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Genova, 26/05/2004
Contributo TIM
Rete Radiomobile
Pierfrancesco Valle
[email protected] - +39 335633 2490
1
1
AGENDA
•Presentazione TIM
•Breve storia radiomobile TIM
•Evoluzione infrastrutturale
•GPRS, UMTS
•Localizzazione
•WiFi
2
Presentazione TIM
3
TIM – i nostri numeri (Dati al 31-12-2003)
CLIENTI
44.5 milioni mondo
di cui
26.1 milioni in Italia
DIPENDENTI
10023
RICAVI
9.5mld €
8.9mld € (2002)
MOL
5.0 mld di €
4,5mld € (2002)
4
TIM - la presenza nel mondo
5
Brasil
Belém
Recife
Salvador
Brasília
Belo Horizonte
TIM SUL
São Paulo
TIM SÃO PAULO
TIM RIO
Rio de Janeiro
Curitiba
Regional GSM Network
Management Centers
(Business Time)
TIM NORTE
TIM CENTRO OESTE
TIM RS
TIM NORDESTE
TIM MAXITEL
NMC
Porto Alegre
GSM Network Management
Center
(7 x 24H)
6
Integrazione europea: TTTO
TIM
Telefonica
Orange
T-Mobil
Orange/T-Mobil
7
Evoluzione dell’organico TIM
8
TIM – Età media – 34 anni
9
TIM - Scolarità
10
TIM - Sesso
Donne
Uomini
11
Breve storia del
radiomobile TIM
12
Breve storia del radiomobile in Italia
•Anni ’70: sistema a 160 Mhz
•Anni ’80: sistema a 450 MHz (cellulare)
•1990: avvento del TACS (telefoni
portatili)
•1995: GSM
•2000 e seguenti: GPRS, UMTS
13
Alcune tappe della storia di TIM
1992
Nasce il
settore
Servizi
Radiomobili
di SIP
7 OTTOBRE
1996
TIM lancia sul
mercato TIM
Card , la
prima carta
prepagata e
ricaricabile
per il GSM
14 LUGLIO
1995
Tutte le
attività di
telefonia
mobile si
separano da
Telecom e
nasce..
17 LUGLIO
1995
TIM S.p.A.
viene quotata
in borsa
FEBBRAIO 1997
TIM si
aggiudica il
GSM World
Award ‘97, per
lo straordinario
successo della
TIM Card
14
Alcune tappe della storia di TIM
1998
1998
TIM si conferma
primo operatore
europeo e terzo a
livello mondiale per
numero di clienti.
TIM consolida la
sua posizione di
player
internazionale delle
TLC mobili
Novembre 1999
Maggio1999
TIM diventa
Internet Service
Provider con
Uni Tim
TIM cambia
l’assetto
proprietario, a
seguito dell’OPA
Olivetti su
Telecom Italia
15
Alcune tappe della storia di TIM
Luglio1999
Agosto 2000
Ottobre 2000
Il numero di linee
radiomobili in
Italia supera il
numero di linee
fisse installate
Viene
effettuata la
prima
chiamata
GPRS
TIM si aggiudica
una delle
licenze UMTS:
inizia l’era della
telefonia di terza
generazione
Luglio 2001
Tim cambia
nuovamente
assetto
proprietario a
seguito
dell’acquisto da
parte del gruppo
Pirelli-Benetton
Settembre 2002
Ottobre 2002
TIM lancia sul
mercato il
servizio MMS
TIM rileva Blu;
Cessione da parte degli
azionisti Blu del 100%
delle azioni a TIM
16
Evoluzione
infrastrutturale
17
Evoluzione infrastrutturale
Rete TACS al 1990
TI-ITA
TI-ITZ
HLR
Transit layer
MSC GW
MSC/TR
Local layer
MSC/VLR
Access layer
SRB
18
Evoluzione infrastrutturale
GSM
SDP
SCP
OLO
TACS
TI-ITA
TI-ITZ
HLR
Transit layer
MSC/TR
MSC GW
Local layer
MSC/VLR
Access layer
BSC +BTS
19
Evoluzione infrastrutturale
GPRS
INTRANET
INTERNET
SDP
SCP
OLO
TACS
TI-ITA
TI-ITZ
HLR
Gp
Gi
Transit layer
GGSN
Gn,Gi
UNIGATE
MSC/TR
MSC GW
Gn,Gp
Local layer
SGSN-G
MSC/VLR
Access layer
BSC +BTS
Apparati rete 3G (UMTS)
Apparati rete 2G (GSM, GPRS)
Segnalazione
Traffico e Segnalazione
Apparati comuni reti 2G e 3G
20
Evoluzione infrastrutturale
EDGE, UMTS
SDP
SCP
INTRANET
INTERNET
OLO
TACS
TI-ITA
TI-ITZ
HLR
Gp
Gi
Transit layer
GGSN
Gn,Gi
UNIGATE
MSC/TR
MSC GW
Gn,Gp
Gn,Gp
Local layer
MSC Server/MGWF/SGWF+ ATM switch
MSC Server/MGW
4
SGSN-W
SGSN-G
MSC/VLR
Access layer
RNC + Node B
BSC +BTS
EDGE
Apparati rete 3G (UMTS)
Apparati rete 2G (GSM, GPRS)
Segnalazione
Traffico e Segnalazione
Apparati comuni reti 2G e 3G
21
•Oltre il 60% rete GSM e 100% TACS in
tecnica BYB202 (vecchia)
•Ericsson annunciato phase out BYB 202
•Sinergia GSM-UMTS (nascente)
Configurazione UMTS “layered”
(MSC server + MGW fisicamente
separati)
Interfaccia A e Iu su MGW)
Lenta migrazione su nuova tecnica
22
Architettura Release 4
TDM/ATM
HLR
GSM Access
BTS
GMSCserv
D
BSC
E
A
UMTS Access
RBS
RNC
RBS
Other PSTN
UMSCserv
Iu-cs
Iu-cs
Gs
Other PLMN
TDM
MGW
MGW
Gr
Gc
Other PLMN
IP
Gp
GGSN
Iu-ps
SGSN
Gn
GGSN
FEATURE INNOVATIVE

Nodi separati UMSC server - MGW

Iu ATM
Interfaccia
IP
Gi
PDN
A su MGW
23
GPRS
24
Come fornire questi servizi?/ 1
GSM
 Velocità massima limitata: 9,6 kbit/s
 Elevati costi per l’utente
 Elevati costi per il gestore (1 canale = 1 utente)
25
Trasmissione a Circuito VS Trasmissione a
Pacchetto
• Canale di trasmissione allocato
anche quando non si trasmette;
Rete a Commutazione di Circuito
(Circuit Switched)
• Condivisione dinamica risorse fisiche
(non viene allocato un canale in
maniera statica ed univoca)
• canale di trasmissione allocato in
maniera virtuale
• always-on
Rete a Commutazione di Pacchetto
(Packet Switched)
26
Perché il GPRS ? /1
• Si considerino 3 utenti che vogliano connettersi ad
Internet durante una conferenza tramite PC
connesso al GSM
• Ognuno dovrebbe:
– Digitare il numero di un Internet Provider (ad esempio
quello di TIN.IT o il numero verde aziendale)
– Ripetere questa operazione N volte (congestione linee,
server)
– Una volta ottenuto l’accesso, ogni utente terrà impegnate
le risorse trasmissive finché non termina la navigazione
27
Perché il GPRS ? /2





100101
t
11100101





1011100101
101101

t



1001
 Inizio della connessione
 Fine della connessione
10
t
 Canale attivo ma non impiegato
28
Perché il GPRS ? /3
•
•
I 3 canali radio (time slot) devono essere sempre tenuti attivi
anche se in realtà la trasmissione, per la sua natura
discontinua, impegna il canale per brevi periodi di tempo
Sullo stesso time slot possono essere multiplati (a divisione di
tempo) diversi utenti si massimizza l’efficienza del canale,
riempiendo “i tempi di silenzio” con i dati di altri utenti
1001 100101 1011100101
10
11100101
101101
t
Ut3
Ut1
Ut2
Ut3
Ut1
Ut2
29
Perché il GPRS ? /4
• La tecnica impiegata dal GPRS ha lo scopo di
ottimizzare l’uso delle risorse GSM esistenti,
facendo leva sulla natura intermittente delle
trasmissioni dati
• Di conseguenza è pensato in particolar modo per
quelle applicazioni dati che non richiedono un uso
continuo delle risorse trasmissive
– Tipicamente è molto valido per Web browsing, E-mail,
WAP. Non è particolarmente adatto all’ FTP, se non per la
possibilità di avvalersi di più canali in parallelo per
raggiungere elevate velocità (multislot)
30
Principi base del GPRS /1
• Always-on
– L’utente può essere “GPRS attached” (conosciuto dalla rete
GPRS) anche se non ha nulla da trasmettere (analogo a quanto
accade sul PC dell’ufficio)
•
Capacity on demand
– I terminali GPRS usano le risorse solo quando necessario:gli
stessi canali possono essere utilizzati da utenti GSM
• Channel multiplexing
– Più di un utente può accedere alla stessa risorsa fisica in tempi
diversi e per brevi periodi (nel GSM ad un utente è assegnato un
canale in modo esclusivo per tutta la durata della trasmissione)
31
Principi base del GPRS /2
• Alta velocità
– I mobili GPRS possono usare più di un time slot “in
parallelo”(es.: 3 degli 8 di una portante)
– Bit rate massimo consentito teoricamente dal GPRS:
160 kbit/s (usando 8 time slot).Cifre attuali: circa
20/30 kbit/s di picco
– Da confrontare con la massima velocità GSM (max.9.6
kbit/s)
32
Architettura della rete GSM/GPRS
HLR
HLR
HLR
Reti pubbliche esterne
G-MSC
(telefonica, ISDN…)
MSC/VLR area
BSC
MSC
MSC
VLR
A
A
A
GGSN
Gn
Gi
Reti pubbliche a
pacchetto
Gb
BSC
BSC
SGSN
A-bis
BTS
MS (ME+SIM)
cella
BSC area
33
Architettura di rete GSM-GPRS
 SGSN (Serving GPRS Support Node)
E’ allo stesso livello gerarchico dell’MSC
 Gestione della mobilità
(es.: Routing Area Update, Attach/Detach proc., Paging)
 Funzionalità relative alla sicurezza (e.g. cifratura e autenticazione)
 Produzione dati per la tassazione
GGSN (Gateway GPRS Support Node)
Fornisce i mezzi per connettere gli SGSN ad altri nodi o a reti
dati esterne
 Instrada i pacchetti provenienti da reti esterne verso
l'SGSN dove si trova la MS (informazione presente nell'HLR)
34
34
UMTS
35
Il processo di standardizzazione
• Il 3GPP - 3rd Generation Partnership Project - è
un organismo formato dagli enti di
standardizzazione di Europa, Giappone, Corea e
U.S.A. (e successivamente Cina) per la
standardizzazione dell’UMTS
ETSI
ARIB
TTC
TTA
T1
3rd Generation
Partnership
Project
36
Sistemi di 3ªgenerazione: UMTS
• Obiettivi: consentire l’erogazione di un’ampia
gamma di servizi vocali, dati e multimediali.
– Esiste una correlazione tra la velocità di trasmissione dei
servizi e l’area di servizio offerta da una singola cella.
– Per i servizi a maggiore contenuto informativo è richiesta
una struttura di rete cellulare più capillare di quella GSM
– Il sistema è molto sensibile alle interferenze causate dal
carico della rete, per cui è indispensabile un controllo di
potenza più rigoroso
37
Sistemi 3G: UMTS
• Tipologie di servizi:
–
–
–
–
voce (12kbits/s)
videotelefonia (64kbit/s)
web-browsing (64-144 kbit/s)
videoconferenza (384kbit/s)
38
Terminali e applicazioni UMTS
Voice Centric
Picture Viewer
Movie Viewer
WEB Browsing
GSM/UMTS
Color Image
Media Streaming
Videotelephony
Voice Centric
WAP Browser
39
L’accesso multiplo a divisione di codice
(CDMA)
40
40
Analogia: il party dell’ONU
Laloi su thn
Hllenikhn
glwssan?
Je suis Ivorien…
est-ce que voi
connaissez mon
pays?
Esta es la tierra
nadàl de mi
hermano
Sagunto...
I partecipanti condividono le stesse risorse (parlano
contemporaneamente), ma se il volume della conversazione di
ciascuno di essi è controllato...
41
Analogia: il party dell’ONU
Laloi su thn
Hllenikhn
glwssan?
Je suis Ivorien…
est-ce que voi
connaissez mon
pays?
Esta es la tierra
nadal de mi
hermano
Sagunto...
…è possibile comunicare con uno di loro a patto di conoscerne la
lingua (ovvero la chiave di decodifica), che è diversa per tutti i
42
delegati!
Principi della tecnica W-CDMA
• Gli utenti che condividono la stessa portante sono
trasmessi nello stesso istante di tempo, alla stessa
frequenza e sono contraddistinti univocamente da una
differente parola di codice.
Codice
Frequenza
Tempo
43
Tecniche di accesso radio
FDMA (TACS)
F
P
TDMA (GSM, DECT)
TDMA/CDMA (UMTS)
T
P
F
CDMA (UMTS)
T
P  Potenza
T  Tempo
F  Frequenza
Fonte: CSELT
P
F
T
44
Fattore di Riuso nel W-CDMA
• Nella tecnica W-CDMA, l’intera banda di 5 MHz
viene riutilizzata sull’intera copertura cellulare: il
fattore di riuso è pertanto unitario
Cluster GSM: 9 celle
con 9 bande distinte
In UMTS, tutta la banda
è utilizzata sulle 9 celle
1
1
2
3
2
3
8
9
4
5
9
7
6
8
4
7
6
5
45
Lo stato attuale dell’UMTS
• Sono state assegnate le frequenze agli assegnatari delle cinque
licenze UMTS, secondo il seguente schema (banda FDD)
Uplink
1920
1935
1945
1955
1980
1970
MHz
IPSE2000
TIM
WIND
H3G
OPI
MHz
2110
Downlink
2125
2135
2145
2160
2170
46
Le caratteristiche dell’UMTS
• Nel W-CDMA tutti gli utenti utilizzano la stessa frequenza, allo
stesso tempo. La risorsa condivisa è la potenza
• E’ fondamentale, quindi, che i livelli di potenza associati alle
singole connessioni siano mantenuti al più basso livello possibile,
per non avere perdite di capacità del sistema
Allocazione ottima della potenza
Allocazione non ottima della potenza
47
Previsioni per UMTS

Qualora il dimensionamento e la
pianificazione della rete fossero effettuate
sulla base di un singolo servizio, si
otterrebbe un raggio di copertura variabile,
che diminuisce al crescere della velocità di
trasmissione.

All’aumentare della velocità richiesta dai
vari servizi, per garantire buoni target di
qualità, senza aumentare la potenza delle
postazioni fisse, è necessario prevedere delle
nuove celle interstiziali.

Nel caso di interferenza dovuta all’aumento
del traffico, il sistema riduce
autonomamente la potenza di trasmissione
riducendo ulteriormente l’area di servizio.
12 kbps
64 kbps
384 kbps
48
Previsioni per UMTS
• La pianificazione cellulare in
UMTS considera pertanto un mix
di servizi identificato
dall’operatore e il raggio di cella
è calcolato in base a questo
profilo
• Nell’evoluzione della rete il
raggio delle celle tenderà a
restringersi a seguito
dell’aumento dei servizi
multimediali ad alta velocità: si
avrà un aumento considerevole
del numero di siti.
Mix di servizi
49
Elementi di Rete UMTS
50
Architettura della rete UMTS
HLR
HLR
HLR
Reti pubbliche esterne
G-MSC/
MediaGateway
(telefonica, ISDN…)
RNC
3G-MSC
MSC
VLR
Iu (CS)
Iu (CS)
Iu (CS)
GGSN
Iu (PS)
Gn
Gi
RNC
Iur
SGSN
RNC
Iub
Nodo B
Uu
Reti pubbliche a
pacchetto
MS (ME+USIM)
cella
RNC area
51
Struttura della rete UMTS (1)
• Nodo B (omologo della BTS): è la stazione radio
base, che invia, tramite l’antenna, il segnale radio
UMTS che realizza la copertura della cella.
• RNC (Radio Network Controller - omologo del BSC):
ha funzioni di supervisione e controllo delle risorse
radio, sia nella fase di instaurazione della chiamata,
sia in fase di mantenimento (es. handover tra celle
differenti). E’ inoltre l’interfaccia con le centrali di
commutazione MSC e SGSN.
52
Struttura della rete UMTS (2)
• 3G-MSC (Mobile Switching Center di terza
generazione): fornisce le funzionalità necessarie
per la commutazione telefonica, per il controllo e la
gestione delle chiamate, per l’attuazione dei servizi
supplementari e per la tassazione.
• SGSN (Serving GPRS Support Node): così come per
il sistema GPRS, opera il controllo delle connessioni
dati a pacchetto, gestisce la mobilità degli utenti ed
emette i cartellini di tassazione.
53
Architettura UTRAN di riferimento
Area
Ericsson
RNC
RNC
RXI
RXI
E1
E1
Sede di accesso
alla CN
RNC
XC
MGW
RXI
XP
SGSN
E1
E1
Area
Siemens
MSC
XP
XP
flussi E1
RNC
RNC
flussi STM1
(locali)
54
MPS (Mobile
Positioning
System)
Servizio di
localizzazione
55
Soluzione TIM per LBS:
MPS 5.0 Ericsson
Il Mobile Positioning System (MPS) si compone di:
•Mobile Positioning Center Platform (MPC)
•Application Software per MSC,HLR e BSC
56
Piattaforma MPC 5.0 in architettura NSS
La piattaforma MPC 5.0 è costituita fisicamente da:
• quattro server SUN, ogni coppia è in configurazione
cluster
• software applicativo
La piattaforma MPC 5.0 è costituita funzionalmente
da due entità logiche:
• SMPC (Serving MPC), che traduce
le informazioni di rete (es.CGI+TA)
in coordinate geografiche
• GMPC (Gateway MPC), che si comporta
da gateway tra la rete GSM/UMTS
e le applicazioni di positionig (LCS)
57
MPS 5.0
Architettura di rete NSS Centric
Rete GSM
HLR
MSC/VLR
OMC R/N
BSC
BTS
DBR
IP
C
S
SMPC 5.0
SS7
GMSC
RNC
SS7
SMPC
GMPC 5.0
V http
A
S
SS7
Nodo B
Rete UMTS
3G MSC
3G GMSC
HLR
58
MT-LR in architettura NSS centric
1
Pos. req.
Pos. Data.
12
LCS Serv. Req/Res
(MSISDN)
11
Pos. req.
SMPC
GMPC
Pos. Data.
*
2
BSC
9
7
8
Perform Location (CGI+TA)
*
3
HLR
SRI for LCS
SRI for LCS Result
4
Provide Sub Loc. Res.
5
Provide Sub Loc.
10
MSC
VLR
Page
Response
(CGI+TA)
Page Auth
6
59
Descrizione del flusso di posizionamento
1. Invio richiesta di posizionamento dall’applicazione verso LCS server
2. Invio richiesta di posizionamento da LCS server a GMPC
3. GMPC interroga l’HLR per avere informazioni sul VLR sotto cui è registrato l’MSISDN da
posizionare
4. HLR risponde al GMPC con le informazioni sul MSC/VLR
5. GMPC richiede di posizionare l’utente all’MSC/VLR
6. MSC/VLR attraverso una Page Authorization richiede al BSC le informazioni necessarie per
posizionare l’utente
7. BSC risponde inviando il CGI+TA
8. MSC/VLR invia CGI+TA al SMPC
9. SMPC risponde al MSC/VLR inviando latitudine e longitudine stimata
10. MSC/VLR invia le informazioni di posizionamento al GMPC che ne ha fatto richiesta
11. GMPC invia la risposta al LCS server
12. LCS Server invia la risposta all’applicazione che ha richiesto il posizionamento
60
WiFi
61
Typical Architecture
TIM
AAA
HLR
Aut. User ID e Password
AUC
TIM
i-VLR
e-mail
Company DB
Corporate
Home Page
Locale
Internet/
UNIGATE
Authentication
Server
SSG
Aut. SIM Based
HLR
Mobile
Operator
Gateway
Access Point
AUC
WLAN Hotspot
62
In fin dei conti, quindi, noi
umani abbiamo impiegato
circa 40 anni a fare
qualcosa che gli Antenati
avevano già inventato
negli anni ’60: l’UMTS
Grazie per la pazienza !
63