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Notiziario Tecnico
1/2005
Convergenza fisso-mobile:
architetture e tecnologie
DANIELECECCARELLI
GIOVANNICECCONI
ALBERTOCIARNIELLO
STEFANOMARINO
DANIELEROFFINELLA
PAOLOSENESI
Il tema della convergenza fisso-mobile viene affrontato per la prima volta in questo articolo da parte di un team di esperti formato da colleghi TIM, Wireline e Tilab; abbiamo quindi ritenuto utile inquadrare il tema partendo dal- l’incontro di Telecom Italia con la Comunità Finanziaria, svoltosi ad aprile 2005, in cui è stata illustrata la strategia della convergenza fisso-mobile, ed esaminando poi le possibili evoluzioni in un arco temporale di 3 anni (con qualche sguardo anche più in là) con l’intento di mettere in evidenza le siner- gie e specificità delle nuove architetture di rete fissa e mobile.
Il percorso che proponiamo parte dai trend “storici” che possono essere messi per così dire alle “origini”, per passare agli aspetti più architetturali e tecnologici; questo senza la pretesa di esaustività ma con l’obiettivo di espor- re alcuni aspetti che riteniamo fondamentali e che aiuteranno ad esplorare le possibilità che la tecnologia mette, e metterà, a disposizione.
1. Introduzione
“Verso un’architettura di rete più efficiente e funzionale allo sviluppo di nuovi servizi integrati”, con queste parole il Presidente di Telecom Italia Marco Tronchetti Provera ha descritto l’evoluzione delle Architetture di Rete del Gruppo Telecom Italia durante l’incontro con la Comunità Finanziaria tenutosi lo scorso 12 Aprile 2005 a Milano.
La figura 1 mostrata dal Presidente, illustra a grandi linee l’evoluzione delle piattaforme di rete e le integrazioni che si realizzeranno nei prossimi anni:
• un solo backbone ed una sola rete di aggrega- zione IP;
• piattaforme integrate per VAS, contenuti multi- mediali e servizi ICT;
• accessi IP nativi per i servizi multimediali inno- vativi;
• reti di accesso fissa e mobile separate per i ser- vizi tradizionali a commutazione di circuito.
La figura 1 rappresenta, in estrema sintesi, i risultati del lavoro svolto dal “Network Innovation team” guidato da Stefano Pileri, responsabile della Rete in Wireline, ed al quale hanno parteci- pato rappresentanti di Telecom Italia Wireline, TIM, TILAB, Purchaising e Corporate tracciando le linee guida per la convergenza.
Due assunzioni di base hanno guidato le atti- vità del team, la prima riguarda il mantenimento di due Business Unit, Mobile e Fissa, separate men- tre la seconda riguarda lo scenario regolatorio che si assume non subirà significative variazioni nel prossimo triennio.
Sulla base di queste assunzioni il team ha lavorato focalizzandosi sugli aspetti tecnici con l ’ o b i e t t i v o d i v a l o r i z z a r e , a l l ’ i n t e r n o d e l l e Business Unit e nel pieno rispetto dei vincoli regolatori, i Centri di Competenza/Eccellenza, gli skills, le piattaforme tecniche e le capacità ope- rative.
Telecom Italia ha stimato in 1.500 milioni di euro il valore cumulativo delle sinergie realizzabili grazie alla prima fase della convergenza nel periodo 2005-2007; a ciò contribuiranno non solo la condi- visione di infrastrutture e piattaforme (trasporto IP, accessi fixed-wireless, piattaforme OSS, piat- taforme per VAS) ma anche l’ottimizzazione nei processi (acquisti, gestione e manutenzione, canali commerciali).
Il Presidente ha sottolineato che tale evoluzione architetturale è coerente con i trend industriali più innovativi, introduce semplificazioni ed aumenta l’efficienza riducendo i costi. Inoltre ha evidenziato che una piattaforma di rete convergente abilita lo sviluppo di nuovi servizi integrati che vanno dai contenuti multimediali ai VAS voce e dati, fruibili dal cliente in modo semplice ed user friendly.
Un primo snap-shot dei contenuti e servizi che potranno essere lanciati è rappresentato in figura 2.
Servizi di intrattenimento, di informazione, di comunicazione personale in ambiente residenziale e business, accomunati dallo stesso brand, ma resi disponibili in modo seamless attraverso differenti apparati (fissi, mobili, PDA, PC, TV …) dotati di interfacce cliente uniformi: l’intento è di fornire nuovi servizi adattati al terminale di fruizione senza che il cliente abbia una percezione differente del servizio in funzione del terminale stesso: una
“customer perception” indipendente dalla piat- taforma di rete.
In sintesi, ha proseguito Marco Tronchetti Provera, mentre nel passato chi aveva il potere di
condizionare l’evoluzione delle reti e dei servizi è stato l’operatore dominante prima e il regolatore poi, adesso sarà sempre più il cliente a guidare gli svi- luppi grazie alla larga banda ed alla convergenza.
2. I driver per la convergenza delle architetture e dei servizi fisso-mobile
La “convergenza”, nelle telecomunicazioni, tema già da molto tempo dibattuto, può essere declinata in molti modi e perseguita in aree anche molto diverse: convergenza nei servizi/applicazioni, nei contenuti, nei terminali, nelle infrastrutture di rete; o ancora convergenza dati-voce, convergenza fisso-mobile, convergenza IT-TLC.
Non c’é molto di nuovo nell’obiettivo di realiz- zare “un’unica rete” per “tutti i servizi”. Di volta in volta sono state definite e proposte, anche con effort significativi a livello internazionale, soluzioni tecniche ed approcci architetturali finalizzati alla convergenza e all’integrazione. Negli anni Ottanta viene messa a punto l‘ISDN (Integrated Services Digital Network), concepita per supportare, con reti digitali a livello mondiale, servizi voce, dati e video.
Nel 1982 la Conferenza Europea Poste e Telegrafi (CEPT) avvia un gruppo di studio per specificare un sistema capace di fornire i servizi ISDN a terminali mobili; si trattava del Groupe Spécial Mobile (GSM). Così pure l’ATM, l’Internet, l’UMTS sono stati pensati anche sulla base di requisiti che pos- sono essere funzionali ad abilitare la convergenza.
HLR
Backbone BBN TDM
Mobile Wireline
Mobile Wireline/
nomadic 2G
3G
GGSN Aggregation IP RAS
Fixed Switching Mobile
Switching Fixed Access
NB/BB/WiFi Integrated Ser vice
Platforms Backbone
IP
Backbone Mobile Access IP
2G/3G
xDSL GBE/WDM Class 5
Local Exchange
Narrow Band
Broad Band WiFi
Two independent backbones (TDM and IP)
Independent Network Intelligence infrastructure From...
Single IP backbone and IP aggregation
Integrated platforms for innovative VAS, multimedia contents and ICT ser vices for business customers
“Native IP” access for innovative multimedia and VoIP ser vices
Separate access for Fixed and Mobile with traditional voice ser vices still over circuit switching technology
To...
- IMS
- Messaging and collaboration - Content multimedia
Home Location Register
Media Gateway Control Function Mobile Switching Center
Media Gateway
Gateway GPRS Suppor t Node
Home Subscriber Ser ver IP Multimedia
Subsystem
Next Generation Network
Unified Data Base Remote Access
Ser ver
Gigabit Ethernet Backbone
Network
MSC
HSS IMS NGN
UMTS MGW
GGSN GSM/GPRS
EDGE
MGCF
RAS
UDB
FIGURA 1
›
Evoluzione delle piattaforme di rete fisso e mobile.Inoltre, negli ultimi anni, due nuovi fattori stanno influenzando e modificando profondamente lo sce- nario: il business dei servizi “mobili” si è forte- mente sviluppato sino a raggiungere e superare quello dei servizi “fissi”; il business del broadband, innescato dall’esplosione di Internet, ha permesso uno sviluppo anche dei servizi “fissi”.
Questa situazione, comune a molti Paesi avan- zati, sta facendo emergere strategie di business degli operatori “multiple play”, basate sulla combi- nazione di telefonia, media e Internet.
Infatti, proprio il modello Internet ha influenzato il percorso evolutivo delle TLC, cioè un modo di comunicare che prescinde dalle categorie tradizio- nali delle telecomunicazioni: Internet è fissa o mobile? Entrambe. È telecom o media? Entrambe.
È multimediale? Sicuramente si.
Oggi “essere connessi” è una necessità come in passato comunicare via telefono fisso e, più recentemente, comunicare ed essere raggiungibili
“ovunque” mediante un sistema mobile inizial- mente nazionale e poi globale ( GSM sta per Global System for Mobile communications). Si tratta di forme di comunicazione diverse, cia- scuna con una valenza specifica. Un esempio c o n c re t o : l a “ c o m m u n i t y ” d e g l i “ a l w a y s o n ” SMS/MMS è parallela e probabilmente molto sovrapposta a quella della e-mail ma ciò non impedisce oggi di disporre di uno (o più) indirizzi di e-mail che usiamo con regolarità per lavoro e per tenerci in contatto con gli amici.
Non è quindi un caso che negli ultimi cinque anni molte delle innovazioni dei sistemi mobili, prima, e fissi, poi, siano state in molti casi diret- tamente mutuate dai modelli definiti dalla comu-
nità scientifica che si occupa dello sviluppo delle tecnologie alla base di Internet (principalmente IETF, Internet Engineering Task Force). Questo fatto rappresenta uno dei più importanti cambia- menti nell’evoluzione recente delle telecomunica- z i o n i : s i p a r l a q u i n d i d i a rc h i t e t t u r a I M S ( I P Multimedia Subsystem) in ambito mobile e di NGN (Next Generation Networks) in ambito fisso per rispondere alle esigenze di passaggio da reti spe- cializzate “monoservizio” a reti capaci di suppor- tare un ambiente “multiservizio” o multimediale.
Se da un punto di vista tecnologico le opzioni ed i percorsi sono sufficientemente definiti, dal punto di vista di business il modello di evoluzione appare meno definito, anche per le differenze tra il mondo Internet ed il mondo tradizionale delle TLC (basti pensare che, probabilmente, la parola più usata in Internet è “free” mentre nelle TLC i servizi sono in generale a pagamento).
Un nuovo modello potrà emergere dall’intera- zione dei due mondi in cui le telecomunicazioni potranno apportare quelle caratteristiche di cui Internet necessita; in particolare l’affidabilità, la qualità, la semplificazione nell’accesso ai contenuti e nella gestione dei nuovi servizi.
In questo articolo ci occuperemo della conver- genza fisso-mobile nella rete e nei servizi focalizzan- done i fattori abilitanti.
I driver per la convergenza, in questo conte- sto, sono, con qualche approssimazione, ricon- ducibili a due: da un lato la possibilità di realiz- zare sinergie ed ottimizzazioni (infrastrutture e processi); dall’ altro la possibilità di arricchire l’offerta di servizi verso la clientela. Se le sinergie fisso-mobile sulle infrastrutture possono costi-
Music
Movies
Spor ts (football and other)
Televoting
Logos and ringtones
…
Directories
Utility ser vices
News
…
Voice
Voice Mail
Instant Messaging
Unified Messaging
Unified contact list
Photo/video album
Remote storage
…
E-mail, Fax, Diar y
Unified contact list
Unified Messaging
Seamless access to corporate internet (GPRS/EDGE/UMTS/
WiFi/ADSL)
… Entertainment
Voice SMS MMS Audio/Video
Information
BRAND
TV Set Top Box
Edge/UMTS Mobile Phones
Dualmode Handsets
Corded
Phones Aladino WiFi PC
Business communication Personal
communication
FIGURA 2
›
Evoluzione del portafoglio delle offerte.tuire di per sé un importante fattore di ottimizza- zione di investimenti e costi e quindi tradursi in leva competitiva, la convergenza fisso-mobile è qualcosa di più generale e riguarda l’evoluzione delle reti e dei servizi, e quindi rappresenta una sfida architetturale e tecnologica impegnativa. A livello internazionale il problema è stato colto e sono in corso iniziative finalizzate alla definizione di standard per la convergenza. Si può comun- que anticipare che un abilitatore di servizi con forti potenzialità “convergenti” appare oggi l’lP Multimedia Subsystem (IMS) che costituirà una nuova piattaforma aperta allo sviluppo modulare di nuovi servizi fruibili da reti mobili e fisse.
L’industria della telefonia mobile ha pianificato l’introduzione della multimedialità basata su IP fon- dando IMS su standard Internet “arricchiti” delle funzionalità necessarie ai servizi e alle architetture delle reti mobili. Analoghi sviluppi sono avvenuti e stanno avvenendo per l’impiego IMS nell’ambito delle reti fisse.
D’altra parte, con l’apertura delle reti al mondo internet, service ed application providers potranno entrare anche in diretta competizione con operatori di reti di telecomunicazioni persino sui servizi di telefonia tradizionale (come ad esempio stanno facendo i service provider Skipe e Vonage).
Ancora una volta quindi la capacità di rispon- dere alle esigenze del mercato deciderà il suc- cesso di nuove tecnologie a scapito di altre.
Si capisce quindi come l’obiettivo della conver- genza fisso-mobile, non è “difendere” il business di un operatore da erosioni dovute a competitor di tipologia diversa (come ad esempio la cosiddetta
“sostituzione fisso-mobile”). Occorre invece, con lo sviluppo della convergenza, soddisfare i bisogni dei clienti con l’offerta di nuovi servizi e la “frui- zione di tutti i servizi” di telecomunicazione in modo indipendente dalle condizioni in cui si trova il cliente e tenendo conto delle esigenze di persona- lizzazione del servizio.
Si tratta di fornire servizi di comunicazione voce, dati, video, con altri clienti (o con “server”), mantenendo lo stesso identificativo del cliente, la stessa procedura (possibilmente automatica) di autenticazione, la stessa rubrica, la stessa segrete- ria telefonica, la stessa casella di posta, superando le particolarizzazioni oggi derivanti dall’utilizzo di un terminale connesso ad una rete fissa piuttosto che ad una rete mobile. Naturalmente non si potrà prescindere dalle caratteristiche intrinseche del- l’accesso utilizzato e dalle modalità di fruizione. Il requisito in generale è quello di mettere a punto soluzioni architetturali e tecnologiche che abilitino la fruizione ovunque di servizi (ubiquità), ma che presentino adeguate caratteristiche di adattamento al contesto.
Un ulteriore abilitatore è la possibilità di svi- luppare agevolmente nuovi servizi “nativamente”
convergenti, ad esempio, la praticità d’uso, la semplicità, il costo di una “segreteria unica”, concepita come tale in una architettura di rete convergente, sarebbero benefici per il cliente e l’operatore.
Infine, un driver della convergenza che vor- remmo ancora richiamare è … il tempo che passa.
Il ciclo di vita degli apparati di telecomunicazione si è significativamente ridotto, anche a causa del- l’accresciuta competizione nel settore. Pertanto tendono a determinarsi, con frequenza sempre maggiore, opportunità per sostituire terminali, apparati e tecnologie con altre maggiormente i n n o v a t i v e ( e q u i n d i p i ù p e r f o r m a n t i , m e n o costose, …). Privilegiare, per queste sostituzioni, sistemi idonei a costituire parti di un disegno a rc h i t e t t u r a l e c o m p l e s s i v o d i c o n v e rg e n z a è un’opzione molto interessante per gli operatori più innovativi.
Un vincolo nella convergenza è rappresentato dalla “legacy” in quanto la realizzazione di soluzioni di servizi convergenti come, ad esempio, su appa- rati di rete, terminali e sistemi di gestione esistenti può determinare complessità e costi aggiuntivi.
Occorre quindi identificare percorsi di migra- zione sostenibili ed individuare scelte di sostitu- zione/acquisizione di tecnologie basate su stan- dard adeguati ai requisiti di convergenza fisso- mobile, avendo definito gli scenari convergenti di lungo termine e tenendo conto dei requisiti chiave (per operatori e clienti) di interoperabilità.
Da ultimo (non per importanza) un cenno al ruolo che gli aspetti regolatori giocano nello svi- luppo della convergenza, aspetti fortemente corre- lati allo sviluppo delle tecnologie.
Oggi in Italia, come in molti Paesi, gli operatori fissi e mobili che hanno dimensioni rilevanti per il mercato agiscono in un quadro di regole che ne definiscono precisamente i rapporti, regole finaliz- zate in ultima analisi alla regolazione del mercato stesso.
Tuttavia lo scenario è in fase di evoluzione, ad esempio sono in corso discussioni sulle modalità per stabilire corrispondenze fra il sistema di nume- razione ed instradamento PSTN ed i meccanismi per raggiungere applicazioni internet e sulle pro- spettive aperte dall’assegnazione di nuove porzioni di spettro radio per servizi sia fissi sia mobili (vedi WiMax).
La compatibilità delle soluzioni tecniche con il quadro regolatorio di riferimento costituisce uno dei fattori che più possono condizionare le scelte tecnologiche e di business nei diversi mercati.
3. Verso la convergenza: un pò di storia
Questa sezione riporta un breve excursus su come l’industria, in particolare gli enti di standar- dizzazione fissi e mobili, ha progressivamente orientato i propri lavori alla ricerca di una conver- genza architetturale realizzata attraverso soluzioni IMS/NGN. Tuttavia, accanto agli enti di normativa ufficiali come 3GPP, ETSI/TISPAN e ITU, si stanno affermando anche Forum come ad esempio FMCA e SCCAN (paragrafo 4.3), che tentano di anticipare i tempi, proponendo in parallelo soluzioni non sem- pre in linea con gli standard in corso di definizione presso gli enti di normativa ufficiali.
A beneficio della comprensione dei capitoli suc- cessivi, si riporta nel riquadro “NGN in sintesi …”
una definizione di NGN (Next Generation Network), termine spesso abusato. La definizione riportata, che non è certamente l’unica, è tratta dalla speci- fica ETSI TISPAN NGN “NGN R1 Definition” ed è quindi significativa per il contesto in esame.
3.1 La convergenza nel mondo mobile
N e l d i c e m b re 1 9 9 8 n a s c e i l 3 G P P ( 3 r d Generation Partnership Project) con il mandato di sviluppare le specifiche del sistema cellulare di terza generazione UMTS che comprende l’UTRA (Universal Terrestrial Radio Access). I suoi membri fondatori sono gli Enti di standardizzazione dei principali Paesi protagonisti del mercato delle tele- c o m u n i c a z i o n i m o n d i a l e : l ’ E T S I ( E u r o p e a n Te l e c o m m u n i c a t i o n S t a n d a r d I n s t i t u t e ) p e r l’Europa, l’ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) per il Giappone, l’ATIS (Alliance for Telecommunications Industry Solutions) per gli S t a t i U n i t i ( i n i z i a l m e n t e T 1 ) , i l T TA (Telecommunications Technology Association) per la Corea. Successivamente, nel 1999, è confluito nel 3GPP anche l’organismo di standardizzazione cinese CWTS (China Wireless Telecommunication S t a n d a r d G r o u p ) d a f i n e 2 0 0 2 C C S A ( C h i n a Communications Standards Association).
Le aziende manifatturiere e gli operatori sono membri del 3GPP e partecipano alle sue attività attraverso gli organismi di standardizzazione ai quali appartengono.
Il 3GPP comprende anche alcuni organismi che rappresentano il mercato delle telecomunicazioni mobili, quali ad esempio: la GSM Association, l ’ U M T S F o r u m , i l G l o b a l M o b i l e S u p p l i e r s Association, l’IPv6 Forum ed altri.
Oggi il 3GPP comprende diverse centinaia di m e m b r i e s o s t a n z i a l m e n t e t u t t e l e p r i n c i p a l i aziende di ICT mondiali.
Le attività iniziarono formalmente alla fine del 1998, mentre i gruppi di lavoro tecnici furono avviati nei primi mesi del 1999 con l’obiettivo di ottenere una prima versione comune delle specifi- che per la fine dell’anno 1999. Nella prima metà del 1999 sono stati raccolti ed integrati in un unico standard i vari contributi degli organismi membri,
dedicando la seconda parte dell’anno alla finalizza- zione dei parametri di dettaglio del primo rilascio d e l l e s p e c i f i c h e U T R A e m e s s e d a l 3 G P P : l a Release 99.
Subito dopo il “congelamento” della Release 99 s i d e c i s e d i s v i n c o l a re l a n u m e r a z i o n e d e l l a Release dall’anno di emissione e così la release s u c c e s s i v a p re s e i l n o m e d i R e l e a s e 4 . Recentemente sono terminati i lavori per il rilascio della Release 6.
Nell’ambito del 3GPP furono formati inizial- mente quattro diversi gruppi tecnici di lavoro (TSG):
• Radio Access Network TSG (Rete di accesso radio);
• Core Network TSG;
• Service and System Aspects TSG (Servizi ed apparati);
• Terminals TSG (Terminali).
Nel corso del 2000, l’ETSI ha portato al 3GPP ulteriori contributi sull’evoluzione del GSM, incluse le tecnologie GPRS ed EDGE. A questo proposito è stato creato dal 3GPP un nuovo specifico gruppo d i l a v o ro , i l T S G G P R S E D G E R a d i o A c c e s s Network (GERAN).
La figura 3 [dal www.3gpp.org] mostra l’attuale struttura del 3GPP, articolata in TSG e sottogruppi, recentemente rivista con la chiusura del TSG T (Terminali) e lo spostamento di due dei relativi sot- togruppi nei TSG RAN e Core Network.
Negli ultimi anni, il 3GPP ha affrontato, in varie sedi, il tema della convergenza fisso-mobile, soprattutto all’interno del TSG SA. In particolare lo
NGN in sintesi ...
U n a N G N ( N e x t G e n e r a t i o n Network) è una rete a pacchetto in grado di fornire un ampio set di servizi di telecomunicazione e di utilizzare diverse tecnologie a larga banda e QoS-enabled. In una NGN le funzionalità legate ai s e r v i z i s o n o i n d i p e n d e n t i d a quelle legate al trasporto. Una NGN è in grado di offrire agli u t e n t i a c c e s s o a p i ù s e r v i c e provider e supporta il concetto
di mobilità generalizzata che consente di fornire i servizi agli utenti, ovunque essi si trovino.
L a N G N è c a r a t t e r i z z a t a d a i seguenti aspetti:
• Trasporto a pacchetto;
• Separazione delle funzioni di controllo in bearer capabili- ties, chiamata/sessione, e servizi/applicazioni;
• Interfacce aperte;
• Supporto di un ampio set di servizi, applicazioni e mec- canismi basati su building block di servizio (per servizi re a l t i m e e n o n re a l t i m e , multimediali e di streaming);
• Supporto del broadband con
QoS end to end;
• Interlavoro con reti legacy;
• Mobilità generalizzata;
• Accesso a differenti service provider;
• Supporto di differenti mecca- nismi di identificazione, che p o s s a n o e s s e re r i s o l t i i n indirizzi IP;
• Convergenza tra servizi fissi e servizi mobili;
• Indipendenza delle funziona- lità legate al servizio dalla tecnologia di trasporto;
• Requisiti regolatori quali ad e s e m p i o , l e c h i a m a t e d i emergenza, la privacy, … .
sviluppo dell’IMS e del GAN (Generic Access Network) hanno contribuito significativamente all’avvicinamento del mondo della comunicazioni mobile a quello del fisso.
Nel 2001 è stata siglata una collaborazione for- male tra 3GPP e IETF con l’obiettivo di assicurare lo sviluppo coerente delle specifiche tecniche e l’allineamento temporale che faciliti l’interoperabi- lità tra sistemi fissi e mobili, dispositivi e terminali.
3.2 La convergenza nel mondo fisso
I primi lavori per la normativa sull’utilizzo della tecnologia IP relativa all’evoluzione delle reti e dei servizi di telecomunicazione risalgono alla fine d e g l i a n n i N o v a n t a . N e l 1 9 9 7 , l ’ E T S I B o a rd , d u r a n t e i l s e s t o m e e t i n g t e n u t o s i a S o p h i a A n t i p o l i s , a p p ro v ò l a c re a z i o n e d i u n n u o v o Progetto ETSI “Telecommunication and Internet Protocol Over Networks (TIPHON)”. Obiettivo pri- mario del progetto era di offrire supporto alle comunicazioni voce tra utenti tradizionali (su reti PSTN/ISDN e GSM) ed utenti Internet nonché alle comunicazioni in scenari in cui le reti a pacchetto offrivano il trasporto tra due reti a circuito.
Uno dei principali scopi era la creazione di standard globali, per cui si ravvisò subito la neces- sità di collaborazione con altri organismi di stan-
dardizzazione o forum. I primi gruppi considerati furono IETF e ITU-T.
Infatti negli stessi anni anche IETF muoveva i primi passi sull’adattamento delle tecnologie native I P a d u n c o n t e s t o t e l e c o m : d a p p r i m a c o n i l Working Group SIGTRAN, che nel 1998-1999 definì l’ormai celebre modello funzionale del gateway di interlavoro tra reti IP e reti a circuito basato sul principio di separazione tra controllo e trasporto; in seguito con il Working Group MeGaCo (Media Gateway Control), che diede poi il nome al proto- collo di controllo del Gateway, elemento chiave per iniziare a centralizzare l’intelligenza di rete, svilup- pato in collaborazione con ITU-T SG16; infine con la definizione del protocollo SIP (Session Initiation Protocol). SIP, nato inizialmente per altri scopi, ossia per invitare gli utenti a sessioni di servizi Internet, per le sue caratteristiche di apertura e flessibilità venne progressivamente adattato per un utilizzo in contesti non strettamente “Internet- based”.
Con il progressivo consolidarsi delle tecnologie, le attivita di normativa sulle NGN hanno avuto una accelerazione nel 2002-2003.
In ETSI, nel settembre 2003, è stato formato il T C T I S PA N ( Te l e c o m s & I n t e r n e t c o n v e r g e d Services & Protocols for Advanced Networks), nato dalla fusione del progetto TIPHON e del TC SPAN
TSG CN Core Network
CN WG1 MM/CC/SM (lu)
CN WG4 WAP/GTP/BCH/SS
CN WG5 OSA Open Service Access
CN WG2 CLOSED 2004
CN WG3 Interworking with External Networks
TSG RAN Radio Access Network
RAN WG1 Radio layer1 specification
RAN WG4 Radio Per formance &
Protocol Aspects
RAN WG5 (ex T1) Mobile terminal Conformance Testing
RAN WG2 Radio Layer2 spec &
radio Layer3 RR spec
RAN WG3 lub spec lur spec lu spec &
UTRAN O&N requirements
TSG CT Core Network &
Terminals
CT WG1 (ex CN1) MM/CC/SM (lu)
CT WG5 (ex T3) Smart Card Application Aspects
CT WG4 (ex CN4) WAP/GTP/BCH/SS
CT WG1 (ex CN5) OSA Open Service Access
CT WG3 (ex CN3) Interworking with External Networks TSG SA
Services &
System Aspects
SA WG1 Services
SA WG4 Codec
SA WG5 Telecom Management
SA WG2 Architecture
SA WG3 Security TSG GERAN
GSN EDGE Radio Access network
GERAN WG1 Radio Aspects
GERAN WG2 Protocol Aspects
GERAN WG3 Terminal Testing
TSG T Terminals
TWG1 Mobile Terminal Conformance Testing
TWG2 Mobile Terminal Services & Capabilities
TWG3 Smart card Application Aspects TSG ORGANIZATION
NEW TSGs - from 2005-03-11
CLOSED TSGs
UNCHANGED TSGs Project Co-ordination Group
(PCG)
FIGURA 3
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Struttura del 3GPP.(Services and Protocols for Advanced Networks).
Lo SPAN è il gruppo che storicamente si è occu- pato della definizione di servizi per reti PSTN/ISDN e delle evoluzioni/caratterizzazioni dei protocolli per tali reti e per il supporto dei servizi stessi.
Il TISPAN, nato con l’obiettivo di concentrare le competenze ETSI per le reti fisse che migrano verso la tecnologia a pacchetto e con il mandato di definire gli standard europei per la convergenza e l’interoperabilità di reti NGN in termini di servizi, architetture, protocolli, numerazione, qualità del servizio, sicurezza e gestione, è diventato ben pre- sto il punto di aggregazione dei principali vendor ed operatori europei (ma non solo). La “forza” di TISPAN è stata la capacità di fare tesoro dell’espe- rienza TIPHON e di saperla ade-
guare alle mutate condizioni di mercato, in particolare in termini di convergenza fisso-mobile.
Fin dai primi mesi di lavoro TISPAN ha deciso di orientare le proprie specifiche verso un riuso ed adattamento delle specifiche 3GPP, in particolare per quanto r i g u a rd a l ’ I M S ( I P M u l t i m e d i a Subsystem).
Razionale della scelta è stato anche, naturalmente, il riconosci- m e n t o d e l l ’ e n o r m e e s p e r i e n z a maturata dal 3GPP sul tema delle soluzioni per servizi multimediali;
vi è stato quindi uno sforzo iniziale volto sia ad identificare le peculia- rità della rete fissa che rendevano necessarie delle estensioni ad hoc, sia a definire le modalità operative più efficaci per l’organizzazione dei lavori, anche nei confronti di IETF.
IETF, infatti, non ha mai smesso
di giocare un ruolo chiave sul tema NGN, in parti- colare per gli aspetti legati al protocollo SIP. 3GPP ha un forte ed efficace legame con IETF, poiché è inevitabile che nella definizione di soluzioni archi- tetturali su rete IP, nascano esigenze di modifiche ai protocolli ed ai meccanismi nativi IETF. Per esi- genze analoghe TISPAN decise quindi di attivare un link con IETF, seppur sempre mutuato da 3GPP, così da seguire procedure già in essere.
Lato ITU-T si sono susseguite una serie di attività avviate con una NGN Project a fine 2002 nell’ambito del SG13, e sfociate nella creazione di un Focus Group sulle NGN (FGNGN), con l’o- biettivo di armonizzare le diverse attività legate all'NGN in ambito ITU-T ed agevolare l'avvio delle attività dei nuovi Study Group per il qua- driennio 2005-2008.
Il FGNGN ha riconosciuto a TISPAN il ruolo di leadership sulla produzione delle specifiche NGN per rete fissa ed ha assunto un ruolo istituzionale di globalizzazione, grazie alla presenza di attori asiatici e nordamericani, e si è concentrato su pochi e limitati aspetti di estensione di quanto deciso in TISPAN.
Il 2005, infine, ha visto l’ingresso in questo scena-
rio dell’ATIS (Alliance for Telecommunications Industry Solutions), ente statunitense, riconosciuto dall’ANSI (American National Standard Institute), che ha l’obiettivo di accelerare lo sviluppo di servizi e soluzioni di TLC implementabili ed interoperabili. Il consorzio, strutturato in 22 tra “industry/technical committee” e “incubator solutions programs”, conta più di 1100 membri e di 350 aziende e a metà 2004 ha iniziato a lavorare sulle NGN, instaurando una serie di link con ETSI TISPAN e ITU-T FGNGN.
Oggi si è strutturata quindi una completa rete di relazioni (figura 4), tra enti di normativa volti, ognuno con le peculiarità del proprio ambito, a definire standard utilizzabili in scenari di conver- genza fisso-mobile.
Una ulteriore spinta verso la direzione della pro- duzione di specifiche convergenti è arrivata ad aprile 2005, nel corso del secondo workshop TISPAN-3GPP, in cui sono state concordate le pro- cedure di collaborazione che dovrebbero portare entro la fine del 2005 ad avere un unico set di spe- cifiche per il Core IMS, applicabili sia in ambito fisso sia in ambito mobile.
4. Gli standard
4.1 L’ IP Multimedia Subsystem del 3GPP
IMS (IP Multimedia Subsystem) è la soluzione standardizzata dal 3GPP per il supporto dei servizi telefonici e multimediali su infrastruttura di rete IP.
IMS si basa sul protocollo SIP di IETF al quale sono state aggiunte alcune estensioni specifiche del 3GPP, successivamente accettate dall’IETF.
IMS costituisce un elemento fondamentale per la convergenza delle reti in quanto consente la forni- tura dei servizi indipendentemente dalla rete di accesso utilizzata, fissa o mobile: GPRS, EDGE, WCDMA, WLAN, xDSL.
IMS come punto di par tenza 3GPP “usa” IETF per estensioni e lavori ad hoc
NGN “globalizzata”
NGN Nordamericana Lavori di dettaglio
al suppor to di IMS E NGN (es. SIP)
TISPAN si ispira a IMS.
Liaison e workshop per verifica di allineamento
ITU-T recepisce i lavori TISPAN e li globalizza, a volte estendendone
lo scopo (es. QoS)
TISPAN: NGN Europea (leader dei lavori tecnici)
Elaborati TMF recepiti nei documenti TISPAN
ATIS è alla ricerca di coordinamento tramite liaison e workshop
FIGURA 4
›
Rapporti tra gli Enti di Normativa.IMS consente anche l’interlavoro con altre reti SIP-based (es. intranet aziendali) e con reti a cir- cuito (PSTN, PLMN).
IMS condivide fra i diversi tipi di accesso e di servizi informazioni relative a charging, presence, database di utenti, gestione dei media, controllo delle sessioni, funzioni di O&M.
L'IMS offre interfacce aperte per facilitare lo svi- luppo di nuove applicazioni SIP-based e nel con- tempo definisce alcuni servizi:
• presence: unisce l’informazione sullo stato di registrazione del cliente e la volontà del cliente di essere contattato;
• PoC (Push to talk over Cellular): invio di file dati (contenenti brevi messaggi vocali) verso una lista di destinatari con modalità asincrona half duplex (effetto walkie-talkie);
• instant messaging: servizio di scambio di mes- saggi/files con una lista di referenti di cui è noto lo stato di connessione;
• combinazionali: sincronizzazione di una chia- mata voce standard con una sessione dati che in parallelo alla chiamata voce assicura lo scambio di files dati (ad esempio il servizio TIM
“Turbocall”).
L’architettura IMS di release 6 3GPP è illustrata nella figura 5.
Le entità funzionali che compongono l’IMS 3GPP sono:
• P-CSCF (Proxy CSCF): costituisce il primo punto di contatto per l’utente nel dominio IMS.
Il P-CSCF appartiene alla stessa rete in cui è
collocato il GGSN (rete Home, come nelle attuali reti GPRS, o Visited). Si occupa di tra- smettere le richieste SIP ricevute da uno User Equipment (UE) verso il I/S-CSCF opportuno, di gestire le chiamate di emergenza, di generare i CDR (Call Data Record), di effettuare la com- pressione della segnalazione.
• I-CSCF (Interrogating CSCF): costituisce il punto di contatto all’interno di un dominio per tutte le sessioni dirette ad un utente apparte- nente al dominio o in roaming all’interno del dominio stesso. L’I-CSCF può appartenere sol- tanto alla rete Home e, in caso di utente in roa- ming, rappresenta il punto di gateway per la segnalazione SIP tra la rete Home e la rete Visited in quanto unico elemento “pubblicato” e accessibile da un’altra rete. Si occupa di inter- rogare l’HSS e di selezionare il S-CSCF al quale demandare il controllo della sessione. I-CSCF può generare CDR. Una importante funzione del I-CSCF è il THIG (Topology Hiding Inter-network Gateway), ossia la modifica dei messaggi SIP per eliminare le informazioni relative alla topolo- gia interna di rete.
• S-CSCF (Serving CSCF): è l’elemento deputato ad effettuare il controllo di sessione (instaura- zione, supervisione, rilascio). L’S-CSCF può appartenere soltanto alla rete Home. Si occupa di registrare l’utente, di interagire con il piano di servizio, di generare CDR, di interagire con un BGCF per garantire l’interlavoro con la PSTN o con un CS-Domain. L’S-CSCF supporta le fun- zionalità di SIP Proxy e SIP Registrar. L’S-CSCF viene a s s o c i a t o a d u n u t e n t e , gestendo le sue registrazioni e controllando tutti i suoi messaggi (anche se l’utente è in roaming), svolgendo u l t e r i o r m e n t e i l r u o l o d i Service Broker tra le varie piattaforme di servizio. In particolare, l’S-CSCF sele- ziona l’Application Server opportuno da coinvolgere per fornire un determinato servizio sulla base di parti- colari criteri (chiamati “Filter Criteria”) definiti nel profilo di ogni utente contenuto in HSS.
• PDF (Policy Decision Function): realizza le proce- d u re d i S B L P ( S e r v i c e B a s e d L o c a l P o l i c y ) c h e consentono all’operatore il controllo sull’accesso ai ser- vizi IMS.
• BGCF (Breakout Gateway Control Function): è utiliz- zato negli scenari di chia- mata misti pacchetto-cir- cuito. Nel caso di chiamate u s c e n t i s e l e z i o n a l a re t e
AS Dh
ISC
Gq
Go
IMS-
MGW Mn
MGCF
BGCF
SGW
Legacy/
PSTN
Other IP/
IMS network
Mg Mi
Mm Mk
Mi MRFC
Mr
Gi Gi PDF
SGSN GGSN
PS Domain UTRAN/
GERAN
UE
SLF
Cx
Cx HSS
I-CSCF
I-CSCF
P-CSCF Mw Control Plane
Traffic Plane
AS BGCF I-CSCF GGSN HSS IMS MGCF MGW
=
=
=
=
=
=
=
=
Application Ser ver
Breakout Gateway Control Function Interrogative CSCF
Gateway GPRS Suppor t Node Home Subscriber Ser ver IP Multimedia Subsystem Media Gateway Control Function Media Gateway
MRFC P-CSCF PDF PSTN S-CSCF SGSN SLF UE
=
=
=
=
=
=
=
=
Multimedia Resource Function Proxy CSCF
Policy Decision Function Public Switched Telephony Network
Interrogating CSCF Ser ving GPRS Suppor t Node Subscription Locator Function User Equipment
S-CSCF
FIGURA 5
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Architettura di IMS Release 6.PSTN o CS-Domain verso cui inoltrare la chia- mata e nel caso di chiamate entranti seleziona il nodo di core network che realizza l’interworking con la rete legacy (può essere il MGCF dello stesso dominio IMS o il BGCF di un altro domi- nio IMS).
• HSS (Home Subscriber Server): è il database che contiene tutte le informazioni relative all’u- t e n t e , i n p a r t i c o l a re i n t e r m i n i d i U s e r Identification, Numbering and addressing, User security, User Location e User Profile. Per la gestione della sottoscrizione relativa al livello di trasporto IP l’HLR (Home Location Register), parte di HSS, si interfaccia con SGSN e GGSN.
Nel caso di IMS, per le funzioni di autentica- zione, autorizzazione, accounting (AAA) l’HSS si interfaccia con il CSCF.
• SLF (Subscription Locator Function): indica a CSCF e AS l’HSS opportuno per la sessione in corso.
• M R F P ( M u l t i m e d i a R e s o u r c e F u n c t i o n Processor): rappresenta funzioni quali conferen- ziatori, generatori di annunci, risorse speciali.
• M R F C ( M u l t i m e d i a R e s o u r c e F u n c t i o n Controller): controlla l’MRFP.
• MGCF (Media Gateway Control Function): con- trolla l’IM-MGW ed effettua la conversione fra la segnalazione associata alle chiamate (ISUP) nelle reti legacy e la segnalazione (SIP) usata in IMS.
• SGW (Signalling Gateway): effettua la conver- sione di segnalazione tra i livelli di trasporto SS7 (delle reti legacy a circuito) e i livelli di tra- sporto IP (in IMS).
• IM-MGW (IP Multimedia - Media Gateway):
effettua l’interlavoro di trasporto tra dominio a pacchetto e dominio a circuito.
In recenti incontri fra 3GPP e TISPAN è stato deciso che il 3GPP continuerà il suo lavoro di evo- luzione e di mantenimento delle specifiche su IMS e che l’accesso a IMS da rete broadband fissa sarà introdotto con la prestazione “Fixed Broadband Access to IMS” in release 7 3GPP. Queste specifi- c h e s a r a n n o l a b a s e p e r l a d e f i n i z i o n e d e l l a Release 1 della piattaforma multimediale NGN in fase di standardizzazione da parte di ETSI TISPAN.
4.2 La Next Generation Network di ETSI e ITU-T
L a N G N ( N e x t G e n e r a t i o n N e t w o r k ) E T S I TISPAN ha come obiettivo la fornitura di servizi di comunicazione real-time e non real-time su una infrastruttura IP-based multiservizio, multiproto- collo e multiaccesso, abilitando funzionalità di nomadicità e mobilità per utenti e terminali.
La Release 1, attesa entro il 2005, prevede naturalmente un sottoinsieme di queste funziona- lità: in particolare sono supportati servizi di comu- nicazione voce e video real-time, presence e mes- saggistica, con supporto della sola nomadicità, su una rete IP in grado di garantire la QoS solo sul tratto di accesso.
In figura 6 è illustrata l’architettura completa TISPAN.
Come si può notare, essa è suddivisa in quattro principali sottosistemi:
• NASS (Network Attachment SubSystem);
• R A C S ( R e s o u r c e A d m i s s i o n C o n t r o l Subsystem);
• Core IMS (IP Multimedia Subsystem);
• PES (PSTN/ISDN Emulation Subsystem).
Il NASS si occupa dell’attachment dell’utente alla rete tramite:
• Fornitura dinamica dell’indirizzo IP e di altri parametri di configurazione degli apparati in sede di utente;
• Autenticazione dell’utente, prima o durante la fase di allocazione dell’indirizzo IP;
• Autorizzazione dell’accesso alla rete su base profilo utente;
• Configurazione della rete di accesso, su base profilo utente;
• Location management (ad esempio, per gestire le chiamate di emergenza).
Il RACS si occupa di controllare la rete in coe- renza con le richieste di servizio, svolgendo le fun- zioni di:
• Service Based Local Policy Control, ossia di autorizzazione delle richieste di QoS e di defini- zione delle policy di cui fare l’enforcement;
• Supporto della QoS su una molteplicità di tec- nologie di accesso e di terminale;
• Admission Control;
• NAPT/Gate Control (Network Address Port Transaction.
Il NASS ed il RACS sono due sottosistemi appartenenti al Transport Layer; ciò significa che svolgono funzioni generiche di rete, applicabili a qualsiasi tipo di servizio. I sottosistemi di servizio supportati in Rel.1 sono il Core IMS ed il PES.
User profiles
Applications
Ser vice Layer
Transpor t Layer
Other subsystems
Core IMS
Other networks
User Equipment
PES (PSTN/ISDN
Emulation Subsystem)
NASS (Network Attachment
SubSystem) RACS
(Resource and Admission Control
Subsystem)
Transfer Functions
IMS ISDN PSTN
=
=
=
IP Multimedia Susystem
Integrated Ser vices Digital Network Public Switched Telephony Network
FIGURA 6
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Architettura NGN di ETSI TISPAN.Il Core IMS è il sottosistema che supporta i servizi voce e video su piattaforma SIP, in coe- renza con quanto in essere in 3GPP. Il modello funzionale è molto simile a quello 3GPP e lo stesso vale per i servizi. Si noti che il Core IMS supporta anche i servizi di derivazione telefo- nica (STS, Servizi Telefonici Supplementari), ma realizzati in maniera innovativa, ossia con un controllo SIP-based, e orientati ai nuovi termi- n a l i . Q u e s t a m o d a l i t à è d e n o m i n a t a “ P S T N Simulation”.
Il PES è il sottosistema che fornisce gli STS agli utenti tradizionali, quindi su terminali legacy, utilizzando opportuni gateway di accesso all’infra- struttura IP. Questa modalità è denominata “PSTN Emulation”.
Esistono infine degli elementi funzionali, condi- visi fra tutti i sottosistemi, denominati “common components”; essi sono il database dei profili, gli Application Server e gli elementi di interconnes- sione con altre reti.
Analogamente a NGN ETSI TISPAN, Il Focus Group NGN (FGNGN nel seguito) dell’ITU-T ha definito la NGN come una rete a pacchetto in grado di fornire servizi di telecomunicazione e di utilizzare molteplici tecnologie di trasport broad- b a n d e Q o S - e n a b l e d . N e l l a N G N d e f i n i t a d a l l ’ I T U T- T, l e f u n z i o n a l i t à l e g a t e a l s e r v i z i o sono indipendenti dalle tecnologie di trasporto.
Essa consente agli utenti un accesso seamless alle reti, ai service provider e ai servizi e sup- porta una mobilità. Supporta una mobilità gene- ralizzata per consentire la fornitura dei servizi agli utenti indipendentemente dalla locazione fisica ed, infine, è caratterizzata da una architet- tura aperta basata su API e/o interfacce stan- d a r d c h e u t i l i z z a u n a r e t e b r o a d b a n d gestita/gestibile.
I servizi supportati sono i servizi telefonici sia in modalità PSTN Emulation sia PSTN Simulation (mutuando le definizioni TISPAN), i servizi multime- diali nella loro accezione più ampia (compresi quelli content-based), l’accesso a Internet, i servizi dati e i servizi di pubblica utilità (intercetto legale, servizi di emergenza, ...).
Il modello funzionale è più articolato di quello TISPAN, seppur ad esso riconducibile.
Lo scope della Rel. 1 ITU-T, attesa per dicembre 2005, è leggermente più ampio di quella ETSI TISPAN, poiché prevede anche il supporto di content delivery services, accesso via cavo e broadcast, qualità del servizio nel core della rete, supporto degli scenari inter-dominio per la Qualità del Servizio.
4.3 Altri Enti, Consorzi e Forum
• FMCA (Fixed Mobile Convergence Alliance) Questo consorzio è stato fondato nel luglio 2004 dai seguenti operatori di rete fissa e mobile:
BT, Korea Telecom, NTT, Brasil Telecom, Rogers Wireless, Swisscom. A Novembre 2004 si sono aggiunti Cegetel, AT&T, Bezeq e KPN.
Gli obiettivi dell’Associazione sono accelerare gli standard sulla convergenza fisso-mobile (ad
esempio, la proposta di standardizzazione UMA), attraverso la proposta di requisiti e soluzioni tecni- che anche tramite sperimentazione, e condizionare i produttori di apparati e di infrastrutture agendo come gruppo di acquisto per ottenere prezzi migliori.
• SCCAN (Seamless Converged Communication Across Networks)
SCCAN Forum, sostenuto dall’IEEE Industry Standards and Technology Organization (IEEE- ISTO), è un’organizzazione che si occupa di defi- nire specifiche aperte per le tecnologie che abili- tano la convergenza delle comunicazioni sia voce sia dati, tra Wi-Fi e cellulare da un lato e rete fissa dall’altro.
SCCAN è ancora in fase di formazione, in attesa che altre aziende si uniscano al forum. Al momento ne fanno parte Motorola, Avaya, Proxim, Chantry e 2Wire.
• WiFi Alliance
WiFi Alliance è un consorzio che si occupa di certificare i prodotti compatibili con lo standard WiFi. Allo scopo di favorire la convergenza tra fisso e mobile la WiFi Alliance ha costituito il g r u p p o d i l a v o ro W i F i / C e l l u l a r C o n v e rg e n c e (WCC). Tramite il lavoro di questo gruppo la WiFi Alliance è stata in grado di certificare i primi pro- dotti che offrono sia la connessione WiFi sia la comunicazione cellulare.
Le prime certificazioni comprendono tre cate- gorie di prodotti: il PDA e i cellulari che integrano il supporto WiFi (per esempio, iPAQ Pocket PC H6315 di HP, Nokia 9500 Communicator), i com- puter portatili con supporto WiFi (ad esempio, Intermec 760 Mobile Computer) ed infine gli accessori che consentono la convergenza fra WiFi e telefonia cellulare (la scheda SanDisk Connect WiFi SD Card).
5. Le soluzioni architetturali 5.1 L'architettura convergente
Le prime reti fisse e mobili sono nate per fornire servizi “real time”, essenzialmente voce, assicu- rando elevate affidabilità e qualità di servizio grazie alla tecnologia a commutazione di circuito.
Con l’emergere dei servizi dati, che mal si adat- tano all’utilizzo efficiente delle risorse di una rete a circuito, sono nati i sistemi a pacchetto in grado di trasferire in modo efficiente quantità rilevanti di dati, in particolare al crescere del numero di clienti
“connessi” alla rete.
Dopo diverse evoluzioni e l’emergere della
“super rete” Internet, oggi le reti a pacchetto sono diventate reti integrate capaci di offrire anche ser- vizi multimediali.
I tempi per questi passaggi sono stati abba- stanza rapidi e sono stati determinati in larga parte dalla necessità di combinare il susseguirsi di tecnologie sempre più efficienti e flessibili
con lo sviluppo delle infrastrutture, compatibile con le esigenze di manutenzione ed estensione dei servizi di base e delle relative infrastrutture.
Nel caso delle reti radiomobili questa evolu- zione è stata particolarmente veloce: in appena quindici anni si è passati dalle reti analogiche di
“prima generazione” alle reti evolute di “terza generazione”.
Le reti mobili di “prima generazione” (servizio TACS lanciato in Italia nel 1990) e di “seconda generazione” (GSM lanciato in Italia nel 1995) sono basate sulla commutazione di circuito e sulla mes- saggistica supportata dall’SMS.
La rete GPRS introdotta da TIM nel 2001, svi- luppata in gran parte facendo evolvere le compo- nenti di rete GSM, ha costituito il primo passo evolutivo verso la rete radiomobile per voce e dati a pacchetto. Questa evoluzione, continuata con l’incremento progressivo delle prestazioni e delle funzionalità, è proseguita nel 2004 con l’up- grade dell’intera rete GPRS ad EDGE che con- sente di elevare significativamente la banda disponibile al cliente, sino ad oltre 200 Kbit/s (in futuro di 300 Kbit/s o superiori).
Nel 2004 è stato inoltre avviato il servizio com- merciale della rete di “terza generazione” UMTS di TIM, costituita da una componente a circuito per servizi real time (videochiamata e voce) e da una componente a pacchetto per servizi dati ad alta velocità basata su Core Network GPRS.
Le prime evoluzioni della rete UMTS (Release 4) introducono il passaggio ad una architettura MSC Server - Media Gateway comune per accesso GSM ed UMTS ed il trasporto a pacchetto anche per i servizi real time (trasformazioni avviate nel 2004 nella rete TIM).
Le successive evoluzioni (Release 5) preve- dono un’infrastruttura IP per servizi voce, dati e multimedia (IMS).
Un’analoga evoluzione si sta osservando sulla rete fissa, seppur con tempistiche e modalità legate alla necessità di preservare gli investimenti fatti e soprattutto di mantenere la quota di busi- ness associata alla rete telefonica tradizionale.
Il primo passo evolutivo di Telecom Italia, com- piuto in un arco di due anni tra 2002 e 2004, è con- sistito nella realizzazione del BBN (Backbone Nazionale Multiservizio) che sostituisce la rete di transito telefonica con l’obiettivo di cogliere i bene- fici derivanti dalle sinergie nel trasporto fra servizi dati e voce (per approfondimenti sul BBN, si veda l’articolo “Il BackBone IP per i servizi telefonici”, Notiziario Tecnico, anno 13, n.1).
Il secondo passo, iniziato nel 2003, ed attual- mente in corso, è l’introduzione di una piattaforma NGN per servizi multimediali, ispirata all’architet- tura IMS e quindi caratterizzata da una netta sepa- razione tra i livelli di servizio, controllo e trasporto e dalla centralizzazione dei dati relativi ai profili dei clienti; tale piattaforma abilita una varietà di nuovi servizi per la clientela residenziale e SOHO, quali la videocomunicazione e la telefonia personale (Alice Mia), e per la clientela business quali i servizi Hyper Voice ed Hyper Centrex (per approfondi-
menti sulla piattaforma, si veda l’articolo “Le nuove piattaforme per i servizi multimediali”, Notiziario Tecnico anno 13, n.1).
L’architettura IMS è quindi il punto di arrivo e convergenza di due percorsi evolutivi nati con esi- genze e requisiti differenti. Le sue caratteristiche, approfondite in questo capitolo, ne consentono l’u- tilizzo in reti convergenti fisso-mobili.
5.1.1 Caratteristiche comuni nell’evoluzione delle reti fisse e mobili.
Il percorso di evoluzione delle reti fisse e mobili è contraddistinto da alcuni passaggi comuni seb- bene distinti dal punto di vista temporale. Per il mobile le opzioni di evoluzione architetturale sono riferibili anche all’evoluzione degli standard di rife- rimento (3GPP) che hanno anticipato analoghi svi- luppi del fisso (TISPAN).
Per le caratteristiche di base dei servizi suppor- tati (mobilità, roaming), la rete mobile è evoluta con una architettura “aperta” (necessità di interlavoro tra le reti per garantire il “roaming”) e più marcata- mente “a strati”, a causa della necessità di distin- guere il livello di servizio dal livello di commuta- zione e trasporto. Infatti, già con l’avvento del GSM, le reti mobili hanno previsto la distinzione tra funzioni/nodi di gestione del servizio e funzioni di controllo d’accesso/mobilità, quali per esempio registrazione, autenticazione e cifratura realizzate da nodi HLR/AuC centralizzati.
Questi principi sono rispettati anche nella evo- luzione della rete fissa tenendo conto che TISPAN per la definizione dell’architettura NGN si è forte- mente ispirato al 3GPP.
Possiamo evidenziare almeno tre momenti fon- damentali nell’evoluzione delle reti:
a) la distinzione fra le piattaforme di servizio ed applicative e l’infrastruttura di rete che realizza la commutazione e la connettività fino al cliente finale: la progressiva digitalizzazione e conver- genza di strati di rete su infrastrutture a pac- chetto, l’avvento del protocollo IP (Internet Protocol), l’approccio aperto degli standard Internet consentono, con la flessibilità delle nuove tecnologie, una sempre maggiore indi- pendenza dei servizi dalla infrastruttura di rete.
IP abilita l’offerta di nuovi servizi e allo stesso tempo lo sviluppo sulle reti “dati” anche dei ser- vizi voce di base (per esempio, VoIP su reti fisse) e multimediali.
b) la distinzione delle funzionalità di commutazione e trasporto da quelle di controllo con l’introdu- z i o n e , p e r l e re t i f i s s e , d e l l e t e c n o l o g i e Softswitch e MGW (attualmente presenti nei PoP BBN della rete di Wireline) e per le reti mobili di MSC Server e MGW (conformi alla Release 4 3GPP ed introdotti dal 2004 nella Core Network TIM). La separazione tra piano di controllo (legato essenzialmente alla numerosità dei clienti ed alla complessità dei servizi) e piano di commutazione e trasporto (legato essenzialmente ai volumi e caratteristiche di traffico svolto) consente di differenziare lo svi-
luppo dimensionale dei diversi piani. Da notare, inoltre, che il piano di controllo ed il piano di commutazione sono caratterizzati da traffici molto differenti: il traffico di segnalazione che interessa il piano di controllo è in genere note- volmente inferiore rispetto al traffico del cliente.
Ciò consente di adottare anche scelte architet- turali differenti per i due piani, per esempio accentrando le risorse di controllo e distri- buendo in rete le risorse di commutazione per ridurre le necessità di capacità di trasporto del traffico del cliente. Infatti, in tale situazione, i servizi person to person (per esempio, voce) richiedono un minor impegno di risorse di tra- smissione essendo la porzione di traffico a lunga distanza in genere molto inferiore rispetto a quella locale.
c) la tendenza ad un trasporto/commutazione basato su IP nella Core Network, con il pro- gressivo superamento della rete di trasporto a commutazione di circuito TDM. La rete BBN di W i r e l i n e i m p i e g a O P B ( O p t i c a l P a c k e t Backbone) per il trasporto di tutto il traffico telefonico di lunga distanza; anche nella rete TIM una porzione di traffico telefonico a lunga distanza è già trasportata su IP. Come detto, gli sviluppi tecnologici di rete mobile e di rete fissa abilitano il trasporto IP in core network con soluzioni che ottimizzano banda occupata e qualità per i servizi telefonici, aspetto fonda- mentale per conseguire qualità ottimale “end to end”.
Tali passaggi permettono di realizzare architet- ture di rete di tipo “orizzontale” in cui i differenti livelli di rete interlavorano attraverso interfacce definite funzionalmente e possibilmente aperte.
Fondamentale, in questo senso, è l’attività di stan- dardizzazione internazionale che negli ultimi anni, iniziando nel mondo mobile (attraverso il 3GPP) e approdando di recente nel mondo fisso (ETSI TISPAN), ha favorito notevolmente lo sviluppo del mercato e dei servizi.
5.1.2 Reti convergenti e servizi convergenti
La convergenza di componenti di rete e quella di componenti di servizio sono due aspetti correlati ma di base nettamente distinti. Mentre la conver- genza di rete può consentire di rendere più effi- c i e n t i l e p i a t t a f o r m e a p a r i t à d i s e r v i z i d a erogare/supportare, la convergenza dei servizi può consentire lo sviluppo delle piattaforme massimiz- zandone la fruibilità congiunta per clienti che acce- dono al servizio da rete fissa e da rete mobile.
Si tratta di possibilità non precluse dalle tecno- logie tradizionali, quali ad esempio OSA (Open Service Architecture) e IN (Intelligent network), che quindi potranno continuare ad avere un ruolo anche in futuro.
Il modello a strati dell’architettura di rete, appli- cabile a reti fisse e mobili, abilita processi di con- vergenza in quanto consente interventi di integra- zione all’interno dei singoli livelli senza alterare l’in- tera architettura di rete.
Alcuni elementi abilitanti la convergenza delle infrastrutture di rete sono:
1) uno strato comune di trasporto basato sul pro- tocollo IP e/o Gigabit Ethernet: in grado di sup- portare le differenti caratteristiche e requisiti delle tecnologie fisse e mobili.
2) uno strato di controllo comune basato su IMS: il sottosistema IMS sviluppato dal 3GPP si appre- sta a diventare la soluzione comune fra reti mobili e fisse per realizzare il controllo delle reti.
Il tentativo di collaborazione di recente avviato fra gli enti di standardizzazione 3GPP e ETSI TISPAN dovrebbe garantire che le future evolu- zioni di IMS siano in grado di soddisfare le esi- genze delle reti fisse e mobili, in particolare relativamente alle funzioni di controllo delle ses- sioni SIP, al trattamento della QoS, all’interla- voro con le altre reti a circuito e a pacchetto. E’
bene sottolineare, però, che IMS potrà assu- mere un ruolo cruciale nella fornitura di servizi convergenti a qualità “telecom grade” solo se tale collaborazione potrà garantire la piena inte- roperabilità tra le piattaforme ed i terminali.
3) la centralizzazione delle funzioni di autentica- zione e dei dati relativi ai profili dei clienti: per la rete mobile si tratta di una necessità legata ai servizi di base quindi già realizzata anche per il
“2G” dalle funzioni supportate dall’HLR e per la quale sono previste una serie di evoluzioni. In IMS sono stati previsti database centralizzati (HSS) per la gestione delle informazioni di servi- zio (es. registrazione ai servizi, personalizzazioni dei servizi) che sono utilizzate dalle diverse applicazioni. L’HSS è un’evoluzione dell’HLR utilizzato nelle reti radiomobili per la raccolta delle informazioni del cliente necessarie per l’accesso alla rete ed ai servizi e per la mobilità.
Nella definizione della NGN di rete fissa viene naturalmente mantenuto il concetto di centraliz- zazione dei profili su un UPSF (User Profile Server Function) che equivale alla parte IMS del HSS (quindi senza la parte HLR).
4) piattaforme di servizio comuni accessibili dalle differenti reti di accesso: a causa della non omogeneità delle caratteristiche delle diverse tecnologie di accesso (per esempio in termini di banda e caratteristiche dei terminali utilizzati dai clienti) gli stessi servizi potranno essere erogati con caratteristiche e prestazioni differenti sulle diverse reti di accesso. La disponibilità di inter- facce standard faciliterà lo sviluppo dei servizi.
Gli elementi sopra descritti sono riscontrabili nello scenario evolutivo di integrazione fra le reti Wireline e TIM (figura 7). In questo scenario gli accessi, fisso e mobile, e la rete di commutazione rimangono distinti mentre le piattaforme di back- bone IP/MPLS, le piattaforme di trasporto dei ser- vizi voce fissi e mobili e le piattaforme di controllo e di interworking per i servizi NGN/IMS vengono messe a fattor comune. A livello di servizio, ove è possibile e risulti conveniente, si condivideranno le piattaforme per la creazione dei servizi conver- genti, mentre per i contenuti si condivideranno le piattaforme di gestione e Content Delivery.
Fra le tecnologie che abilitano la convergenza fisso-mobile segnaliamo anche la tecnologia di accesso GAN (Generic Access Network), standardiz- zato in Release 6 3GPP sulla base di quanto già realiz- zata dal consorzio UMA (Unlicensed Mobile Access), composto da alcune manifatturiere e operatori fissi e mobili (Alcatel, Ericsson, Motorola, Nokia, Nortel Networks, Siemens, Sony Ericsson, Kineto Wireless, AT&T Wireless, British Telecom, Cingular, O2, Rogers Wireless, T-Mobile US) [www.umatechnology.org].
L a re t e G A N f o r n i s c e l ’ a c c e s s o a l l a C o re Network GSM/GPRS/EDGE, a circuito e
a pacchetto, attraverso una generica rete IP a larga banda che utilizzi tecno- logie di accesso wireless su bande non licenziate (WLAN/WiFi, Bluetooth). Il G A N c o s t i t u i s c e q u i n d i u n a c c e s s o complementare a GSM/GPRS/EDGE e UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) per la fornitura di servizi voce, dati e multimediali (inclusi SMS/MMS, servizi supplementari, servizi di emer- genza, servizi di localizzazione). Ai ter- minali dual mode GSM/GAN è consen- tito il roaming o l’handover (figura 8) fra copertura GSM/GPRS/EDGE e accesso G A N , i n m o d a l i t à t r a s p a re n t e p e r i l cliente.
L’accesso offerto dal GAN è definito generico in quanto in grado di operare su una qualunque rete IP che utilizza un accesso radio su bande di frequenza non licenziate. I protocolli fra terminale e Core Network sono trasparenti alla gene- rica rete IP in quanto realizzati mediante tunnelling.
Il GANC (Generic Access Network
Controller) realizza le funzioni di gateway fra l’accesso IP e la rete GSM ed “appare”
alla core network come un BSS (Base Station Subsystem) GSM/GPRS/EDGE (le interfacce con core network sono quelle standard 3GPP).
Il GANC svolge le funzioni di adatta- mento/transcodifica per la voce e realizza le funzionalità di controllo relative alla regi- strazione, al setup dei bearer, alla mobilità e le funzionalità di Security Gateway (SGW), che termina i tunnel provenienti dal terminale mobile e consente autenti- cazione, encryption e data integrity.
Il GAN deve fornire almeno lo stesso l i v e l l o d i s i c u re z z a g a r a n t i t o d a l GSM/GPRS per tutto il traffico fra termi- nale mobile e GANC. Il cliente dovrà essere autenticato ed autorizzato sulla base delle credenziali presenti su SIM.
Una possibile applicazione della tecno- logia GAN è riportata in figura 9 in cui il generico accesso IP è realizzato su rete fissa a larga banda e accesso radio WiFi.
Il terminale dual-mode GSM/GAN (nell’e- sempio GSM/WiFi) che entra in un’area di copertura GAN (ad esempio quando il cliente rientra nella propria abitazione nella quale è attiva una copertura WiFi), contatta il GANC attra- verso la rete di accesso a larga banda per richiedere l’autorizzazione ad usufruire dei servizi GSM e GPRS veicolati su accesso GAN.
5.1.3 Convivenza/migrazione del mondo legacy a commutazione di circuito
I principali driver comunemente indicati per l’a- dozione di IMS su accessi a larga banda sia mobili
Application Ser vices
Rete fissa/
nomadica Rete mobile
Control Platform
IN IMS
NB Access TDM Fixed
Switching TDM
Mobile Switching
BKB IP GERAN
2G
UTRAN GSN
HSS/UDB
NAS
xDSL BB WiFi VoIP
IP nativo TDM & IP
GBE/WDM 3G BRAS
BB BRAS GSN GBE HSS IMS IN NAS
=
=
=
=
=
=
=
=
BroadBand
BroadBAnd Remote Access Ser ver GPRS Suppor t Node
GigaBit Ethernet Home Subscriber Ser ver IP Multimedia Subsystem Intelligent Network Network Access Ser ver
NB TDM UDB UTRAN VoIP WDM xDSL
=
=
=
=
=
=
=
Narrow Band
Time Division Multiplexing Universal Data Base
UMTS Terrestrial Radio Access Network
Voice over IP
Wavelength Division Multiplexing x Subscriber Line
FIGURA 7
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Architettura target della rete integrata fisso e mobile.Accesso UMA/GAN Accesso GSM
Terminale Dual Mode
CORE NETWORK GSM Base Transceiver
Stations (BTS)
Unlicensed Wireless Network
(e.g. Wifi, Bluetooth...)
Generic Access Network Controller
(GANC) Base Station Controller (BSC) Private
Network
IP Access Network
GAN UMA
=
=
Generic Access Network Unlicensed Mobile Access
FIGURA 8
