Da Filippide a Internet: l'evoluzione dei mezzi di comunicazione Fulvio Babich Dobbiaco 29 luglio 2010

Spiegare, anche a un pubblico non esperto del settore, Obiettivo Spiegare, anche a un pubblico non esperto del settore,  i passaggi fondamentali che hanno reso possibile al giorno d'oggi (tele)comunicare praticamente sempre, ovunque e con chiunque.

La battaglia di Maratona 490 a.C. Ateniesi: 10000 uomini. Persiani: 25000 uomini. Eucle (o Filippide) chiese, vanamente, l’aiuto degli Spartani, percorrendo circa 250 km 2 volte in 4 giorni (da cui la Spartathlon, gara percorsa in circa 24 ore). Filippide (Pheidippides) annunciò la vittoria agli ateniesi, percorrendo i poco meno di 40 km che separano Maratona da Atene, e morì. La maratona divenne la gara simbolo delle Olimpiadi moderne, sulla distanza di 42,195 km (dal 1908; distanza dal Castello di Windsor allo Stadio Olimpico di Londra).

Comunicare a distanza Informazione (esito della battaglia). Sorgente di informazione: evento (battaglia). Destinatario di informazione (cittadini di Atene). Mezzo trasmissivo (strada). Segnale (Filippide: supporto materiale dell’informazione). Risorse Banda (utilizzo condiviso del mezzo trasmissivo) Energia Parametri Distanza Qualità (ritardo, errori, distorsione)

(Tele)comunicare Rendere possibile l’invio di informazione dalla sorgente a uno o più destinatari, sfruttando in modo efficiente le risorse a disposizione, nel rispetto dei vincoli di qualità del servizio.

Tecniche di comunicazione a distanza Messaggeri Emerodromi: Filippide Corrieri a cavallo Piccioni viaggiatori Tecniche ottiche Segnali di fumo Specchi Bandiere Tecniche acustiche Tamburi

1880 “L’evoluzione tecnologica ha fatto sì che oggi le informazioni ci giungano rapidissimamente e in gran quantità, tanto da non lasciarci più il tempo di pensare.” (un ministro inglese, parlando del trasporto di messaggi mediante ferrovia)

L’energia elettrica Alessandro Volta: la pila elettrica (1799). Hans Christian Ørsted: il campo elettromagnetico (1820). Michael Faraday: induzione elettrica (1830). Heinrich Rudolf Hertz: onde elettromagnetiche e loro trasmissione attraverso il vuoto (radiazione elettromagnetica) (1866). James Clerk Maxwell: natura unitaria della luce e dei campi elettromagnetici (1876).

Velocità di propagazione Velocità del suono nell’aria: 343 m/s a 20 °C. Velocità della luce (radiazione elettromagnetica) nel vuoto: 300 000 km/s. Velocità della radiazione elettromagnetica in un cavo coassiale: 200 000 km/s. Ritardo con cui riceviamo la luce del sole (distanza 150 milioni di chilometri): 8 minuti.

Il primo passo Un nuovo segnale: il campo elettromagnetico. Modulare: far variare le caratteristiche del segnale in maniera dipendente dall’informazione che si vuole trasferire. Trasmettere: consentire la propagazione del segnale dalla sorgente al destinatario su un opportuno mezzo. Demodulare: ricostruire l’informazione in base alle caratteristiche del segnale ricevuto.

I mezzi trasmissivi I cavi elettrici (propagazione guidata) 1837, 1844: Telegrafo (Codice Morse) 1871, 1875 : Telefono (Meucci, Bell) Il vuoto (propagazione libera) 1895: Radiotrasmissione (Marconi) 1920: Prima stazione radio commerciale (KDKA) (Conrad) 1928: Prime stazioni TV sperimentali (W2XCW, NBC ) 1960: Comunicazioni via satellite Il vetro (propagazione guidata luce) 1966: Fibre ottiche (Charles K. Kao)

Informazione Analogica Voce (funzione a valori reali del tempo) Misura di un sensore di temperatura (funzione del tempo) Immagine (funzioni di due variabili spaziali) Video (funzioni del tempo e dello spazio) Numerica (digitale) Misura di un sensore di allarme (a due valori) Testo (alfabeto di dimensione finita) Risultati di un programma di calcolo

Informazione numerica Il codice Morse. Il codice Baudot. La codifica ASCII.

Modulazione Analogica: far variare un parametro (ampiezza, frequenza) dell’onda elettromagnetica in modo proporzionale all’informazione che si vuole trasmettere. Numerica (digitale): il segnale trasmesso è una successione di funzioni del tempo scelte in un insieme di dimensione finita.

Commutazione Mettere in comunicazione due utenti Necessità di un collegamento punto-punto fra ogni coppia di utenti (troppi collegamenti) Soluzione: le centrali di commutazione Gli utenti sono collegati alle centrali Nelle centrali viene stabilito un collegamento fra gli utenti che intendono comunicare (commutazione di circuito). Le prime centrali prevedevano l’utilizzo di un operatore.

Come evolve la commutazione Commutazione manuale (di circuito) Commutazione meccanica dal 1899, per le sole comunicazioni locali (mentre sulle tratte internazionali rimase operativa sino al 1970 la commutazione manuale o teleselezione). Commutazione elettronica I crossbar elettronici (1940-1950) Commutazione numerica Centrale digitale (1975) 1900: invenzione del diodo 1948: invenzione del transistore 1941: computer Z3 di Zuse 1945: architettura di Von Neumann

Evoluzione tecnologica Trasmissione numerica (informazione digitale) Commutazione numerica Elaborazione dell’informazione Dorsale ottica (trasporto a larga banda) Rete intelligente: il supporto alla mobilità Accesso senza fili: la mobilità (accesso satellitare) Accesso a larga banda (accesso integrato ai servizi) Trasporto integrato: Commutazione di pacchetto

Una rete unica (almeno idealmente) Rete di accesso Rete di telecomunicazioni Obiettivo: permettere il collegamento di una sorgente di informazione (qualsiasi, fissa o mobile) con uno o più fruitori (fissi o mobili) per l’inoltro di informazione multimediale nel rispetto dei vincoli di qualità del servizio Rete di trasporto

Alcune considerazioni Proliferazione Di tecniche Di standard Di terminali Di servizi Obiettivi attuali (dei fornitori di servizi) Integrazione (Triple play: telefonia+televisione+Internet) Accesso universale (Quad play: Triple play + wireless) Semplificazione: un solo terminale, un solo numero Risparmio

Proliferazione: le cause Servizi diversi – esigenze specifiche Telefonia Radio/televisione Posta elettronica (trasmissione messaggi) Accesso all’informazione (Internet: World Wide Web) Transazioni bancarie

Caratteristiche-requisiti (1) Telefonia Informazione (di natura) analogica Servizio interattivo in tempo reale (ritardo < 300 ms) Servizio simmetrico (unicast) Errori (distorsioni) tollerati Contenuto informativo effettivo: moderato (banda effettiva: 20 kHz; banda fonica: 4 kHz)

Caratteristiche-requisiti (2) Televisione Informazione analogica Multimediale (sincronismo) Servizio diffusivo in tempo (quasi) reale Servizio unidirezionale (broadcast) Errori (distorsioni) tollerati Contenuto informativo effettivo molto elevato (Mbit/s-Gbit/s)

Caratteristiche-requisiti (3) Televideo Informazione numerica Servizio diffusivo in tempo differito Servizio unidirezionale con controllo della visualizzazione Errori non tollerati Contenuto informativo basso (bit/s)

Caratteristiche-requisiti (4) Posta elettronica/Twitter/SMS Informazione numerica Servizio interattivo in tempo differito Servizio simmetrico Errori non tollerati Contenuto informativo medio/basso Esigenze di riservatezza

Caratteristiche-requisiti (5) Accesso all’informazione (WWW) Informazione numerica Servizio interattivo in tempo differito Servizio asimmetrico Errori non tollerati Contenuto informativo medio/elevato Trasmissione a elevata intermittenza (bursty)

Caratteristiche-requisiti (6) Transazioni bancarie Informazione numerica Servizio interattivo in tempo differito Servizio asimmetrico Errori non tollerati Contenuto informativo basso Elevati requisiti di sicurezza

Integrazione: alcuni problemi aperti Qualità del servizio (non garantita) Ritardo (non delimitabile) Errori (mezzi non affidabili: radiocomunicazione) Jitter (sincronismo imperfetto) Sicurezza Compatibilità: affollamento spettro radio Diffusione ottimizzata (routing: efficienza, molteplicità di percorsi alternativi; multicasting: inoltro selettivo; cooperazione) Cognitive radio (adattarsi all’utente, all’ambiente, al sistema): dispositivi multi-standard

Telefonia e Internet Voice over IP (telefonia a basso costo) VoIP diventa mobile (Convergenza fisso-mobile-FMC) IP Multimedia System (IMS) Interazione fra Internet e standard di comunicazione mobile: accesso mediante operatore radio, trasporto a pacchetto. Unlicensed Mobile Access (UMA) Accesso radio (senza operatore) anche tramite Wi-Fi (con telefono mobile), mantenendo il numero. Voice over LTE (Long Term Evolution) Generic Access (VoLGA) Combinazione di commutazione di circuito e commutazione di pacchetto che utilizza il protocollo per la comunicazione vocale Unlicensed Mobile Access/Generic Access Network (UMA/GAN).

Accesso per tutti: Wi-Fi/WiMax Superare il digital divide Larga banda a utenti non facilmente raggiungibili mediante ADSL Migliorare la qualità del servizio Percorsi alternativi (individualmente non affidabili) Dorsale Wi-Max Mesh Distribuzione Wi-Fi Ad Hoc Internet

Uno scenario complesso WiMAX BS WiMAX RS WLAN Mesh Links

Applicazioni WLAN * From IEEE doc. 802.11-04/0662r16

Reti mesh

Alcuni riferimenti bibliografici S. Haykin, M. Moher, “Introduzione alle telecomunicazioni analogiche e digitali”, Milano : CEA, 2007. A. Pattavina, Reti di telecomunicazioni, McGraw-Hill, 2003. G. L. Stuber, “Principles of mobile communication”, Kluwer Academic, 2001. J.F. Kurose, K.W. Ross, Internet e reti di calcolatori, McGraw-Hill, 2002. W. Stallings, “Data and computer communications”, 7. ed. - Upper Saddle River, Pearson Prentice Hall, 2004. W.R. Stevens, TCP IP Illustrated, Addison Wesley. W. Stallings, “Crittografia e sicurezza delle reti”, 2. ed. - Milano: McGraw-Hill, 2007.

Grazie