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

· Madium Access Control (MAC)

· Radio Link Control (RLC)

· Packet Data Cnvergence Protocol (PDCP)

· Broadcast/Multicas Control (BMC)

·  Radio Resource Control (RRC)