V. Next Generation Network

1. V. Next Generation Network Aldo Roveri, “COMMUTAZIONE” Univ. di Roma “La Sapienza” - a.a. 2008-2009

2. CONTENUTI • V.1 NGN: definizione e migrazione • V.2 Architettura dell’NGN • V.3 Fornitura di servizi multimediali • V.4 Fattori abilitanti della NGN

3. Next Generation Network • V.1 NGN: definizione e migrazione

4. Verso l’NGN (1/4) • Nel 2003, presso l’ ITU-T, si è iniziato a perseguire l’obiettivo di una nuova rete a larga banda di tipo integrato e gli sono stati attribuiti il nome Next Generation Network e l’acronimo NGN. • Un primo risultato della relativa attività di standar-dizzazione è stato formalmente conseguito all’inizio del 2006.

5. Verso l’NGN (2/4) • Lo scopo dell’obiettivo NGN era di combinare le caratteristiche più convenienti della PSTN / ISDN e di Internet in modo da • procurare a utenti e fornitori di servizio una modalità facilitata di supporto a servizi da fruire su accessi a larga banda, su filo e senza filo; • supportare l’aspirazione degli utenti di accedere ai servizi di loro interesse da posizione ubiqua (mobilità intrinseca);

6. Verso l’NGN (3/4) • facilitare la combinazione di diversi servizi di rete, quali servizi dati (web-browsing), voce, telefonia e servizi multimediali ed emergenti (quali Instant Messaging, Presence e diffusivi); • supportare una piattaforma flessibile per la fornitura di servizi.

7. Verso l’NGN (4/4) • L’attenzione verso l’obiettivo NGN, che è stato promossa dagli operatori di rete, dalle industrie manifatturiere, dai fornitori di servizio e dalle autorità di regolazione, ha dato luogo a un gruppo di studi in ambito ITU-T, indicato come FGNGN (Focus Group on NGN). • L’intento è stato definire • l’architettura funzionale delle NGN; • i requisiti di qualità del servizio; • il controllo e la segnalazione; • le caratteristiche di sicurezza e di autenticazione; • il processo di evoluzione delle reti esistenti verso la NGN.

8. Definizione di NGN • In accordo alla Racc. Y. 2001 dell’ITU-T, una NGN è un obiettivo di rete a larga banda di tipo integrato, che è in corso di standardizzazione presso l’ITU-T e che, a favore di clienti e fornitori di servizi, ha le seguenti finalità principali: • modalità di accesso ad elevate prestazioni (rispetto a quelle attualmente ottenibili), in modo wired e wireless e quindi da posizione ubiqua; • possibilità di fruire di svariati servizi mono e multi-mediali consolidati o emergenti; • conseguimento di livelli personalizzati di qualità di servizio e di sicurezza nel trasferimento/fruizione dell’in-formazione.

9. Caratteristiche di una NGN (1/4) Sono in definitiva le seguenti: • Trasferimento nel modo a pacchetto. • Separazione delle funzioni di controllo tra • le potenzialità di trasporto; • le chiamate/sessioni; • le applicazioni/servizi. • Disaccoppiamento della fornitura del servizio dalle funzioni di trasporto e disponibilità di interfacce aperte.

10. Caratteristiche di una NGN (2/4) • Varietà di schemi di identificazione. • Caratteristiche unificate per lo stesso servizio come percepito dall’utente. • Servizi convergenti tra fisso e mobile. • Supporto di tecnologie multiple per l’ultimo miglio.

11. Caratteristiche di una NGN (3/4) • Supporto per un largo insieme di servizi/applicazioni e meccanismi basati su “service building blocks”(inclusi i servizi in tempo reale, a getto continuo, non in tempo reale e multimediali). • Potenzialità a larga banda con QoS da estremo a estremo. • Interlavoro con reti tradizionali attraverso interfacce aperte. • Mobilità generalizzata.

12. Caratteristiche di una NGN (4/4) • Accesso senza limitazioni da parte degli utenti a fornitori di servizio. • Indipendenza delle funzioni legate al servizio dalle sottostanti tecnologie di trasporto. • Osservanza di tutti i requisiti regolatori, quali quelli riguardanti le comunicazioni di emergenza, la sicurezza, la confidenzialità, l’intercettazione legale.

13. La migrazione verso le NGN (1/3) • Alla luce di quanto sta accadendo nei Paesi in cui questo processo sta avendo luogo, la migrazione avviene in modo graduale passando dalla rete di trasporto a lunga distanza alla rete di accesso. • Gli investimenti necessari alla realizzazione di reti NGN nella sezione di trasporto, sono generalmente inferiori rispetto a quelli richiesti dalla sezione di accesso.

14. La migrazione verso le NGN (2/3) • La migrazione tende a trasferire il trasporto di tutti i servizi, oggi offerti su piattaforme distinte, su un’unica piattaforma basata sul protocollo IP. • Ciò semplifica da una parte la gestione della rete e consente dall’altro l’abbattimento dei costi oggi associati all’esercizio e alla manutenzione di reti distinte per ciascun servizio (fonia, dati, video-audio).

15. La migrazione verso le NGN (3/3) • Per quanto riguarda la rete di trasporto a lunga distanza (Core Network), la vecchia gerarchia della rete con trasferimento a circuito è sostituita da un insieme di nodi IP e Gateway, che instradano i pacchetti, relativi a voce, dati, TV, ecc. nell’obiettivo di convergenza dei servizi su una singola piattaforma. • La trasformazione della Core Network, come sopra specificato, riguarda la sostituzione dei nodi di rete e non implica il rinnovamento della rete fisica, che di norma è oggi realizzata in fibra ottica.

16. Lo sviluppo della NGAN • Nella migrazione verso le NGN particolare attenzione è focalizzata verso una rete di accesso (NGAN – Next Generation Access Network), che segua le linee giuda NGN e che, in particolare, garantisca • la fornitura di servizi a larga banda ovunque; • l’incremento di efficienza e i conseguenti risparmi che questa fornitura assicurerebbe attraverso l’ulteriore spinta verso le opportunità ICT

17. La situazione in Italia (1/4) • Secondo alcune valutazioni, la sviluppo della NGAN nel Paese da parte degli Operatori potenzialmente interessati è stato frenato da un ritorno degli investimenti ,che è stimato a troppo lungo termine. • Infatti nell’Europa Comunitaria sono difficilmente giustificabili aiuti di stato per evitare distorsioni delle condizioni di mercato; • non ci sono una condizione demografica favorevole (come in Svizzera e Paesi nordici) o un duo-polio di fatto (come in Nord-America), che diano prospettive favorevoli di un ritorno nel breve-medio termine.

18. La situazione in Italia (2/4) • Secondo una differente valutazione, lo sviluppo di una NGAN converrebbe, oltre che al sistema Paese, anche agli Operatori che, a compen-sazione di ritorni insufficienti, otterrebbero rispar-mi sensibili nelle attività gestionali grazie a infrastrutture più efficienti delle attuali.

19. La situazione in Italia (3/4) • Momento di discontinuità, dovuto a • rinnovamento delle tecnologie utilizzate; • evoluzione della clientela a tutti i livelli. • Mancata crescita del volume di affari complessivo, dovuto a • abbassamento dei prezzi legato alla concorrenza; • cannibalizzazione dei servizi tradizionali; • Rallentamento degli investimenti, dovuto ad es. alla pressione sulle tariffe legata all’ingresso sul mercato di Operatori virtuali.

20. La situazione in Italia (4/4) • I risultati delle azioni regolatorie sulla disciplina della rete di accesso hanno condotto a • un apprezzabile ampliamento dell’offerta di servizi su reti fisse e mobili; • un sensibile abbassamento dei prezzi. • Occorre però proseguire per adeguare gli strumenti regolatori al • rafforzamento del processo di liberalizzazione; • diffondersi di nuovi paradigmi di comunicazione basati su IP, evitando inasprimenti dell’attuale normativa.

21. Next Generation Network • V.2 Architettura dell’NGN

22. Modello funzionale generale (1/4) • Il modello funzionale generale per una NGN è descritto nalla Racc. Y 2011. • È stato definito con l’applicazione dei seguenti prin-cipi: • stabilire una relazione reciproca tra servizi e funzioni, dato che queste ultime sono utilizzate per realizzare i primi; • dividere le funzioni in due gruppi distinti, o piani, comprendenti • uno tutte le funzioni di controllo; • l’altro tutte le funzioni di gestione.

23. Modello funzionale generale (2/4) • Gli aspetti funzionali dell’implementazione di un sistema NGN sono illustrati, con un modello di alto livello, nella seguente Fig. V.1, che mostra come le funzioni possono essere raggruppate per scopi di sviluppo del sistema.

24. Modello funzionale generale (3/4) Figura tratta da “IEEE_Communications Magazine”, October 2005 Fig.V.1

25. Modello funzionale generale (4/4) • In tale modello, vengono messe in evidenza • la separazione fra le funzioni di trasporto e quelle di servizio; • la presenza dei piani per le funzioni di controllo e di gestione relative al trasporto e al servizio; • il supporto delle funzioni di servizio da un lato e quello delle funzioni di trasporto dall’altro sul piano delle risorse; • la relazione dei servizi con le relative funzioni di controllo e di gestione.

26. Architettura NGN (1/2) • Una sintesi dell’architettura NGN è mostrata nella seguente Fig. V.2. • Le funzioni di utente finale (End-User) sono connesse alla NGN tramite l’interfaccia UNI (User-to-Network). • Altre reti sono interconnesse alla NGN attraverso l’interfaccia NNI (Network-to-Network). • L’interfaccia ANI (Application-to-Network) stabilisce un limite nei confronti di fornitori di applicazioni agenti come terze parti. • Nella stessa Fig.V.2 sono mostrate le funzioni di strato di trasporto e quelle dello strato di servizio.

27. Architettura NGN (2/2) Figura tratta da “IEEE_Communications Magazine”, October 2005 Fig.V.2

28. Strato di trasporto (1/3) • Le funzioni dello strato di trasporto forniscono connettività per tutte le funzioni componenti e fisicamente separate entro la NGN. • Dato l’attuale orientamento verso l’impiego della tecnologia di trasporto IP, lo strato di trasporto fornisce connettività IP per • terminali di utente-finale fuori dell’NGN, • controllori che usualmente risiedono in server entro la NGN.

29. Strato di trasporto (2/3) • Nello strato di trasporto si distinguono • le funzioni di trasporto; • le funzioni di controllo del trasporto. • Alle funzioni di trasporto appartengono • le funzioni di accesso, • le funzioni di trasporto nella rete di accesso; • le funzioni di margine (edge) tra accesso e dor-sale; • le funzioni di trasporto nella rete dorsale.

30. Strato di trasporto (3/3) • Le funzioni di controllo del trasporto sono invece: • le NACF (Network Attachment Control Function); • le RACF (Resource and Admission Control Fun-ction).

31. Le funzioni di trasporto (1/2) • Le funzioni di accesso gestiscono l’accesso dell’ utente-finale alla rete: dipendono dalla tecnologia impiegata nell’accesso (ad es. W-CDMA, xDSL, wire-less, Ethernet, ottica). • Le funzioni di trasporto nella rete di accesso sono responsabili del trasporto dell’informazione attraverso la rete di accesso: includono i meccanismi di controllo della QoS in corrispondenza con il traffico di utente e comprendono la gestione dei buffer, l’accodamento, lo scadenzamento, il filtraggio dei pacchetti, la classifi-cazione del traffico, la policing, il shaping, ecc.

32. Le funzioni di trasporto (2/2) • Le funzioni di marginetra accesso e dorsale sono usate per trattare il traffico quando il traffico di accesso è immerso nella rete dorsale. • Le funzioni di trasporto nella rete dorsale sono responsabili per assicurare il trasporto dell’infor-mazione attraverso la rete dorsale: forniscono i mezzi per differenziare la qualità di trasporto nella rete, in accordo alle interazioni con le funzioni di controllo del trasporto; includono funzioni analo-ghe a quelle già viste per il trasporto nella rete di accesso con l’aggiunta possibili firewall.

33. Le funzioni di controllo del trasporto (1/2) • Le NACF forniscono registrazione a livello di acces-so e inizializzazione delle funzioni dell’utente finale per accedere ai servizi NGN; • forniscono identificazione/autenticazione a livel-lo di rete; • gestiscono lo spazio di indirizzo IP della rete di accesso; • autenticano le sessioni di accesso; • annunciano all’utente finale il punto di contatto delle funzioni di servizio e applicazione NGN.

34. Le funzioni di controllo del trasporto (2/2) • Le RACF forniscono funzionalità di controllo di am-missione e di controllo di porta, includendo il NAPT (Control of Network Address and Port Translation) e DSCP (Differentiated Services Field Code Points): • il controllo di ammissione comporta • la verifica della autenticazione basata sul profilo d’utente attraverso l’NACF; • l’autorizzazione basata sui profili di utente portan-do in conto le regole di policing dell’operatore e la disponibilità delle risorse.

35. Lo strato di servizio • Le funzioni in questo strato forniscono servizi del tipo session-based e non session-based, compren-dendo servizi di “presence” e di “instant message”. • Includono anche servizi PES (PSTN/ISDN Emulation Subsystem).

36. Le funzioni delle strato di servizio • Includono: • le funzioni di controllo del servizio; • le funzioni del profilo dell’utente del servizio; • le funzioni delle applicazioni. • Le funzioni del controllo del servizio comprendono: • le funzioni di controllo della sessione; • la funzione di registrazione; • le funzioni di autenticazioni e autorizzazione a livello di servizio.

37. Emulazione PSTN/ISDN (1/2) • Una rappresentazione semplificata dell’architettura di una NGN è mostrata nella seguente Fig. V.3, ove, oltre a funzioni già descritte in precedenza, viene mostrato come una NGN consente di fornire, tra l’altro, un servizio PES. • Il termine “emulazione PSTN/ISDN” è usato per riferirsi a una NGN che realizza gli stessi servizi che sono oggi forniti in una PSTN/ISDN; perciò le realizzazioni di questo servizio hanno lo scopo di rimpiazzare la rete dorsale PSTN/ISDN senza rim-piazzare i terminali.

38. Applicazioni Altri Sottosistemi IMS Terminali Altre reti Profilo di utente Funzioni Comuni PES Strato di servizio Strato di trasporto NACF RACF Funzioni di trasporto Emulazione PSTN/ISDN (2/2) Fig.V.3

39. Next Generation Network • V.3 Fornitura di servizi multimediali

40. IP Multimedia Subsystem • Una modalità per realizzare servizi multimediali in ambiente NGN con utenti fissi o mobili è l’impiego del IP Multimedia Subsystem (IMS). • Un IMS è un insieme di entità funzionali e di inter-facce della rete dorsale utilizzate da un fornitore di servizio di rete per offrire agli utenti servizi basati su SIP, indicando con questo acronimo il Session Initiation Portocol.

41. Impiego di SIP (1/2) • Tra i vari protocolli che esistono per il trasporto multimediale è stato scelto, per la sua semplicità, estendibilità e disponibilità, il Session Initiation Protocol (SIP), unitamente agli ulteriori protocolli a questo correlati. • Lo scopo è quello di disporre di regole di dialogo (segnalazione) per l’instaurazione e la gestione della sessione.

42. Impiego di SIP (2/2) • Data questa scelta sono necessarie per la sua operatività le seguenti entità funzionali: • Componenti SIP; • Database di Utente; • Piattaforma di Servizio • Entità di Interlavoro

43. Componenti SIP • Le funzionalità chiave per questi componenti sono: • gli User Agents (UA); • i Proxy; • i Registrar. • Le funzionalità UA sono fornite dagli apparati fissi o mobili (IMS Terminals) che agiscono come punti-terminali; • le funzionalità Proxy/Registrar sono fornite dal Call Session Control Function (CSCF).

44. Database di Utente • È una funzionalità fornita in primo luogo dal Home Sub-scriber Server (HSS) che costituisce evoluzione dell’HLR e che contiene informazioni varie sull’utente abilitato al servizio. • L’HSS memorizza varie informazioni tra le quali • dati identificativi di utente; • profilo di servizio sottoscritto dall’utente; • informazioni per la gestione della sicurezza nell’accesso; • dati di localizzazione dell’utente. • L’SLF (Subscription Locator Function) fornisce al nodo richiedente (AS o CSCF) l’HSS di pertinenza di un deter-minato utente. • È necessario quando l’architettura prevede diversi HSS.

45. Piattaforma di Servizio • È una funzionalità chiamata anche Application Server (AS) e contiene la logica di esecuzione dei servizi. • In IMS vi sono più AS che offrono servizi a valore aggiunto; se ne distinguono tre tipi: • SIP Application Server (SIP AS): ospitano ed eseguono servizi IMS; • Open Service Architecture Service Capability Server (OSA-SCS): interfaccia verso l’OSA Framework Application Server per eseguire la logica del servizio; • IP Multimedia Service Switching Function (IM-SSF): è un’Application Server basato sul protocollo CAMEL.

46. Entità di Interlavoro (1/2) • Sono funzionalità necessarie per interoperare con altre reti quali, ad esempio, la rete telefonica. • Queste Entità sono: • Breakout Gateway Control Function (BGCF): sceglie la rete nella quale avviene il Breakout PSTN; • Media Gateway Control Function (MGCF): comunica con S-CSCF e con MGW; questo se-condo colloquio è utilizzato per instaurare una connessione bearer attraverso MGW;

47. Entità di Interlavoro (2/2) • Media Gateway Function (MGW): deve innanzitutto convertire i media da un formato a un altro; inoltre deve terminare i canali bearer dalla rete CS e gli stream mediali dalla rete a pacchetto; • Signalling Gateway Function (SGW): provvede a convertire la segnalazione a livello di trasporto tra il trasferimento basato sull’SS7 e quello basato su IP

48. CSCF • È una funzionalità che assume tre differenti tipi: • il Proxy-CSCF; • il Interrogating-CSCF; • il Serving-CSCF. • Le prime due funzionalità possono essere viste come SIP-Proxy, mentre la terza agisce come SIP-Registrar.

49. P-CSCF • È il primo punto di contatto per un UE all’interno di IMS; appartiene alla rete visitata o a quella casalinga; il primo caso riguarda l’UE in roaming. • È essenzialmente un server SIP-Proxy. • Ha i seguenti compiti principali: • inoltra la richiesta “SIP Register” ricevuta da un utente a un I-CSCF, individuato attraverso il nome del dominio di casa fornito dall’UE; • inoltra i messaggi SIP ricevuti dall’UE al S-CSCF; • inoltra all’UE i messaggi ricevuti dall’I-CSCF/S-CSCF; • mantiene una associazione di sicurezza con l’UE, come è necessario per una comunicazione sicura nella rete di accesso.

50. I-CSCF • È il primo e singolo punto di contatto con altre reti per tutte le sessioni destinate a un utente in casa o in roaming. • È essenzialmente un server SIP-Proxy. • Ha i seguenti compiti principali: • sceglie l’S-CSCF durante la procedura di registrazione; la scelta è effettuata tenendo conto delle potenzialità di servizio richieste per l’utente e le potenzialità offerte dai vari S-CSCF nella rete; • ottiene dall’HSS l’indirizzo dell’S-CSCF con il quale l’UE è registrato e inoltra la richiesta/risposta SIP all’appropriato S-CSCF.