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Panoramica sulle tecnologie delle reti mobili

 

Dal momento in cui Internet è entrato nella quotidianità, si è assistito ad un vero e proprio cambiamento.
Le prime forme di pubblicità e marketing erano legate a banner, testo e immagini. Ora i messaggi sono presenti ovunque, giochi e video compresi. Non è raro vedere apparire una pubblicità nell’attesa del caricamento di una pagina, o ricevere un messaggio tramite Bluetooth al passaggio nei pressi di un negozio. Per esempio: “LastMinute.com sfruttando un database di Tim fra i 24 e i 55 anni ha coinvolto migliaia di persone nelle proprie attività di guerrilla marketing a Roma e Milano”[1].
Di seguito la panoramica delle evoluzioni delle tecnologie, delle reti mobili, dei dispositivi, dei sistemi operativi e dei browser.
Quando si parla di velocità della rete si affronta il primo aspetto importante legato alle scelte di marketing da compiere.
La figura sottostante “mostra i 15 anni di evoluzione delle reti per il mobile”[2]

evo reti

Ecco una piccola analisi delle tecnologie:

1G:
è la prima generazione per la telefonia mobile. Lanciata negli anni ‘80 è una tecnologia analogica. Non era particolarmente sensibile alla distanza tra chiamante e ripetitore.
Il territorio è diviso in celle. Le frequenze sono distribuite tra 890-960 MHz. Non è possibile la trasmissione di dati, né il roaming internazionale. Non c’è un sistema di crittografia. Incompatibilità di hardware e software con gli altri, perché ogni paese sviluppa il suo sistema di comunicazione mobile.


2G:
è la seconda generazione di telefonia mobile. Lanciata nel 1991 da una compagnia Finlandese.
La differenza principale fra le reti di prima e quelle di seconda generazione è che quest'ultime sono completamente digitali. Fra i principali benefici che hanno introdotto vi sono:
la completa cifratura delle trasmissioni via etere, che previene intercettazioni illegali;
la miglior efficienza spettrale;
la possibilità di usufruire di servizi dati (come gli SMS).
Il GSM è la tecnologia di seconda generazione che ha riscosso il maggior successo: nato in Europa ma usato in tutto il mondo, serve oltre l'80% degli utenti di telefonia mobile.
Altri standard sono:
l'IS-95 (noto anche come cdmaOne), usato negli Stati Uniti ed in parte dell'Asia;
l'IS-136 (o D-AMPS), in passato prevalente in America;
il PDC, usato in Giappone.
Caratteristiche
Le tecniche di autenticazione e crittografia introdotte con le tecnologie di seconda generazione riducono le frodi, impedendo la clonazione dei telefoni, e prevengono le intercettazioni da parte di persone non autorizzate: con le tecnologie di prima generazione era possibile trasferire l'identità di un telefono ad un altro (in modo da far addebitare le proprie chiamate ad altri) e non era particolarmente difficile origliare le conversazioni altrui.
L'uso di segnali digitali fra i telefonini e le stazioni radio base incrementa poi la capacità del sistema, in quanto il segnale vocale può essere compresso più efficientemente rispetto a quello analogico; ciò permette la condivisione della stessa banda da parte di un numero maggiore di chiamate. Sempre grazie alla trasmissione digitale, la potenza necessaria per le trasmissioni è minore (e quindi la durata delle batterie è maggiore) e la qualità del suono può risultare migliorata.
L'uso del digitale ha infine favorito l'introduzione di servizi dati, come fax, SMS (resi poi disponibili anche su telefoni di prima generazione) e WAP.
Esistono alcune tecnologie intermedie fra la seconda e la terza generazione, identificate comunemente come 2,5G (generazione 2 e mezzo) e 2,75G (generazione due e tre quarti). Il termine 2,5G è usato per classificare lo standard GPRS (General Packet Radio Service), evoluzione del GSM che migliora il supporto per la trasmissione dati introducendo la commutazione di pacchetto. 2,75G è invece usato per identificare l'EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), evoluzione del GPRS che consente maggiori velocità[3].


GSM:
L'origine dell'acronimo GSM deriva dal nome del gruppo francese che ne ha iniziato lo sviluppo (Groupe Spécial Mobile). In seguito si decise di mantenere la stessa sigla, cambiandone però il significato. […] La prima rete commerciale funzionante è stata la finlandese Radiolinja.
Nel 1998 fu creato il consorzio 3GPP (3rd Generation Partnership Project), con lo scopo iniziale di definire le specifiche tecniche dei dispositivi mobili di terza generazione (vedi articolo UMTS). Di fatto il 3GPP si sta occupando anche della manutenzione e dello sviluppo delle specifiche GSM. ETSI è uno dei partner del consorzio 3GPP.
In Italia, in seguito ad un provvedimento dell'8 ottobre 1992 dell'Ispettorato Generale delle Telecomunicazioni, viene autorizzata la SIP all'avvio commerciale del servizio GSM, in via provvisoria e limitatamente ad un'utenza amica. L'anno seguente, in seguito a rimostranze di altre società (e dell'Unione europea stessa), per non aver aperto alla concorrenza i servizi di telefonia radiomobile (sistemi TACS e GSM), verrà emesso un provvedimento che ne dichiarerà l'illegittimità di una gestione esclusiva del servizio, aprendolo ad altri gestori.
L'introduzione del GSM ha rappresentato una vera e propria rivoluzione nell'ambito dei sistemi di telefonia mobile. Fondamentalmente i numerosi vantaggi rispetto ai precedenti sistemi cellulari sono stati:
interoperabilità tra reti diverse che fanno capo ad un unico standard internazionale;
comunicazione di tipo digitale.
L'introduzione di una trasmissione di tipo digitale a sua volta porta con sé tre grosse e importanti conseguenze:
maggiore velocità di trasmissione grazie alle tecniche di compressione dati proprie della codifica di sorgente (codifica LPC);
nuovi più ampi servizi (es. SMS) grazie all'aumento della velocità di trasmissione.
funzioni di sicurezza in termini di cifratura della comunicazione.
La tecnologia alla base del GSM è significativamente diversa dalle precedenti (es. TACS) soprattutto per il fatto che sia il canale di identificazione che quello di conversazione supportano una comunicazione digitale. Per questo motivo il nuovo standard è stato lanciato sul mercato come sistema di telefonia mobile di seconda generazione (o più sinteticamente 2G).
[…] La diffusione universale dello standard GSM ha fatto sì che la maggior parte degli operatori internazionali di telefonia mobile stipulassero fra di loro accordi per l'effettuazione del cosiddetto roaming (commutazione automatica fra diverse reti) grazie all'interoperabilità offerta dallo standard stesso.
Il maggior punto di forza del sistema GSM è stata la possibilità, da parte degli utenti, di accedere a tutta una serie di nuovi servizi a costi molto contenuti. Ad esempio lo scambio di messaggi testuali (SMS) è stato sviluppato per la prima volta in assoluto in ambito GSM.
Uno dei principali vantaggi per gli operatori è stato, invece, la possibilità di acquistare infrastrutture ed attrezzature a costi resi bassi dalla concorrenza fra i produttori sullo standard comune imposto. Per contro, una delle limitazioni più serie è derivata dal fatto che le reti GSM impiegano la tecnologia di accesso radio di tipo TDMA, considerata meno avanzata ed efficiente rispetto alla concorrente tecnologia CDMA. Tuttavia le prestazioni effettivamente riscontrate sul campo non sono molto diverse tra loro.
[…]
Negli ultimi anni lo standard GSM è stato esteso introducendo il protocollo di comunicazione ASCI (nell'ambito del sistema GSM-R). Tale protocollo è utilizzato soprattutto in ambito ferroviario e di protezione civile e permette di utilizzare particolari cellulari GSM come walkie-talkie.
A partire dal 2006 la rete GSM permette di utilizzare il protocollo Dual Transfer Mode (DTM): un altro aspetto innovativo della rete GSM che la rende sempre più vicina a quella UMTS. Con il DTM un cellulare può contemporaneamente chiamare e trasmettere dati pacchetto. Il terminale DTM è quindi molto simile ad un modem ADSL che permette di navigare in internet e di telefonare contemporaneamente. Questa nuova tecnologia rende tra l'altro possibile effettuare la videochiamata su rete GSM permettendo agli operatori telefonici di fornire servizi di terza generazione senza dover necessariamente migrare in toto sulla rete UMTS[4].


GPRS:
Il GPRS (General Packet Radio Service) è un sistema basato sulla commutazione di pacchetto tramite onde radio. GPRS consente di raggiungere velocità di 57.6 Kbit/s in download e di 14.4 Kbit/s in upload e mantenere una connessione permanente ad Internet. GPRS è oramai diventato lo standard per la trasmissione dati nella rete telefonica cellulare attraverso la commutazione di pacchetto[5].


EDGE:
In telecomunicazioni l'EDGE (acronimo di Enhanced Data rates for GSM Evolution) o EGPRS (Enhanced GPRS) è un'evoluzione dello standard GPRS per il trasferimento dati sulla rete cellulare GSM che consente maggiori velocità di trasferimento dei dati. L'aumento di velocità è stato ottenuto introducendo una nuova modulazione, la 8-PSK.
Con l'EDGE la velocità di trasmissione dati passa dai 171,2 kbps del GPRS a 473,6 kbps teorici (considerando di utilizzare tutti gli 8 Time Slot), 2,5 volte superiore alla tecnologia precedente […]
La connessione è stabile a una velocità fra i 150 e i 200 kbps, mentre per il GPRS è stabile fra i 50 e i 60 kbps, come per un modem analogico […]
Al 2011 gli operatori di telecomunicazioni italiani a supportare lo standard EDGE sono TIM, Wind (che, sebbene attiva, non viene pubblicizzata), mentre Vodafone sta estendendo tale copertura in quanto sta effettuando lo swap delle apparecchiature di rete verso un nuovo hardware. L'azienda di telecomunicazioni AT&T ha dichiarato che entro il 2017 le linee GSM ed EDGE americane verranno spente per favorire l'afflusso dell'utenza sulle reti UMTS ed LTE. Attualmente non si sa cosa accadrà negli altri continenti[6].


3G:
Nell'ambito della telefonia cellulare, il termine 3G (acronimo di 3rd Generation) indica le tecnologie e gli standard di terza generazione.
I servizi abilitati dalle tecnologie di terza generazione consentono il trasferimento sia di dati "voce" (telefonate digitali) che di dati "non-voce" (ad esempio, download da internet, invio e ricezione di email ed instant messaging anche se la killer application[7] utilizzata come traino dal marketing degli operatori 3G per l'acquisizione di nuova clientela è la videochiamata).
[…]Il primo paese ad introdurre la tecnologia 3G su scala commerciale è stato il Giappone: nel 2005 circa il 40% delle utenze erano esclusivamente su reti 3G e la transizione della maggior parte delle utenze da reti 2G a 3G dovrebbe essere conclusa dal 2006.
L'esperienza giapponese ha inoltre mostrato che la videotelefonia è lungi dall'essere la killer application delle reti 3G ed occupa solo una frazione dei servizi offerti e fruiti su tali reti; tra i servizi di maggiore interesse per gli utenti vi è, ad esempio, il downloading di file musicali, l'utilizzo di servizi video a contenuto generato dall'utente, quali videoblog e moblog, e di servizi di incontri in video, denominati video dating.
Le tecnologie 3G sono basate sulle specifiche ITM-2000 emanate dall'ITU[8]: originariamente pensato per essere uno standard univoco ed unificato a livello mondiale il 3G è stato in realtà implementato in quattro differenti standard.
UMTS (W-CDMA)
Lo standard UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), basato sul W-CDMA, è lo standard prevalente nei paesi dove viene usato il GSM (la maggioranza di quelli europei) e viene gestito dal 3GPP, organizzazione che è responsabile anche degli standard GSM, GPRS ed EDGE.
CDMA 2000
Altro significativo standard che un'evoluzione dello standard CDMA IS-95 sviluppato in ambito 2G. Gli operatori che hanno installato reti basate su tale standard sono prevalentemente in America, Giappone e Corea. Tale standard viene gestito dal 3GPP2, organizzazione separata ed indipendente dalla 3GPP ed è stato adottato dall'ITU.
[…] Le velocità di trasmissione dati offerte dallo standard vanno da 144 kb/s fino ad oltre 3 Mb/s.
TD-SCDMA
Si tratta di uno standard meno noto, sviluppato in Cina dalla Datang e dalla Siemens AG che ne prevedevano l'operatività per il 2005.
Wideband CDMA
Le velocità di trasmissione dati offerte dallo standard vanno da 384 kb/s fino ad 2 Mb/s: se usato in una WAN il protocollo consente velocità di 384 kb/s mentre raggiunge 2 Mb/s con una LAN. È stato anch'esso adottato dall'ITU[9].


4G:
acronimo di “quarta generazione”, indica l’evoluzione delle tecnologie e degli standard dalla generazione precedente.
L'ITU ha recentemente autorizzato l'utilizzo della denominazione 4G per tecnologie quali LTE (che verrà lanciato in Italia entro il 2013) e Wimax.
La NTT DoCoMo, il più importante operatore mobile giapponese, è riuscita a testare, nel settembre del 2005, lo streaming video di ben 32 filmati ad alta definizione su un nuovo terminale connesso ad un mini-network 4G. Uno degli aspetti interessanti è che i test sono stati effettuati all'interno di un'autovettura in movimento che si spostava alla velocità di 20 km/h: a tale velocità, la riproduzione non è stata interrotta. I tecnici giapponesi hanno dichiarato che i nuovi terminali sono in grado di ricevere fino ad un massimo di 100 Megabit/s in movimento e 1 Gigabit/s in posizione statica: in pratica il contenuto di un normale DVD video potrebbe essere scaricato in quasi un minuto da un terminale connesso ad una rete 4G; un decisivo salto prestazionale, se paragonato alle attuali performance della tecnologia di terza generazione (o 3G) che supporta velocità di connessione fino ad un massimo di 3 Mbit/s (ad esempio, per lo standard CDMA 2000) o 14,4 Mbit/s (per l'HSDPA).
[…]
Transizione.
Il gruppo di lavoro chiamato Next Generation Mobile Networks (NGMN), formato da alcuni dei maggiori operatori di telefonia mobile, stabilirà le norme per la costruzione della futura rete, basata su una architettura a commutazione di pacchetto, che consentirà la transizione graduale verso una rete IP delle reti 2G e 3G. Era stato ipotizzato che la tecnologia 4G fosse disponibile a livello commerciale dal 2010. Dal 7 novembre 2012 è possibile aderire ad una offerta Telecom Italia studiata appositamente per il 4G in 4 città italiane: Roma, Milano Torino e Napoli.
Uso.
La Cina ha iniziato alcuni progetti per promuovere la tecnologia 4G. Pechino grazie a questi progetti pubblici e privati si candida a diventare una delle prime città del mondo a dotarsi di rete di quarta generazione. Nel frattempo, la cittadina di Ivrea è una delle prime ad essere totalmente cablata in modalità Pre-4G grazie alla copertura offerta dal provider telefonico Vodafone[10].
È notizia del 30 ottobre 2012 che la Vodafone Italia ha lanciato il 4G che antecede quindi il lancio del 7 novembre di Telecom Italia.


WiMax:
In telecomunicazioni il WiMAX (acronimo di Worldwide Interoperability for Microwave Access) è una tecnologia ed uno standard tecnico di trasmissione che consente l'accesso di tipo wireless a reti di telecomunicazioni a banda larga (BWA - Broadband Wireless Access).
L'acronimo è stato definito da WiMAX Forum, un consorzio formato da più di 420 aziende il cui scopo è sviluppare, supervisionare, promuovere e testare l'interoperabilità di sistemi basati sullo standard IEEE 802.16, conosciuto anche come WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Network). Il WiMAX Forum si è formato nel giugno 2001.
[...]WiMAX è una tecnologia di trasmissione senza fili d'accesso a banda larga. Ha la possibilità, al pari di altre tecnologie wireless, di essere utilizzato su molti tipi di territorio (si possono utilizzare sistemi WiMAX in ambienti dall'urbano al rurale).
A seconda della normativa del paese di riferimento, le frequenze usate da Wimax potrebbero essere soggette a concessione in licenza (cioè assegnate in uso esclusivo dalle istituzioni governative preposte a enti e aziende, solitamente dietro compenso) oppure trovarsi su bande "non licenziate" (cioè essere frequenze per il cui utilizzo non è necessaria licenza, ma possono essere necessarie autorizzazioni).
La tecnologia supporta velocità di trasmissione di dati condivisi fino a 70 Mbit/s in aree metropolitane.[...]
Sulla base delle aspettative sul Wimax, si prevedeva di poter fornire copertura a banda larga per un ampio raggio (fino a 50 km) da ciascuna stazione base, con la conseguente possibilità di utilizzo della tecnologia per ridurre il digital divide. I test condotti sul campo hanno però rivelato prestazioni decisamente inferiori.
In particolare, da una sperimentazione della fondazione Ugo Bordoni condotta in Italia tra il 2005 e il 2006 è emerso che, sulla frequenza di 3,5 GHz in condizioni di visibilità ottica ostruita e non, le prestazioni sono accettabili per distanze al più di qualche chilometro, che si riducono a poche centinaia di metri in condizioni di assenza di visibilità ottica. Va tuttavia notato che la sperimentazione è stata condotta con un limite alla potenza massima di emissione EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) di 36 dBm ovvero 4 Watt. Vi sono inoltre delle complicazioni dovute alla normativa elettromagnetica, che varia comunque da stato a stato, che potrebbero limitare lo sfruttamento del Wimax per questi fini.
I proponenti sperano che questa tecnologia nel giro di pochi anni venga adottata anche per i computer portatili e per i PDA. Occorre però precisare che il vero roaming a banda larga di tipo cellulare senza fili si baserà sullo standard 802.20, peraltro compatibile con WiMAX.
[...] Secondo alcuni si potrebbe addirittura dire che WiMAX è sinonimo di IEEE 802.16. Ciò nonostante uno degli obiettivi fondamentali del WiMAX Forum, è la ricerca dell'interoperabilità, e i dispositivi che vengono ufficialmente certificati da questa organizzazione rispettano sia lo standard americano IEEE 802.16 che lo standard HIPERMAN, proposto dall'ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Recentemente è stata allargata la compatibilità anche ai prodotti coreani WiBro[11].


LTE:
In telecomunicazioni l'LTE, termine derivato dall'acronimo di Long Term Evolution, è la più recente evoluzione degli standard di telefonia mobile cellulare GSM/UMTS, CDMA2000 e TD-SCDMA.
Nasce come nuova generazione per i sistemi di accesso mobile a banda larga (Broadband Wireless Access) e, dal punto di vista teorico fa parte del segmento Pre-4G, collocandosi in una posizione intermedia fra le tecnologie 3G come l'UMTS e quelle di quarta generazione pura (4G) ancora in fase di sviluppo. Nonostante ciò, con l'intento di porre fine alla confusione tra l'utilizzo in marketing del termine 4G e la vera classificazione come 4G, l'ITU ha recentemente deciso di applicare il termine 4G anche all'LTE[12].
La tecnologia è in competizione con WiMax. In Italia nel 2011 viene pubblicato il bando[13] sulla “Gazzetta ufficiale” per l’assegnazione delle frequenze. Partecipano Telecom Italia, Vodafone Italia, Wind Telecomunicazioni e 3 Italia che saranno gli sviluppatori di questa tecnologia.


WLAN e WiFi:
In informatica e telecomunicazioni, Wireless Local Area Network, termine inglese abbreviato in WLAN o Wireless LAN, indica una rete locale che sfrutta la tecnologia wireless, invece di una connessione cablata via cavo. In altre parole: con la sigla WLAN si indicano genericamente tutte le reti locali di computer che non utilizzano dei collegamenti via cavo per connettere fra loro gli host della rete[14].
In telecomunicazioni il termine Wi-Fi indica la tecnica e i relativi dispositivi che consentono a terminali di utenza di collegarsi tra loro attraverso una rete locale in maniera wireless (WLAN) basandosi sulle specifiche dello standard IEEE 802.11. A sua volta la rete locale così ottenuta può essere interallacciata alla rete Internet tramite un router ed usufruire di tutti i servizi di connettività offerti da un ISP. Qualunque dispositivo o terminale di utenza (computer, cellulare, palmare, tablet ecc.) può connettersi a reti di questo tipo se integrato con le specifiche tecniche del protocollo Wi-Fi. […]
Un dispositivo, anche se conforme alle specifiche dello standard, non può utilizzare il logo ufficiale Wi-Fi se non ha superato le procedure di certificazione stabilite dal consorzio Wi-Fi Alliance (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), che testa e certifica la compatibilità dei componenti wireless con gli standard 802.11x (della famiglia 802.11). La presenza del marchio Wi-Fi su di un dispositivo dovrebbe quindi garantirne l'interoperabilità con gli altri dispositivi certificati, anche se prodotti da aziende differenti.
[…]
Localizzazione degli access point
Accessi wi-fi sono attualmente disponibili in vari aeroporti, stazioni ferroviarie, internet café, alberghi, edifici pubblici (ministeri, università, scuole, uffici, ospedali) e privati sparsi per il mondo. In Europa è diffusa la rete dei "Totem Freestation".
Esistono anche città, gruppi o singoli individui che hanno costruito reti wi-fi adottando un regolamento comune per garantirne l'interoperabilità (http://www.freenetworks.org/peering.html).
Nella wireless community network è disponibile un elenco mondiale delle reti wi-fi.
Sono, infine, in via di rapida espansione le iniziative FON[15] che puntano a costituire una grande community wi-fi mondiale consentendo l'accesso ad internet sia ai membri della stessa community (quando si trovano in viaggio), che ad utenti occasionali, dietro pagamento di un corrispettivo minimo[16].


Bluetooth:
la tecnologia Bluetooth utilizza il segnale radio con una copertura di qualche decina di metri. Mette in comunicazione i dispositivi (come palmari, telefoni cellulari, PC, portatili, stampanti, fotocamere digitali, auricolari, ecc.) tra di loro per scambiare informazioni.
Il protocollo Bluetooth lavora nelle frequenze libere di 2,45 GHz. Per ridurre le interferenze il protocollo divide la banda in 79 canali e provvede a commutare tra i vari canali 1.600 volte al secondo (frequency hopping). […]
Bluetooth non è uno standard comparabile con il Wi-Fi, dato che questo è un protocollo nato per fornire elevate velocità di trasmissione con un raggio maggiore, a costo di una maggior potenza dissipata e di un hardware molto più costoso. Infatti il Bluetooth crea una personal area network (PAN) mentre il Wi-FI crea una local area network. Il Bluetooth può essere paragonato al bus USB mentre il Wi-FI può essere paragonato allo standard ethernet[17].


VoIP:
VoIP sta per Voice over Internet Protocol o Voice over IP. Si tratta semplicemente di un modo di usare un segnale broadband Internet per la trasmissione della voce. Skype e Vonage sono stati fra i primi a diffondere questo tipo di comunicazione. Con l’aggiunta di un convertitore di segnale o di una cuffia con microfono al computer, il VoIP consente di effettuare chiamate telefoniche da computer a computer o direttamente ai telefoni[18].
In realtà più in generale il VoIP consente una comunicazione audio-video real-time, unicast o multicast, su rete a pacchetto (es. videotelefonata, videochiamata e videoconferenza)[19].
I costi sono molto bassi; le distanze geografiche (nazioni differenti) sono abbattute; anche i costi delle infrastrutture sono modesti una volta che si ha una rete IP. È necessario che il gestore della rete garantisca una buona larghezza di banda.


FemtoCell:
è una tecnologia utilizzata all’interno di edifici per potenziare i segnali dei dispositivi mobili convertendo un segnale broadband via filo in un segnale radio che può essere raccolto dai telefoni cellulari. AT&T, Sprint e Verizon offrono già stazioni FemtoCell per abitazioni e le hanno installate in alcune sedi commerciali. Questo tipo dio tecnologia probabilmente sarà importante per migliorare l’accesso ai messaggi di mobile marketing quando i destinatari si trovano all’interno di edifici, dove i segnali mobili sono più deboli.


UMA:
come FetmoCell, UMA (Unlicensed Mobile Access, ndr) impiega una stazione base che usa segnali WiFi per trasferimento di voci e dati da apparecchi mobili. La stazione base offre un migliore accesso a GSM e GPRS sfruttando zone non licenziate dello spettro. Negli Stati Uniti è promossa la T-Mobile: in Inghilterra da British Telecom[20].