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La svolta si ebbe con
l'introduzione dei sistemi cellulari. L'idea base fu
concepita negli anni '40, sperimentata negli anni '60,
introdotta in sistemi commerciali negli anni '80.
I sistemi non cellulari, effettuano
trasmissioni di tipo broadcast (come radio e TV):
utilizzando trasmettitori di potenza elevata per
coprire una vasta area. Se il numero di utenti non è
ridottissimo si ha così un enorme fabbisogno di
frequenze radio, tale da impedirne l'effettiva
realizzazione.
I sistemi cellulari che realizzano
le reti radiomobili, applicano la tecnica del
riutilizzo delle frequenze: una frequenza, canale,
viene utilizzata più volte in, luoghi diversi
sufficientemente lontani tra loro.
Si suddivide il territorio, l'area
di servizio, in sottoaree, di dimensioni limitate,
denominate celle . Ogni cella è servita da una
stazione radio base che trasmette su un certo set di
canali radio, diversi da quelli utilizzati nelle celle
adiacenti, per evitare interferenze.
Ciascuna cella opera però con
potenza ridotta e ciò consente di riutilizzare le
frequenze in celle non adiacenti. Generalmente vengono
utilizzate forme regolari di celle per coprire un'area
di servizio. Teoricamente si possono immaginare di
forma esagonale, anche se in realtà la loro forma
risulta poi irregolare a causa della non omogenea
propagazione del segnale radio, dovuta principalmente
alla presenza di ostacoli.
Se durante gli spostamenti l'utente
passa da una cella ad un'altra, è necessario che il
terminale mobile si sintonizzi su una nuova frequenza
, tipicamente quella ricevuta meglio tra le frequenze
della nuova cella. Ciò è indispensabile durante una
conversazione per evitare la caduta della
comunicazione; la procedura con la quale si effettua
il cambio di frequenza nel passare da una cella
all'altra viene detta handover.
Nei sistemi cellulari, aumentando
il numero delle celle che coprono una certa area e
perciò riducendo la loro dimensione, aumenta la
capacità del sistema cioè il numero di utenti
gestiti ma, diminuisce la distanza di riuso delle
frequenze (cioè la distanza tra due celle che usano
lo stesso canale) ed aumenta perciò l'interferenza
tra canali che utilizzano la stessa frequenza (interferenza
cocanale) ed aumenta il numero di handover
che il sistema deve effettuare durante una
conversazione. Perciò la dimensione delle celle non
può scendere al di sotto di certi valori e si
ripresenta il problema del limitato numero di
frequenze disponibili.
Il sistema GSM
Nei primi anni '80 vi fu una rapida
crescita dei sistemi cellulari analogici in Europa.
Ogni paese sviluppò però il proprio sistema,
incompatibile con ogni altro sia in termini di
software che di hardware. Il terminale mobile era
limitato ad operare entro i confini nazionali.
La definizione di uno standard
paneuropeo avrebbe consentito di operare in regime di
concorrenza, per effetto della standardizzazione delle
interfacce e delle funzioni che consente ai gestori di
utilizzare impianti forniti da diversi costruttori. Si
sarebbe potuto: aprire un vasto mercato in grado di
permettere significative economie di scala nella
produzione di terminali e apparati con conseguente
diminuzione dei loro costi, e creare un servizio
internazionale privo di confini.
Nel 1982 la Conférence Européenne
des Postes et des Télélecommunications CEPT creò,
su proposta, un gruppo di studio Groupe Speciál
Mobile (GSM) con lo scopo di studiare e sviluppare
un sistema radiomobile cellulare paneuropeo comune a
tutti i paesi dell'Europa occidentale.
Il sistema proposto doveva rispettare dei precisi
criteri:
- assicurare una buona qualità audio della
conversazione
- bassi costi per i terminali e per la gestione
del servizio
- supporto per il Roaming internazionale
- supporto per terminali palmari
- supporto per un ampio ventaglio di nuovi servizi
- compatibilità con il sistema digitale ISDN
- garantire un eccellente grado di sicurezza e
riservatezza nelle comunicazioni.
Tre anni, dal 1982 al 1985 furono
dedicati alla scelta tra la tecnica analogica e quella
numerica. La decisione finale fu quella di adottare la
seconda. Si scelse perciò una tecnologia digitale non
ancora testata, in netta antitesi con la tecnologia
dei già sperimentati sistemi cellulari analogici come
AMPS e TACS.
A favore della tecnologia digitale,
la rapida evoluzione tecnologica dei settori
dell'elaborazione numerica dei segnali e
l'integrazione dei componenti elettronici per effetto
della disponibilità dei circuiti integrati VLSI. Un
sistema cellulare basato su sistema numerico offre
numerosi vantaggi:
-
consente di utilizzare una
frequenza per servire più utenti, tramite
l'utilizzo di tecniche TDM (Time Division
Multiplexing),
-
ha una capacità maggiore sia
per quanto sopra detto, sia perchè i sistemi
digitali sono meno sensibili a rumore ed
interferenze e quindi consentono di ridurre le
dimensioni delle celle, aumentando il numero di
utenti che possono essere serviti
contemporaneamente,
-
consente alto grado di
riservatezza, in quanto le informazioni trasmesse
sulla tratta radio possono essere cifrate
direttamente dall'apparato utente,
-
consente elevato grado di
sicurezza: l'identità dell'apparato che chiede
l'accesso alla rete può essere controllata
tramite l'applicazione di un opportuno algoritmo e
di una chiave di autenticazione segreta,
-
consente di effettuare
trasmissioni dati (il segnale vocale stesso viene
digitalizzato e poi trasmesso).
Vi era inoltre la prospettiva di
garantire la compatibilità fra la rete ISDN e la rete
di supporto al sistema radiomobile. Un accordo tra i
paesi aderenti portò alla decisione di riservare per
questo sistema due bande di frequenza: 890-915 e 935-960 MHz.
Nel 1987 superati i problemi
tecnici e politici affrontati per uniformare i diversi
punti di vista dei paesi coinvolti e dei numerosi
studiosi che portavano avanti progetti e
sperimentazioni, si arrivò alla stesura di un accordo
Memorandum of Understanding MoU per
l'introduzione coordinata del sistema GSM. Fu indicata
come apertura del servizio il primo luglio 1991.
Nel 1989, la responsabilità del
progetto GSM venne trasferita alla European
Telecommunication Standards Institute,
specificatamente a un Comitato Tecnico di ETSI. In
quella sede venne ridefinito l'acronimo GSM come Global
System for Mobile Communications. Il Comitato
Tecnico ha elaborato normative, standard e specifiche
tecniche descritte in dodici serie di raccomandazioni.
La prima parte delle specifiche venne pubblicata nel
1990 (PHASE 1).
Dopo la fase iniziale terminata nel
1991, in cui si è provveduto alla definizione delle
specifiche relative ai servizi base essenziali e ad
alcuni servizi supplementari, si è passati ad una
seconda fase conclusasi nel 1993 (PHASE 2) durante la
quale si sono integrati servizi base e supplementari.
Le quasi 6000 pagine delle
raccomandazioni ETSI lasciano spazio a flessibilità e
innovazioni competitive da parte dei produttori, ma
forniscono una sufficiente standardizzazione per
garantire l'effettivo internetworking tra le
componenti del sistema.
Il servizio venne commercializzato
per la prima volta verso la metà del 1991, e nel 1993
esistevano già 36 reti GSM in 22 paesi. Sebbene GSM
sia stato standardizzato in Europa, non è uno
standard europeo: il sistema GSM (incluso DCS 1800 e
PCS1900) è stato progressivamente adottato in oltre
160 paesi sparsi in tutto il mondo.
GSM a pacchetto: il GPRS
I servizi di trasmissione dati attualmente offerti
dal sistema GSM sono a commutazione di circuito e
consentono data rate fino a 9600 bit/s. Nell'immediato
futuro verrà introdotto il nuovo servizio di fase 2+ High
Speed Circuit-Switched Data (HSCSD) che
permetterà di incrementare questo valore fino a circa
56 kbps. HSCSD, differentemente dal GSM normale che
assegna un solo timeslot per connessione, riserva più
timeslot (fino ad un massimo di 4) ad una singola
connessione. Introduce inoltre i concetti di bandwidth
on demand e configurazione uplink-downlink
asimmetrica.
Nel GPRS si adotta la tecnica del context
reservation, le risorse radio sono effettivamente
impegnate solo quando c'è la necessità di inviare o
ricevere dati. Le stesse risorse radio di una cella
sono così condivise da tutte le stazioni mobili (MS)
presenti in quella cella, aumentando notevolmente
l'efficienza del sistema.
Il servizio GPRS, pertanto, è
rivolto ad applicazioni con le seguenti
caratteristiche:
-
Trasmissione poco frequente di
piccoli o grossi volumi di dati (ad esempio
applicazioni interattive).
-
Trasmissione intermittente di
traffico dati bursty (ad esempio
applicazioni in cui il tempo medio tra due
transazioni consecutive è di gran lunga superiore
alla durata media di una singola transazione).
La commutazione di pacchetto offre
diversi vantaggi:
-
Permette di multiplexare più
connessioni su un unico canale trasmissivo, ciò
significa che il canale diventa un mezzo condiviso
da più connessioni. Non viene quindi assegnata
nessuna risorsa di rete in modo esclusivo.
-
Non si richiede l'instaurazione
di un circuito dedicato tra sorgente e
destinatario, quindi la fase di set-up della
connessione risulta notevolmente velocizzata.
-
È possibile eliminare le
costose apparecchiature che, nel GSM base,
fungevano da gateway per consentire
l'interconnessione tra la rete GSM e le reti a
commutazione di pacchetto. Queste ultime oramai
costituiscono la maggior parte delle reti dati
commerciali esistenti (si veda ad esempio
Internet).
Il GPRS quando opera sotto la
copertura radio, facilita le connessioni istantanee
poiché l'informazione può essere mandata o ricevuta
immediatamente appena se ne avesse bisogno, senza la
necessità di modem come nel caso del PSTN (Public
Switched Telephone Network, telefonia fissa).Il
traffico dati risulterà inoltre interattivo.Un'altro
aspetto che caratterizza il Gprs è l'immediatezza ,
diversamente dai terminali che si basano sulla
tecnologia commutazione a circuito , ciò consentirà
ad esempio pagamenti tramite carte di credito, la
navigazione in internet su siti wap o www, invio
ricezione di e-mail, instant messaging ( evoluzione
del SMS superando la limitazione dei 160 caratteri),MsM
(Multimedia message Service) come l'invio e ricezione
di immagini,clip audio o video, il download di files.Il
GPRS faciliterà e permetterà una serie di
nuove applicazioni che prima non era possibile
implementate nel sistema GSM.
Assieme con tutti gli aspetti
positivi appena enunciati esistono anche alcuni
aspetti negativi. I pacchetti, viaggiando
indipendentemente gli uni dagli altri, possono seguire
percorsi diversi ed arrivare al ricevente non nello
stesso ordine in cui sono stati spediti. Ogni singolo
pacchetto deve quindi contenere tutte le informazioni
per poter arrivare a destinazione e fornire al
ricevente la possibilità di ricostruire l'esatta
sequenza di trasmissione.
Il tempo di viaggio dei pacchetti
ed il conseguente ritardo con cui arrivano a
destinazione è però aleatorio, costituendo quindi un
problema per tutte quelle applicazioni che necessitano
invece di un data rate costante. Un altro problema si
verifica quando tutti gli utenti che utilizzano il
medesimo canale GPRS vogliono comunicare nello stesso
momento, si crea così una congestione con conseguente
ritardo dovuto alle code di trasmissione. Quest'ultimo
si somma a quello prima descritto.
Il GPRS prevede diverse soluzioni
per minimizzare i problemi dovuti all'aleatorietà del
tempo di trasmissione. Tra questi l'allocazione
flessibile della risorsa radio che permette al GPRS di
assegnare in modo esclusivo un canale ad una
connessione che richieda una determinata Quality of
Service (QOS), creando un circuito virtuale.
Ad esempio per permettere una comunicazione vocale via
GPRS, la rete può riservare un canale ad un solo
utente, canale che quindi non è più una risorsa
condivisa. Se è necessario un data rate maggiore (ad
esempio per trasmissioni video), si può arrivare ad
assegnare più canali (quindi più timeslot) in modo
esclusivo ad uno stesso utente.
Per garantire una certa qualità
del servizio (QOS) non solo nella tratta radio, ma
anche durante la trasmissione attraverso il backbone
GPRS di terra, sono stati previsti alcuni meccanismi
di gestione intelligente delle code e di prenotazione
delle risorse. Il GPRS prevede quattro tipi differenti
di QOS predefiniti, ognuno con una differente priorità
di trasmissione.
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