Reti Metropolitane, da Reti di connessione a Reti di servizi
Premessa
Nel 2011 è partita nel mondo la diffusione del sistema wireless a larga banda detto Lte (Long Term Evolution).
È un sistema di quarta generazione della famiglia 3gpp (Gsm-Umts-Hspa-Lte) che fornisce capacità complessive di download dell'ordine dei 100 Mbit/s quando impiega una banda di 20 Mhz, così come previsto per le frequenze a 800 Mhz del dividendo digitale esterno.
Il sistema è basato sull'impiego del protocollo Internet e offre prestazioni di bassa latenza e di differenziazione della qualità di servizio.
Il 3GPP lavora sull'evoluzione del sistema mobile 3G iniziato con il RAN Evolution Work Shop in Canada nel Novembre del 2004. Il Work Shop era aperto a tutte le organizzazioni interessate, membri e non membri del 3GPP. Operatori, industrie e istituti di ricerca hanno presentato dei contributi con proposte sull'evoluzione del Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN).
Un set di requisiti ad alto livello sono stati identificati nel Work Shop e come risultato è stato steso il Technical Report (TR) 25.913 contenente requisiti dettagliati per i seguenti criteri:
- Significativo aumento della velocità di trasferimento dati in downlink fino a 100Mbit/s con larghezza di banda del canale di 20 MHz;
- Significativo aumento della velocità di trasferimento dati in uplink fino a 50 Mbit/s con larghezza di banda del canale di 20 MHz;
- Larghezze di banda del canale di 1,25 MHz, 2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz e 20 MHz;
- Protocollo di accesso al canale OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access);
- Tempo di ritardo (latenza) inferiore a 5 ms lungo il percorso tra cellulare e rete fissa tramite l'interfaccia aerea;
- Supporto delle modalità duplex FDD (Frequency Division Duplex) e TDD (Time Division Duplex);
- Velocità di trasferimento dati superiori al bordo della cella;
- Mobilità fino a 500 km/h (ottimizzata per 0 - 15 km/h);
- Integrazione di antenne intelligenti (MIMO - Multiple Input Multiple Output);
- Ulteriore sviluppo del Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS)
- Bassi costi per ogni bit trasmesso via interfaccia aerea;
- Architettura semplice, meno elementi di rete, interfacce aperte;
- Coesistenza e interazione con le diverse tecnologie 3GPP Radio Access Technology (RAT) preesistemti ( UTRAN e GERAN )
- Consumo di energia possibilmente basso degli apparecchi terminali (grande autonomia).
Quindi, come tutti i sistemi 3gpp, la topologia della rete di accesso radio (Ran, Radio Access Network) è esclusivamente basata sull'uso di celle radio di tipo "macro".
Le stazioni radio base (Bts, Base Transceiver Station) sono sistemi equipaggiati di antenna, feeder, unità radio, sistema di trattamento dei segnali in banda base, backhauling e alimentazione.
Nel caso dell'Lte le Bts realizzano un sistema di rete dinamico detto Son (Self Organizing Network) che permette l'ottimizza-zione del backhauling.
Per coprire il territorio nazionale con un sistema 3g sono necessarie 15-20.000 unità Bts.
Per l'Lte, vista la ridotta dimensione delle sue macro-celle, si prevede che le Bts siano fino a tre volte più numerose e che il backhauling fornisca a ciascuna capacità di centinaia di Mbit/s.
Il vincolo della topologia Ran a macrocelle è un impegno pesante per la copertura flessibile di ambienti dedicati (stadi, centri commerciali, piazze) e soprattutto per la copertura degli ambienti in-door, case e uffici, ove si realizza più del 60% delle comunicazioni in mobilità.
L'impiego delle pico-celle e delle femto-celle è appunto orientato alla copertura in-door e incomincia ad essere perseguito anche dai grandi operatori radiomobili. La topologia delle Ran del futuro è basata sull'impiego di un mix di macro, micro, pico/ femto celle e dai cosiddetti nodi "relay" (sistemi di inoltro).
Questi ultimi effettuano il rilancio dei segnali radio ricevuti su celle di piccola dimensione, tipicamente pico/femto celle. Le micro-celle (dette anche "celle metro") sono invece basate sulla disponibilità di collegamenti in fibra ottica per il backhauling. La figura illustra questo scenario, detto Claud Ran, ovvero Converged Ran (C-Ran), che si colloca in una fase matura dell'Lte nella transizione verso il sistema Lte-a (advanced) per il download a 1 Gbit/s.
Rispetto alla topologia a macro-celle 3g, il numero di "celle" può arrivare a due ordini di grandezza in più. L'innovazione tecnologica è quella che anni fa si chiamava "radio over fiber" e che oggi prende il nome dello standard: Cpri (Common Public Radio Interface). Secondo questo principio nelle Bts si mettono le antenne e la parte radio di ricezione dei segnali, Rru (Radio Remote Unit). Lo spettro radio è quindi trasmesso lungo le fibre ottiche verso le unità centralizzate, dette Bbu (Base Band Unit), che servono molte Rru e processano i segnali radio ricevuti in modo dinamico e adattativo (Software Defined Radio).
In questo scenario le Bbu possono servire reti radio di accesso del tutto eterogenee (Gsm, Lte, Wifi) e consentire che il costo delle Rru che realizzano le micro-celle sia molto contenuto. C-Ran promette costi minori per gli operatori e migliore copertura/throughput per i clienti. Le tecniche Dwdm (Dense Wavelength Division Multiplexing) consentono la trasmissione su una singola fibra con banda dell'ordine del Terabit/s: ad esempio, con 25 colori bidirezionali, ciascuno a 40 Gbit/s, si hanno mille Gbit/s.
Questa enorme capacità di accesso si deve necessariamente dividere, tramite splitter ottici e dispositivi Dwdm, su centinaia di rami ottici di accesso che alimentano le Rru di tecnologia radio Lte /Lte-a.
Aumentando quindi la quantità delle prestazioni e qualità delle applicazioni sulle reti Wi-Fi, 802.11 – 802.11 - 802.11g – 802.11n, l’opportunità è di distribuire l’intelligenza di routing sull’intera rete integrando servizi sul territorio con la rete wireless.
Il futuro
Il futuro è un sistema di comunicazione che prevede l’utilizzo di uno spettro esteso di tecnologie wireless a medio e lungo raggio, FemToCell – PicoCell – NanoCell – WiFi – WiMax – 3G – LTEa – 4G.
Gli Enti locali si doteranno di infrastrutture di rete sul territorio con particolare attenzione a Reti Metropolitane , integrando una pluralità di servizi in un progetto comune, ottimizzando risorse e investimenti. Un sistema che potrà offrire servizi a densità variabile. Una pianificazione che identifica le tecnologie di rete disponibili per la creazione di un ecosistema di comunicazione, WiFi, 4G, Fibra). Una identificazione delle esigenze reali della municipalità tale da concentrare e ottimizzare le risorse disponibili.
Scenari applicativi.
- Connettività nomadica
- Pensiline hot spot wi-fi con erogazione di contenuti
- Informazioni di orari e coincidenze
- News meteo in tempo reale
- News sul traffico in tempo reale
- Sos per richieste mediche
- Sos per richieste di manutenzione
- Localizzazione di automezzi
- Schermi interattivi per informazioni turistiche
- Servizi di collegamento per il web
- Controllo del territorio con webcam wifi
- Totem di soccorso con monitoraggio locale
- Creazione di collegamenti wireless per siti isolati privi di energia elettrica
- Videosicurezza in tempo reale per eventi a rischio
- Applicazioni per funzionalità di coordinamento ospedaliero
- Funzioni di domotica personalizzate
- Controllo sensori in tempo reale
Vantaggi
- Aumento della sicurezza
- Coordinamento di interventi sanitari
- Aumento delle efficienze operative
- Maggiore disponibilità di servizi
- Controllo e aumento della mobilità
- Ottimizzazione dei costi di gestione
- Maggior controllo dell’ambiente e dei servizi
Fonti: Politecnico di Torino, Alberto Andreini - Università di Padova.
