradamento; per ragioni di spazio non possiamo trattarli qui, anche perché se dobbiamo elencarli tutti ci sarebbe veramente molto da dire.

Fatta tutta questa premessa, sui modi di trasmissione dell’informazione, parleremo adesso delle reti telefoniche fisse e mobili, e accenneremo alle architetture dei vari protocolli che si usano per scambiare dati attraverso i cellulari, ovvero al GPRS e all’UMTS.

Reti telefoniche

In un sistema telefonico tradizionale (per intenderci l’apparecchio fisso di casa), il trasporto della voce avviene a commutazione di circuiti, ovvero le risorse sono tutte preallocate a priori, anche se oggi si affaccia sullo scenario l’alternativa a commutazione di pacchetto – il Voice Over IP (es. Skype ).

Il servizio telefonico viene effettuato attraverso un procedura divisa in tre parti:

· Instaurazione: viene determinato il percorso e vengono riservate le risorse.

· Connessione: gli utenti si scambiano flussi di segnale.

· Rilascio: vengono liberate tutte le risorse impegnate.

I sistemi di trasmissione sono costituiti da dispositivi e apparecchiature per il trasferimento del segnale e possono essere sia analogici (per lo più questi costituiscono la parte di rete che va dall’utilizzatore alla prima cabina di commutazione), che numerici (tutto il resto della rete). I sistemi di commutazione, sono quei dispositivi che attuano fisicamente le connessioni e, infine, i sistemi di segnalazione controllano il funzionamento della rete attraverso il trasferimento delle informazioni di segnale (tipicamente informazioni per l’instaurazione e il rilascio delle connessioni).

Di seguito riportiamo il grafico di uno schema tipico dei nodi di una rete con i nodi di accesso, di transito, e gli espansori/concentratori, che servono per poter collegare molti utenti su un set di cavi limitati. Tipicamente il rapporto tra linea e utenti connessi alla stessa linea è 1:5-10.

Comunicazioni wireless

Adesso tratteremo la parte relativa alle comunicazioni mobili, descrivendone il funzionamento generale.

Celle e stazioni base

L’architettura di una rete per le comunicazioni mobili, si basa nella suddivisione della rete nazionale in varie “celle” o aree di copertura geografica. In ogni cella vi è una stazione basa. L’area di copertura dipende da diversi fattori e può andare da circa 100 metri a qualche decina di chilometri (questo dipende infatti dalla potenza di trasmissione delle stazioni base, altezza delle antenne, caratteristiche fisiche dell’area). Le celle vengono solitamente settorializzate e le stazioni base sono interconnesse fra loro a una rete di comunicazione collegata alla cosiddetta PSTN. La logica di controllo delle stazioni base viene gestita dal Base Station Controller (BSC). I BSC sono connessi a un centro Mobile Switching Center (MSC) che gestisce l’attivazione e la chiusura delle chiamate verso gli abbonati mobili. Il seguente grafico dovrebbe rendere l’idea di quello che è stato detto finora.

È ovvio che questa architettura è stata progettata per permettere di controllare la posizione dell’abbonato e mantenere attiva una chiamata mentre ci si muove all’interno della rete.

Il GPRS

Il GPRS costituisce un’evoluzione della rete GSM. Questa, infatti, offre servizi voce e dati a commutazione di circuito, dove la massima velocità di trasferimento dati si attesta sui 9.6 kbit/s. Il GPRS, invece, è una evoluzione del sistema GSM verso i servizi a elevata ampiezza di banda. La piattaforma GPRS opera il trasferimento dati a commutazione di pacchetto e la velocità teorica potrebbe raggiungere i 171 kbit/s. Invece la necessità di uno schema di codifica per la correzione degli errori sull’interfaccia a radiofrequenza garantisce velocità massime fino a 53 kbit/s. L’interfaccia aerea è la stessa utilizzata dal GSM, con canali a 200 KHz divisi in 8 time slot e la stazione mobile può accedere a più time slot. Il GPRS generalmente è asimmetrico in quanto le normali utilizzazioni della rete dati prevedono più trasferimenti nella direzione down link rispetto a quella uplink.

Per quanto riguarda l’interfaccia aerea non è necessario pianificare alcuna modifica progettuale o di frequenze rispetto al GSM. Data una portante in radiofrequenza a 200kHz gli 8 time slot vengono condivisi per il traffico dati GPRS e vocale GSM. I time slot utilizzati dal sistema GPRS sono raggruppati in trame che ne contengono 52. All’interno di ogni trama sono presenti:

· 12 blocchi radio ognuno costituito da 4 time slot consecutivi

· 2 time slot inattivi

· 2 time slot di temporizzazione che costituiscono i Packet Timing Control Channels (PTCCH)

Di seguito, viene mostrata l’architettura GPRS.

L’UMTS

L’UMTS costituisce l’evoluzione, abbastanza recente, delle tecnologie GSM/GPRS per supportare le funzionalità di terza generazione. Il cambiamento rispetto alle precedenti tecnologie riguarda l’interfaccia aerea e la rete d’accesso radio. Esistono due varianti:

· DS-WCDMA FDD Europa e America

· DS_WCDMA TDD Asia

L’opzione FDD prevede l’utilizzo delle frequenze:

· 1920-1980 MHz in down link

· 2110-2170 MHz in uplink

La spaziatura dei canali nella opzione FDD può variare da 4.4 a 5MHz a passi di 200kHz, la separazione fra le due tratte è di 190MHz e la frequenza di chip è 3.84Mchips/s (che comporta un’ampiezza di banda compresa tra 4.4 e 5MHz).

L’architettura di rete è molto simile a quella del sistema GSM/GPRS, ma l’accesso radio è totalmente diverso, conl’utilizzo della rete UTRAN. I dati utente sono trasportati attraverso canali fisici, che sono ottenuti dalla combinazione di: una frequenza, un codice di codifica e un codice di canalizzazione.

In conclusione, descriviamo brevemente i protocolli dell’interfaccia aerea:

Physical:
o Elaborazione in radiofrequenza
o Dispersione
o Codifica
o Modulazione
o Controllo della potenza
o Sincronizzazione
o Handoff soft