RETI MOBILI E MULTIMEDIALI

1. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” Dipartimento INFOCOM RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Aldo Roveri Lezioni dell’ a.a. 2009-2010 1

2. II. La Rete di Nuova Generazione Aldo Roveri, “RETI MOBILI E MULTIMEDIALI” Univ. di Roma “La Sapienza” - a.a. 2009-2010

3. CONTENUTI • II.1 Definizione di una NGN • II.2 Architettura di una NGN • II.3 Fattori abilitanti di una NGAN

4. La Rete di Nuova Generazione • II.1 Definizione di una NGN

5. 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.

6. 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);

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

8. 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.

9. Definizione di NGN (1/2) • In accordo alla Racc. Y. 2001 dell’ITU-T, una NGN è una rete operante a pacchetto, in grado di • fornire servizi di telecomunicazione; • fare uso di un insieme di tecnologie di trasporto a larga banda capaci di assicurare QoS; nella quale le funzioni legate al servizio sono indipendenti dalle sottostanti tecnologie legate al trasporto.

10. Definizione di NGN (2/2) • Essa consente un accesso senza impedimenti da parte degli utenti alle reti e ai fornitori di servizio e/o ai servizi in competizione che sono di loro scelta. • Essa supporta una mobilità generalizzata che con-sente la fornitura conforme e ubiqua agli utenti.

11. 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. • La sezione di accesso di una NGN è usualmente indicata con l’acronimo NGAN (Next Generation Access Network).

12. 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’altra l’abbattimento dei costi oggi associati alla gestione e al mantenimento di reti distinte per ciascun servizio (fonia, dati, video-audio).

13. 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.

14. La migrazione in Italia (1/2) • Nel nostro Paese, a partire dalla rete di trasporto a lunga distanza la migrazione verso reti NGN con l’impiego di tecnologia IP/GigaBit-Ethernet (IP/GBE) avanza gradualmente verso la rete di trasporto metropolitano e di accesso sebbene, nella maggior parte dei casi, la PSDN con tecnica a circuito e la rete ATM per dati continuino ad essere utilizzate in ambito distrettuale, in parallelo alla nuova rete a pacchetto IP/GBE.

15. La migrazione in Italia (2/2) • In questa situazione • il traffico telefonico tradizionale continua ad essere istradato, in ambito locale, mediante la PSTN ed è invece trasportato mediante la IPNGN nella tratta interurbana; • il traffico dati per l’accesso ad Internet continua ad essere instradato mediante la rete ATM in parte del territorio. • A queste due reti si affianca la NGN basata su accessi xDSL, DSLAM IP e Backhauling Ethernet/IP, che trasporta servizi VoIP (con numerazioni aggiuntive a quelle tradizionali), dati, IPTV. • Tutto il traffico comunque converge sulla rete di trasporto IP a lunga distanza.

16. La Rete di Nuova Generazione • II.2 Architettura di una NGN

17. 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.

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

19. Modello funzionale generale (3/4) Figura tratta da “IEEE_Communications Magazine”, October 2005

20. 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.

21. Architettura NGN (1/2) • Una sintesi dell’architettura NGN è mostrata nella figura seguente. • 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 figura sono mostrate le funzioni di strato di trasporto (TransportStratum)e quelle dello strato di servizio (Service Stratum).

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

23. 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.

24. 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 frontiera (edge) tra accesso e dor-sale; • le funzioni di trasporto nella rete dorsale.

25. 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); • Infine lo strato di trasporto comprende anche: • le funzioni del profilo dell’utente del trasporto; • le funzioni gateway; • le funzioni di trattamento dei media.

26. 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.

27. Le funzioni di trasporto (2/2) • Le funzioni di frontieratra 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 di possibili firewall.

28. 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.

29. 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 (Controlof Network Address and PortTranslation) e DSCP (DifferentiatedServicesField 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.

30. Altre funzioni dello strato di trasporto • Le funzioni del profilo dell’utente del trasporto rap-presentano la compilazione dell’utente e di altri dati di controllo su un singolo profilo di utente nello strato di trasporto. • Le funzioni gateway forniscono le potenzialità a interlavorare con le altre reti come ad esempio con PSTN/ISDN e Internet e anche con altre NGN. • Le funzioni di trattamento dei media sono processi di risorse mediali per fornire servizi come ad esempio la generazione di toni, le transcodifiche e il bridging conferenziale.

31. 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).

32. Le funzioni delle strato di servizio (1/2) • 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 autenticazione e autorizzazione a livello di servizio.

33. Le funzioni delle strato di servizio (2/2) • Le funzioni del profilo dell’utente del servizio rappresentano la compilazione dell’utente e di altri dati di controllo su un singolo profilo di utente nello strato di servizio. • Le funzioni delle applicazioni consentono l’accesso a terze parti attraverso l’API in modo da creare servizi migliorati per gli utenti della NGN.

34. Emulazione PSTN/ISDN (1/2) • Una rappresentazione semplificata dell’architettura di una NGN è mostrata nella figura seguente, ove, oltre a funzioni già descritte in precedenza, viene mostrato come una NGN consente di fornire, tra l’altro, un PES (PSTN/ISDN Emulation Service). • 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.

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

36. La Rete di Nuova Generazione • II.3 Fattori abilitanti di una NGAN

37. Le opportunità di mercato delle NGAN • Con la disponibilità di una infrastruttura di accesso a larghissima banda (in prospettiva fino a 100 Mbit/s in downlink e a 50 Mbit/s in uplink), secondo le linee guida NGN, si prospetta una profonda trasformazione delle modalità di accesso e delle conseguenti offerte di mercato, quale si esemplifica con • la multicanalità di accesso; • la gestione “all IP” di ogni flusso informativo; • la modifica delle piattaforme di erogazione dei contenuti e delle applicazioni IT.

38. Le opportunità tecnologiche per le NGAN • Sono di varia natura, ma limitando l’attenzione a quelle più significative, si riassumono sintetica-mente in • la graduale transizione dai mezzi in rame a quelli in fibra; • l’adozione della tecnologia Ethernet come struttura di rete “carier-grade”; • l’impiego di ogni mezzo per assicurare flessibilità gestionale; • la riproposizione del bit-streaming; • la convergenza nell’accesso radio 4G; • l’estensione dei terminali ai sensori.

39. Ruolo di Ethernet (1/2) • La tecnologia Ethernet si prospetta come architettura di impiego generalizzato anche se presenta allo stato attuale alcuni limiti in termini di scalabilità, di disponibilità di funzionalità OAM e di meccanismi automatici di ripristino dei guasti.

40. Ruolo di Ethernet (2/2) • Offre costi più convenienti rispetto ad altre soluzioni in quanto è in grado di supportare • servizi di connettività “full-IP” di nuova e futura generazione per clienti residenziali e business; • servizi infrastrutturali per Service e Content Provider. • La convenienza si riscontra • sull’interfaccia lato utente, in quanto il relativo traffico è nativo Ethernet; • sull’interfaccia lato rete, a causa della disponibilità di apparati quali i DSLAM IP, GPON OLT-ONU, Switch di aggregazione ecc e di unità di trasporto ottico CWDM, tutti con interfaccia Ethernet.

41. Flessibilità gestionale • Nel processo di migrazione fra la rete attuale e quella NGAN futura, ove è di importanza particolare il conseguimento di una elevata flessibilità gestionale, una soluzione tecnologicamente attraente è costituita dall’ADF (Automatic Distribution Frame), come strumento di tele-gestione della permutazione delle attestazioni dei clienti ai vari elementi di rete.

42. Riproposizione del bit-streaming (1/2) • Come superamento del unbundling della fibra ottica e del backhauling a livello di armadi di strada (in quanto soluzione non adeguata per il raggiungimento di un adeguato livello competiti-vo), anche nelle aree FTTcab e FTTB si prospetta come soluzione alternativa il bit-streaming dei flussi informativi, in luogo della separazione spaziale conseguibile con l’unbundling.

43. Riproposizione del bit-streaming (2/2) • Il servizio si prospetta più flessibile per gli SP che lo utilizzino. • Poiché però il bit-streaming deve poter veicolare tutti i servizi, inclusi quelli che necessitano di vincoli stringenti di QoS, occorre la definizione di classi di servizio per certi aspetti analoghe a quelle definite a suo tempo per i trasferimenti ATM.

44. Convergenza nell’accesso radio 4G (1/2) • Si sta operando per la convergenza della filiera 3GPP (UMTS) e di quella IEEE (WiMAX) puntando a ottenere, tra l’altro, un’efficienza spettrale pros-sima al limite di Shannon. • Obiettivo finale è verso la convergenza della rete mobile con quella fissa NGN; l’ipotesi attuale è l’utilizzazione comune della piattaforma IMS.

45. Convergenza nell’accesso radio 4G (2/2) • Si punta a fornire (in modo condiviso) un ritmo di picco di 100 Mbit/s in downlink e 50 Mbit/s in uplink per cella su una banda di 20 MHz. • Ciò modificando la tecnica di accesso dal W-CDMA a O-FDMAin downlink e a SC-FDMA in uplink, almeno in termini orientativi.

46. Estensione dei terminali ai sensori (1/2) • Questa estensione ha molteplici applicazioni quali: • RFID (Radio Frequency Identifiers); • Sensori-Traffico; • Sensori per la tutela della salute; • contatori elettronici; • automobili intelligenti; • rilevatori di inquinamento.

47. Estensione dei terminali ai sensori (2/2) • In ognuna di queste i sensori, inseriti in una WSN, diventano le appendici di una NGN per automatiz-zare/ottimizzare i processi relativi a trasporti, sanità, logistica, ambiente, ecc.

48. Opportunità di Regolamentazione (1/2) • Il passaggio a NGAN, con il superamento della situazione del Paese in termini di “digital divide” e di differenziale negativo nella diffusione della larga banda, impone una riflessione nelle sfide regolamentarida affrontare nei prossimi anni.

49. Opportunità di Regolamentazione (2/2) • Una soluzione che è oggetto di attente valutazioni a livello internazionale è la separazione funzionale, per la quale l’unico benchmark disponibile è quello Openreach in UK. • Un primo tema è quello della perimetrazione della NGAN e da solo mostra quanto sia ardua la definizione di una qualunque ipotesi in questo senso.