Il Wi-Fi e il suo uso per reti pubbliche - Francesco Vatalaro Dipartimento di Ingegneria dell'Impresa "Mario Lucertini"
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Il Wi-Fi e il suo uso per reti pubbliche
Francesco Vatalaro
Dipartimento di Ingegneria dell’Impresa “Mario Lucertini”
Università di Roma “Tor Vergata”
Padova, Orto Botanico - Aula Emiciclo, 27 Marzo 2015
Contenuti
• Evoluzione e caratteristiche tecniche
• Modelli di Business proposti
• Evoluzione del traffico mobile
• Scarico dati e soluzioni carrier grade
• Integrazione con le reti LTE
• Il futuro del Wi-Fi: opportunità e minacce
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Contenuti
• Evoluzione e caratteristiche tecniche
• Modelli di Business proposti
• Evoluzione del traffico mobile
• Scarico dati e soluzioni carrier grade
• Integrazione con le reti LTE
• Il futuro del Wi-Fi: opportunità e minacce
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Evoluzione della standardizzazione
4
Throughput senza contesa e interferenza
5
Contesa della risorsa radio
Tecnica di accesso al canale
• CSMA (Carrier sense multiple access)
– Mutuata dalle reti cablate di calcolatori
– Il nodo è sempre in ascolto (delle “carrier” eventualmente attive)
– Trasmette solo se il canale “appare” libero
Problema del nodo nascosto e problema del nodo esposto
6
Il fenomeno della contesa
La tecnica CSMA non elimina del tutto le collisioni al terminale ricevente. Per effetto
dell’attenuazione nel collegamento, la potenza di segnale misurata in due posizioni
differenti può essere molto diversa. Si hanno due casi:
•Nodo nascosto (Hidden node): Un nodo nascosto C è un nodo che si trova nel
raggio di copertura del nodo destinazione (nodo B) ma fuori copertura del nodo
sorgente A. Ossia i nodi A e C non possono rivelarsi a vicenda, essendo
reciprocamente fuori copertura: le rispettive trasmissioni possono collidere al nodo B.
•Nodo esposto (Exposed node):
problema duale che risulta in situazioni
in cui una trasmissione sarebbe
ammessa ma viene ritardata a causa
dell’ascolto di una trasmissione che
non può interferire a destinazione
(consegue perdita di capacità di
trasmissione). Il nodo B intende
trasmettere al nodo A ma rinvia la
trasmissione se il è attivo nodo C che
non può essere ascoltato dal nodo A.
7
Velocità effettiva e distanza dal AP
Throughput di porte di accesso Wi-Fi di diversi costruttori in downlink in
funzione della distanza: (a) banda 2,4 GHz; (b) banda 5 GHz
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Contenuti
• Evoluzione e caratteristiche tecniche
• Modelli di Business proposti
• Evoluzione del traffico mobile
• Scarico dati e soluzioni carrier grade
• Integrazione con le reti LTE
• Il futuro del Wi-Fi: opportunità e minacce
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Installazioni annuali di AP “carrier grade”
Hot Spot “carrier
grade” nel Mondo:
• 88% Estremo
Oriente
• 8% Europa
• 3 % Nord America
• 1 % Resto del
Mondo
10Modelli di Business Wi-Fi
Principio della
condivisione
della risorsa:
una porzione
della banda e a
disposizione
degli altri
clienti FON in
spostamento.
Copertura in
Europa
dell’Operatore
Wi-Fi FON.
11Modelli di Business Wi-Fi
In UK un cliente
BT può aderire
alla rete FON:
effetto di
moltiplicazione
degli accessi
Posizioni degli AP Wi-Fi
dell’operatore BT nella
Città di Manchester
12Altri modelli
• Francia
– L’operatore Free (fibra ottica) ha aperto la
propria comunità Wi-Fi a 4 mil. di HotSpot
– Non HotSpot pubblici ma privati, incorporati
nei GW internet dei clienti residenziali
(“Freebox Revolution”)
• Portogallo
– Rete MEO, condivisione del HotSpot, simile a
FON; gli utenti possono usufruire di un
cospicuo quantitativo di minuti di accesso
all’estero
13Altri modelli
• Spagna
– Rete FON nata a Madrid in clima assai vivace (2005)
– Tentativi di allestire “Reti Wi-Fi municipali” con piani
di finanziamento pubblico
– Barcellona, progetto “Muniwireless” (2010) esteso ad
altre città (oltre 300 municipi)
– Oggi reti largamente abbandonate (problemi
regolatori, di sostenibilità, scarsa manutenzione, etc.)
• Germania
– Reti “open” poco diffuse; problemi normativi
• Paesi Scandinavi
– Non esistono reti nazionali ma i cittadini hanno
l’abitudine di lasciare i loro accessi aperti
14Altri modelli
• Repubblica Ceca
– “Caso Praga”: unico caso di rete municipale preso in
esame dalla Commissione Europea (Caso NN 24/07)
a seguito di esposti di operatori mobili
– Fase I del progetto ad uso della PA; Fase II per la
cittadinanza. La Fase II fu ritirata a causa di criticità
con norme in materia di concorrenza.
• USA
– Operatore via Cavo Comcast (1° al mondo):
SSID unico per clienti in roaming (CableWi-Fi)
Iniziativa “HotSpot del Vicinato” (polemiche!)
• Corea del Sud
– Paese probabilmente con massima densità di HotSpot
– Gestiti dagli Operatori di TLC e rigorosamente chiusi!
15Contenuti
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• Scarico dati e soluzioni carrier grade
• Integrazione con le reti LTE
• Il futuro del Wi-Fi: opportunità e minacce
16Proiezioni di uso dello spettro
Sia in Europa che negli
USA le previsioni di
crescita rispetto all’anno
2012 indicano un
incremento al 2022 di
oltre 20 volte
Traffico mobile a banda
larga (al netto del traffico
di offloading) in multipli
del valore all’anno 2012:
(a) UE28; (b) USA
17Traffico dati in Italia
Crescita traffico dati nelle reti mobili in Italia nel 2013 (fonte: Osservatorio Agcom)
18Esigenze di spettro per il wireless
19Problema della penuria di spettro
Attualmente l’ammontare di spettro a disposizione per le comunicazioni
mobili a banda larga è di circa 900 MHz, di cui circa il 65% per il cellulare e
il rimanente per il Wi-Fi.
Nello scenario più ottimistico si può pensare di liberare circa 500 MHz di
nuovo spettro entro il 2020, in assoluto una quantità senz’altro cospicua,
ma ancora inadatta ai trend di crescita della domanda di capacità che
proviene dalla Società
Inoltre lo spettro, così come è oggi impiegato, soffre di numerose
inefficienze sistemiche anche per l’effetto dei paradigmi di uso che si sono
affermati nel tempo.
Pertanto la ricerca di nuovi modelli di accesso
efficiente alle risorse potrebbe rappresentare
l’approccio più efficace in termini di risultati utili
20Contenuti
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• Modelli di Business proposti
• Evoluzione del traffico mobile
• Scarico dati e soluzioni carrier grade
• Integrazione con le reti LTE
• Il futuro del Wi-Fi: opportunità e minacce
21Soluzioni per la crescita del traffico
• Una prima soluzione è espandere in fretta la rete LTE
installando nuove celle (macrocelle, picocelle,
femtocelle) nello spettro soggetto a licenza.
• Questa strategia, se adottata in modo generalizzato,
non sembra essere vincente nell’immediato:
– da un lato un potenziamento spinto della rete LTE appare
sconsigliabile sul versante dei costi e della fattibilità, anche
a causa delle difficoltà di reperimento dei siti,
– dall’altro, soprattutto in una struttura tariffaria di tipo flat,
con i ricavi sostanzialmente indipendenti dalla quantità dei
dati, l’approccio è sconsigliato anche sul versante dei ricavi
• Il combinato dei costi alti e degli scarsi ricavi
determina piani di business di solito non sostenibili.
22Soluzione temporanea: Offloading
• L’ubiquità del Wi-Fi fa sorgere spontanea
l’ipotesi di sue forme di integrazione o uso
coordinato con le reti degli operatori.
• Specialmente quelli che possiedono reti
cellulari 3G e 4G nei paesi ad alto sviluppo di
banda ultralarga tendono a considerare il
Wi-Fi un’opportunità per consentire ai loro
clienti di scaricare traffico dati e video
• Per lo stesso motivo cattura sempre più
attenzione lo scarico, o “offload”, del
traffico 3G/4G tramite porte d’accesso Wi-Fi.
23Scenari d’uso del Offloading
I PRINCIPALI SCENARI D’USO DELLO SCARICO DEL
TRAFFICO ATTRAVERSO IL WI-FI SONO DUE:
porte Wi-Fi pubbliche degli
stessi operatori 3G/4G o di
altri fornitori di accesso
Wi-Fi
uso degli AP Wi-Fi nelle
abitazioni ove è già arrivata la
rete a banda ultra larga: in
qualche caso gli operatori 3G/4G
hanno anche iniziato a fornire gli
apparati 24Offloading per ridurre la
congestione delle reti ...
Secondo uno studio sperimentale svolto in Corea del Sud lo
scarico on-the-spot può alleggerire il carico totale di traffico
circa del 65%, mentre quello ritardato con tempo massimo
di 100 secondi può̀ convogliare un quantitativo di traffico
molto piccolo (stimato in 2%-3%);
Gli autori concludono quindi che lo scarico è un mezzo efficace
per supportare la crescita del traffico attuale e futuro e che i
gestori di rete trarranno benefici in termini di sviluppo
graduale e di aggiornamento delle loro reti
MA…
25In una analoga sperimentazione
giapponese ….
la quantitità di traffico scaricato nelle ore di punta dei
giorni feriali è risultata modesta quindi il Wi-Fi offload
si è svolto prevalentemente dagli AP posti in casa,
mentre l’uso degli hotspot pubblici è risultato raro
portando quindi scarsi benefici
Gli autori a riguardo avanzano alcune supposizioni circa il motivo dello scarso impiego del Wi-
Fi pubblico :
1. molti utenti hanno tenuto disattivata la connessione Wi-Fi fuori di casa per risparmiare
energia;
2. l’handover fra AP Wi-Fi potrebbe non avere funzionato bene per effetto dei rapidi
spostamenti degli utenti;
3. al di fuori delle aree del centro la disponibilità del Wi-Fi pubblico potrebbe essersi rivelata
non molto elevata;
4. nelle zone del centro si è avuta interferenza a causa del gran numero di punti di accesso.
26Quindi…
al di fuori di casa e ufficio gli utenti probabilmente
hanno bisogno di connessione a internet per
applicazioni poco esigenti di traffico (ad es.
controllare le e-mail, semplice navigazione web),
piuttosto che per applicazioni “bandwidth hungry”.
In questo caso la disponibilità e
la connettività sono
probabilmente più importanti
della larghezza di banda per il
Wi-Fi pubblico.
27INOLTRE
altre misurazioni sul campo condotte di recente da
Deutsche Telekom hanno mostrato che dopo l’introduzione dell’offload
Wi-Fi la domanda di dati via cellulare è aumentata e non diminuita.
Le campagne di misura, eseguite ad Amburgo e a Rotterdam, hanno
usato hotspot Wi-Fi in spazi aperti in alternativa alle reti 3G e LTE. I
risultati hanno mostrato un impatto quasi inesistente sul
traffico delle reti cellulari, con addirittura
qualche incremento in alcuni casi. A tal proposito gli
sperimentatori sostengono di avere scoperto due effetti fondamentali:
la disponibilità del Wi-Fi sembra “invitare” all’utilizzo di dati
aggiuntivi
le applicazioni e i dispositivi si comportano in modo diverso quando
è disponibile l’accesso Wi-Fi
28Per essere presa in seria considerazione dagli
operatori 3G/4G, una rete Wi-Fi dovrebbe essere
una soluzione
carrier-grade
ossia affidabile proprio come una rete cellulare,
offrendo sostanzialmente più capacità senza
rinunciare totalmente alla qualità del servizio.
Questo, è attualmente un problema aperto.
29Contenuti
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• Evoluzione del traffico mobile
• Scarico dati e soluzioni carrier grade
• Integrazione con le reti LTE
• Il futuro del Wi-Fi: opportunità e minacce
30Integrazione fra Wi-Fi e LTE
31Tipologie di piccole celle
32Reti eterogenee
Regioni di copertura nel
downlink a max SINR in
una rete a tre strati :
• Macrocelle (rosso)
• Picocelle (verde)
• Femtocelle (nero)
33Contenuti
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• Evoluzione del traffico mobile
• Scarico dati e soluzioni carrier grade
• Integrazione con le reti LTE
• Il futuro del Wi-Fi: opportunità e
minacce
34Nuovi paradigmi per l’uso dello spettro
Le attuali reti di accesso wireless sono state sviluppate in modo
frammentario e scoordinato, senza una visione di insieme.
Un indicatore interessante di questo scoordinamento
sistemico generato dalle rigide policy di gestione dello
spettro è proprio l’offloading Wi-Fi che gli operatori mobili
hanno escogitato in modo spontaneo.
L’offloading Wi-Fi infatti altro non è che un
modo per collegare due sistemi e le relative
bande di frequenza, ottimizzando i
parametri tecnico-economici e aggirando
regole troppo rigide.
35Nuovi paradigmi per l’uso dello spettro
• In passato, ricerca dell’efficienza spettrale fortemente influenzata
dalle limitazioni tecnologiche: oggi, strumenti per una visione
globale dello spettro il cui uso può essere ottimizzato abbattendo
barriere regolamentari ormai in buona parte obsolete.
• Nel futuro prossimo , necessaria maggiore flessibilità a partire dalla
pianificazione, costruzione e gestione delle reti.
• Primo esempio di questo cambio di paradigma: proposta di usare la
banda Wi-Fi a 5 GHz anche per le pico/femtocelle. Così è possibile
parziale recupero dell’uso inefficiente di risorse spettrali
“unlicensed”, con impiego dei sistemi per uso di bande “licensed”
• Si potrebbe trattare dunque di un primo esempio di uso condiviso di
una banda da parte di operatori fino ad oggi adusi ad ottimizzare i
propri sistemi su risorsa dedicata
36Nuovi paradigmi per l’uso dello spettro
Senza la correzione di barriere regolatorie oramai
antistoriche che limitano o addirittura rendono impossibile
un uso più efficiente delle risorse spettrali a disposizione dei
servizi mobili, anche in questo settore potranno insorgere
tutte le difficoltà che stanno già da tempo affliggendo
l’accesso e il trasporto in internet con reti fisse, con
conseguente impoverimento e marginalizzazione della
presenza industriale europea nelle comunicazioni mobili.
37Ottimizzazione dinamica dello spettro
38Tecniche cooperative
39Altre soluzioni per l’uso ottimo dello spettro
• Tecniche di ottimizzazione dello spettro
• Abbattimento delle tradizionali barriere
nell’uso dello spettro
• Promozione di tecnologie di strato fisico
per l’uso combinato di più canali
• Trasferimento del controllo dal centro alla
periferia
• Reti virtuali “over the top”
40Puoi anche leggere
