Evoluzione dell’architettura e servizi della rete mobile

Le reti mobili di quarta generazione, ovvero il nuovo accesso radio E-UTRAN, noto anche come LTE, e la core network full IP a cui esso si attesta, denominata Evolved Packet Core (EPC), hanno fatto il loro ingresso nelle specifiche 3GPP nell’ambito della Release 8, ultimata nel 2009. I primi dispiegamenti da parte degli Operatori si sono visti tra la fine del 2009 ed il 2010 e, contrariamente a quanto sperimentato per le generazioni precedenti, l’adozione della nuova tecnologia da parte degli utenti è stata molto rapida. Questo ha accelerato il processo di innovazione portato avanti dal 3GPP, dove in pochi anni sono state sviluppate molte nuove funzionalità per rendere il sistema sempre più efficiente, sostenere la crescita esponenziale del traffico dati ed al tempo stesso abilitare nuove opportunità di business per gli Operatori.
Nel seguito sono illustrate le principali innovazioni di cui le reti mobili di quarta generazione sono state oggetto negli ultimi anni. Anche se EPC ed LTE sono tecnologie relativamente giovani, si vedrà che i sistemi di quinta generazione sono di fatto già alle porte.

 

1 - La quarta generazione mobile: l’Evolved Packet System

L’EPS (Evolved Packet System) è l’evoluzione del sistema GPRS standardizzata dal 3GPP e comprende un nuovo accesso radio 4G in tecnologia OFDM, denominato E-UTRAN ed una nuova core network completamente basata su IP, la EPC (Evolved Packet Core).
In Figura 1 è illustrata l’architettura di riferimento del EPS negli scenari di roaming con traffico home routed [1]. Per gli scenari non di roaming l’architettura è analoga, ma tutti gli elementi di rete sono gestiti dall’Operatore mobile con cui l’utente ha sottoscritto il servizio.

 

Figura 1 - Architettura del EPS per gli accessi 3GPP (roaming con traffico home routed)

Al fine di supportare al meglio applicazioni con requisiti stringenti di ritardo, come ad esempio il gaming on-line, l’accesso E-UTRAN è stato progettato con un’architettura “flat”, pensata per minimizzare le latenze nel trasferimento dei pacchetti IP.
Dal punto di vista architetturale la core network EPC è caratterizzata da una separazione completa tra entità preposte al controllo della mobilità, denominate MME (Mobility Management Entity) e nodi di trasporto, che sono il SGW (Serving Gateway) ed il PGW (PDN Gateway). Ciò permette agli Operatori di ottimizzare il dimensionamento della rete: l’MME termina soltanto traffico di segnalazione e viene dimensionato in base al numero di utenti connessi, mentre SGW e PGW sono nodi di commutazione che vengono dimensionati in base al traffico da smaltire. L’accesso a EPC è possibile non solo attraverso il nuovo accesso E-UTRAN, ma anche attraverso gli accessi UTRAN e GERAN, nel qual caso viene coinvolto l’SGSN.
L’architettura presentata in Figura 1 si applica negli scenari in cui il protocollo di tunneling utilizzato per il trasporto del traffico tra SGW e PGW è GTP (GPRS Tunneling Protocol). Sotto la spinta di un insieme di Operatori interessati ad aprire il mercato delle manifatturiere a soggetti provenienti dal mondo Internet, è stata specificata anche una variante dell’architettura basata sul protocollo PMIP (Proxy Mobile IP) specificato dal IETF (Internet Engineering Task Force). Il mercato ha però dato ragione al modello GTP e quindi nel seguito non si parlerà più dell’alternativa PMIP.
Il nuovo sistema ha ereditato molte delle caratteristiche e funzionalità delle precedenti generazioni. Il PDN Gateway è molto simile ad un GGSN e, come tale, fornisce accesso alle reti IP esterne, denominate PDN (Packet Data Network), ciascuna delle quali è identificata univocamente da una stringa di caratteri, l’ APN (Access Point Name).
Tra gli elementi di novità, il più rilevante dal punto di vista dell’esperienza d’uso è il fatto che agli utenti viene offerto un servizio always-on, molto simile a quello sperimentato su un accesso broadband fisso: ogni terminale attestato ad E-UTRAN ha sempre almeno un indirizzo IP assegnato, in modo che la connettività sia sempre “pronta all’uso” e non siano sperimentati ritardi all’avvio delle sessioni.
Contrariamente alle precedenti generazioni, l’EPS non ha il dominio a circuito. L’idea iniziale era che i servizi di comunicazione tradizionalmente offerti sulla rete a circuito, come le chiamate vocali, sarebbero migrati rapidamente su IP, utilizzando la piattaforma IMS (IP Multimedia Subsystem). In realtà, come spesso accade, le cose non sono andate come previsto ed il dispiegamento da parte degli Operatori di soluzioni Voice over LTE (VoLTE) basate su IMS è stato molto più lento di quanto ci si aspettasse. Di conseguenza è stato necessario introdurre nel EPS un insieme di soluzioni di interlavoro con gli MSC della rete a circuito per supportare funzionalità quali l’invio di SMS su LTE ed il CS Fallback, cioè la possibilità di forzare uno spostamento del terminale da LTE ad un accesso 2G/3G dove effettuare o ricevere telefonate con i meccanismi delle reti legacy.
Dal punto di vista della sicurezza, nel EPS si è cercato di mantenere, ed in alcuni casi potenziare, la protezione garantita all’utenza mobile e alla rete, specie in considerazione del maggiore rischio di attacchi, frodi o infezioni da malware per effetto della migrazione verso un paradigma all-IP. L’autenticazione degli utenti sull’accesso LTE continua ad essere basata sul protocollo AKA, già utilizzato con successo in UMTS poiché consente una mutua autenticazione tra terminale e rete, basata sulla USIM. Inoltre, in adeguamento al nuovo modello di architettura flat e basato sui protocolli dell’Internet, sono state definite nuove misure di sicurezza volte a proteggere le connessioni tra eNB e nodi di Core Network, le connessioni verso Internet o le reti Corporate e le interconnessioni di roaming tra reti di Operatori diversi. La cybersecurity è un tema di grande attualità ed il 3GPP ha avviato un’attività ad-hoc per introdurre sempre maggior “trust” nei nodi della rete EPC.

 

2 - Evoluzione del mobile broadband

Visto il successo dei servizi mobile broadband, è diventato estremamente importante per gli Operatori disporre di soluzioni che consentano di utilizzare in modo efficiente e mirato le risorse disponibili: l’obiettivo è minimizzare gli investimenti richiesti per sostenere l’enorme crescita del traffico dati in mobilità ed allo stesso tempo riuscire a monetizzarlo efficacemente.
Un ruolo cardine nelle attività sul mobile broadband del 3GPP è svolto dalla piattaforma di PCC (Policy and Charging Control), di cui il PCRF (Policy and Charging Rules Function) è l’elemento fondamentale: grazie a tale piattaforma, l’Operatore può differenziare il trattamento degli utenti sulla base del profilo di servizio sottoscritto, ad es. per l’applicazione di diverse politiche di tariffazione, la profilatura della banda disponibile, la differenziazione del trattamento riservato a specifici flussi di traffico e/o applicazioni [2]. Il PCRF prende decisioni sulla base del profilo dell’utente e dello stato della rete e le traduce in politiche di trattamento del traffico implementate dinamicamente sul PCEF (Policy and Charging Enforcement Function), che si trova sul PGW, e/o sul TDF (Traffic Detection Function), una sonda DPI opzionalmente dispiegabile dall’Operatore in aggiunta al PGW. Nell’ambito della Release 13 sono allo studio estensioni dell’architettura PCC per permettere al PCRF di forzare l’instradamento di specifici flussi di traffico attraverso una sequenza di nodi di servizio (firewall, cache, video optimization, ecc.).
Per rispondere alla crescita esponenziale di traffico, il 3GPP ha inoltre lavorato nelle seguenti direzioni:

  • sviluppo di nuove soluzioni per gestire stati di congestione nell’accesso radio, proteggendo flussi di traffico, servizi e/o clienti pregiati in condizioni di scarsità di risorse (UPCON, User Plane Congestion Management);
  • potenziamento dei meccanismi per l’interlavoro con accessi WLAN, abilitando lo spostamento di quote di traffico significative su hotspot Wi-Fi pubblici o privati.

2.1 - Gestione della congestione

L’allocazione delle risorse trasmissive nel EPS viene realizzata con la granularità del EPS bearer. Un EPS bearer può essere visto come una canale logico tra UE (User Equipment) e PDN Gateway, dedicato al trasporto di specifici flussi di traffico.
Quando viene aperta una connessione a PDN viene attivato il cosiddetto bearer di default, che rimane attivo per tutta la durata della sessione. Si tratta di un bearer a bit-rate non garantito, sul quale viene veicolato tutto il traffico per cui non è previsto un trattamento preferenziale. È poi possibile attivare, in modo dinamico o contestualmente al bearer di default, uno o più bearer aggiuntivi dedicati a specifici servizi.
Nel EPS ogni bearer è associato ai seguenti parametri: i filtri che identificano i flussi di traffico mappati sul bearer nella direzione uplink e downlink ed un insieme di parametri di QoS. Questi ultimi comprendono:

  • QCI (QoS Class Identifier), uno scalare che identifica la modalità di forwarding del traffico;
  • ARP (Allocation and Retention Priority), un valore di priorità che può essere usato per decidere quali bearer abbattere in caso di mancanza di risorse;
  • GBR (Guaranteed Bit Rate) e MBR (Maximum Bit Rate) per i bearer a bit-rate garantito.

Alcuni valori di QCI sono standardizzati dal 3GPP e sono associati ad un insieme di caratteristiche che specificano il trattamento atteso nella tratta tra UE e PGW in termini di ritardo, perdita e priorità. Sono stati inoltre definiti altri parametri di QoS, che permettono di limitare il bit-rate massimo generato dallo UE sui bearer afferenti ad uno specifico APN o su tutti i bearer attivi.
Configurando opportunamente i parametri di QoS associati al bearer di default e/o associando specifiche applicazioni a bearer dedicati, l’Operatore mobile può fare in modo che, in caso di congestione nell’accesso radio, le risorse disponibili vengano assegnate preferibilmente a specifici utenti, gruppi di utenti e/o flussi di traffico (ad es. il traffico scambiato da un’applicazione di audio/video comunicazione potrebbe avere priorità rispetto al browsing o al file sharing).
Il principale vantaggio di questo approccio risiede nel fatto che eventuali stati di congestione sul canale radio possono essere gestiti in tempo reale dalla rete di accesso radio sulla base delle regole di gestione della QoS fornite preventivamente dalla EPC. Si hanno però i seguenti limiti:

  • la differenziazione del trattamento riservato a specifici servizi e/o applicazioni richiede l’attivazione di bearer dedicati, funzionalità non supportata dalla maggior parte dei terminali 3G oggi in commercio. Considerato che il problema della congestione riguarda soprattutto gli accessi 3G, visto che i nuovi accessi LTE offrono capacità di banda superiori, questa limitazione è rilevante;
  • l’associazione di applicazioni a bearer dedicati richiede che il traffico venga prima classificato dalla EPC ed in molti casi (per le applicazioni non identificabili tramite filtri a livello di IP e/o UDP/TCP) ciò è possibile solo impiegando soluzioni DPI, pesanti dal punto di vista computazionale e quindi costose.
 

Figura 2 - Architettura di riferimento per user plane congestion detection

Per risolvere questi limiti, in Release 13 è stato specificato un nuovo meccanismo di gestione della congestione [1], che si basa sui seguenti principi (si veda la Figura 2):

  • viene introdotto nell’architettura 3GPP un nuovo elemento funzionale denominato RCAF (Radio Access Network Congestion Awareness Function);
  • RCAF rileva l’insorgere di uno stato di congestione nella rete di accesso radio (RAN) interagendo con i sistemi di Operation & Maintenance e determina la lista degli UE e degli APN interessati dalla congestione colloquiando con SGSN ed MME (nuove interfacce Nq e Nq’);
  • al verificarsi di uno stato di congestione in RAN, l’RCAF informa il PCRF (nuova interfaccia Np), indicando le celle, gli UE e gli APN coinvolti;
  • il PCRF può quindi attivare le misure scelte dall’Operatore mobile per mitigare la congestione in RAN. Ad esempio il PCRF potrebbe effettuare il rate-limiting di specifiche applicazioni configurando opportune regole su PCEF o TDF, forzare la rinegoziazione dei codec utilizzati da applicazioni di audio/video comunicazione, ritardare le notifiche push associate ad applicazioni delay tolerant, ecc.

Questo meccanismo non può funzionare in tempo reale, poiché è intrinsecamente reattivo, ma può essere estremamente efficace per gestire stati di congestione persistenti.

2.2 - Interlavoro con accessi Wi-Fi

L’accesso a EPS è possibile anche attraverso tecnologie radio non standardizzate dal 3GPP, come il Wi-Fi [3]. Qualora il terminale e la rete Wi-Fi dispongano delle funzionalità necessarie, l’autenticazione dell’utente mobile su Wi-Fi può essere effettuata utilizzando la (U)SIM. A valle della procedura di autenticazione, l’instradamento del traffico può essere realizzato in due modi diversi:

  • il traffico scambiato dall’utente mobile su Wi-Fi può essere instradato in modo diretto, ad es. verso Internet, senza attraversare l’EPC. In questo caso negli spostamenti da/verso Wi-Fi l’indirizzo IP assegnato al terminale cambia e le applicazioni attive possono subire delle interruzioni;
  • possono essere impiegati meccanismi di gestione della mobilità inter-sistema che prevedono l’ancoraggio dello UE al PGW. In questo caso si utilizzano meccanismi di tunneling per forzare l’instradamento del traffico Wi-Fi attraverso il PGW. Il terminale ha la possibilità di mantenere lo stesso indirizzo IP, assegnato dal PGW, indipendentemente dalla rete di accesso a cui è connesso e l’esperienza d’uso su Wi-Fi risulta allineata a quella che l’utente sperimenta quando connesso ad un accesso 3GPP. Questo approccio è particolarmente indicato in tutti i casi in cui lo UE ha bisogno di accedere a piattaforme e servizi che risiedono nella rete dell’Operatore mobile e non sono tipicamente raggiungibili attraverso Internet (e.g. accesso servizi voce su Wi-Fi tramite piattaforma IMS).

Sono state definite sul PGW tre tipologie di interfacce per la gestione della mobilità inter-sistema (si veda la Figura 3):

  • a) S2c: tunnel diretto tra UE e PGW basato sul protocollo Dual Stack Mobile IPv6 (DSMIPv6);
  • b) S2b: il traffico generato dallo UE su rete Wi-Fi transita attraverso un elemento intermedio denominato ePDG (evolved Packet Data Gateway), che è di fatto un concentratore di reti private virtuali. Il trasporto del traffico tra UE ed ePDG viene realizzato tramite un tunnel IPsec instaurato con IKEv2, mentre tra ePDG e PGW viene utilizzato un tunnel GTP o PMIP (Proxy Mobile IP). In scenari di roaming l’ePDG può essere posizionato in rete visitata o in rete home;
  • c)  S2a: il traffico generato dallo UE su rete Wi-Fi transita attraverso un elemento intermedio denominato TWAG (Trusted WLAN Access Gateway). Analogamente allo scenario con ePDG, tra TWAG e PDG viene instaurato un tunnel GTP o PMIP. Invece tra UE e TWAG viene utilizzato un meccanismo di raccolta del traffico leggero, che non è specificato dal 3GPP e può richiedere il coinvolgimento di Access Point o Access Gateway Wi-Fi. Il TWAG deve essere dispiegato dal provider Wi-Fi.
 

Figura 3 - Overview delle soluzioni di mobilità inter-sistema specificate dal 3GPP

Nelle Release più recenti il 3GPP ha lavorato molto all’affinamento del modello S2a, di cui sono oggi disponibili tre varianti:

  • transparent single-connection mode: non vi sono impatti sullo UE, che deve semplicemente avere un’interfaccia WLAN standard. Non è però supportata la mobilità, ovvero l’indirizzo IP cambia negli spostamenti inter-sistema, e lo UE può accedere soltanto ad un APN di default specificato nel proprio profilo di servizio;
  • single-connection mode: come nello scenario precedente, lo UE ha un’unica connessione a PDN attiva su Wi-Fi, ma in questo caso lo UE può scegliere l’APN a cui connettersi ed è supportata la mobilità inter-sistema. La necessaria segnalazione tra UE e rete viene veicolata all’interno dei messaggi scambiati per l’autenticazione sull’accesso Wi-Fi;
  • multi-connection mode: lo UE può attivare più connessioni a PDN in parallelo sull’accesso Wi-Fi. Le necessarie procedure di session management sono supportate attraverso un protocollo denominato WLCP (WLAN Control Protocol) tra UE e TWAG.

Il 3GPP ha lavorato molto anche sulle modalità con cui l’Operatore mobile può influenzare il comportamento del terminale nella scelta della rete di accesso su cui veicolare specifiche applicazioni e/o servizi. La soluzione di riferimento definita a tale scopo prevede il dispiegamento di un elemento funzionale denominato ANDSF (Access Network Discovery and Selection Function), introdotto in Release 8 e poi ampiamente esteso nelle Release successive. L’ANDSF dispone di informazioni dettagliate sulla topologia della rete di accesso ed utilizza il protocollo OMA-DM (Device Management) per inviare al terminale due tipologie di regole:

  • regole per la scelta del SSID (Service Set Identifier) Wi-Fi a cui agganciarsi;
  • regole per indicare allo UE quali APN e/o flussi di traffico instradare sull’accesso 3GPP e quali sull’accesso Wi-Fi.

Le indicazioni che l’ANDSF fornisce allo UE non sono comunque da considerarsi vincolanti: lo UE può decidere di non seguire le indicazioni della rete sulla base di valutazioni effettuale localmente dal terminale (si parla di Local Operating Environment). Ad esempio, qualora lo UE consideri troppo debole il segnale Wi-Fi o abbia altre informazioni locali tali da rendere sconsigliabile l’impiego dell’interfaccia Wi-Fi, un flusso di traffico può essere mantenuto sull’accesso 3GPP anche se le regole fornite dal ANDSF indicano il contrario.
L’applicazione delle regole fornite dall’ANDSF può anche essere assistita da informazioni fornite allo UE dall’accesso 3GPP, quali ad es. un insieme di soglie sul segnale radio 3GPP al di sotto delle quali lo spostamento del traffico verso Wi-Fi è consigliato.
In assenza dell’ANDSF, dalla Release 12, lo UE può comunque scegliere se e come spostare  su Wi-Fi una o più connessioni a PDN utilizzando le informazioni fornite dall’accesso tramite segnalazione di controllo (ad es. le soglie sul segnale radio 3GPP e/o Wi-Fi sopra citate) ed alcune regole fornite dal SGSN/MME tramite segnalazione di NAS. Ad esempio l’SGSN/MME può indicare allo UE per quali connessioni a PDN lo spostamento su Wi-Fi è consentito e per quali è proibito.

 

3 - Servizi di prossimità

La consapevolezza che due dispositivi o due utenti sono vicini l’uno all’altro può generare valore, come ad es. nuove modalità di social networking e di pubblicità mirata. Facebook Places, Foursquare, Google Latitude (sostituito da funzioni integrate in Google+) e Shopkick sono esempi di tali applicazioni cui è riconosciuto un grande potenziale di business. Gli esempi citati funzionano però OTT (Over The Top), cioè non offrono alcuna possibilità agli Operatori mobili di monetizzare il servizio ed inoltre le applicazioni, basandosi prevalentemente sulla localizzazione mediante GPS, funzionano bene solo all’aperto e comportano una sensibile riduzione della vita della batteria dei dispositivi.
Al fine di intercettare la domanda di applicazioni basate sulla prossimità, a partire dalla Release 12 il 3GPP ha fatto evolvere l’EPS sviluppando una classe di funzionalità note come ProSe (Proximity-based Services) [4]. La peculiarità di questi servizi, rispetto a quelli OTT, è la scelta della tecnologia radio LTE, che opera nello spettro licenziato dell’Operatore mobile, dove le risorse radio sono attentamente gestite dalla rete per minimizzare le interferenze e massimizzare le prestazioni del sistema.
Non è stato scelto il Wi-Fi perché, all’epoca dell’inizio dei lavori sul ProSe in 3GPP (2012), i meccanismi disponibili per individuare altri dispositivi Wi-Fi in prossimità comportavano una rapida riduzione della vita della batteria. È però doveroso ricordare che a inizio 2015 Wi-Fi Alliance ha completato un programma di “Neighbor Awareness Networking” rilasciando la certificazione “Wi-Fi Aware”, cioè un nuovo meccanismo efficiente dal punto di vista energetico per scoprire dispositivi “Wi-Fi Aware” in prossimità.. In ogni caso la tecnologia radio LTE si dimostra superiore se consideriamo la distanza massima alla quale si possono scoprire altri dispositivi abilitati ai servizi di prossimità: da circa 500 metri a più di 1 km, in funzione della porzione dello spettro utilizzata, coprendo distanze nettamente maggiori di quelle raggiungibili con Wi-Fi o Bluetooth.
Un’applicazione su uno UE abilitato per il ProSe Direct Discovery è in grado di annunciare la propria presenza ad altri UE ProSe nelle vicinanze (e pertanto venire scoperta) tramite segnalazione radio LTE diretta device-to-device (D2D).
La ProSe Direct Discovery può essere effettuata in due modi: Model A e Model B. Nel Model A l’applicazione annuncia sempre proprie informazioni in modo da consentire a chiunque le riceva di scoprirla, se interessato; nel Model B invece l’applicazione annuncia informazioni relative a ciò che vorrebbe scoprire, in modo da ricevere una risposta da chi interessato.
La ProSe Direct Discovery si può poi classificare in open e restricted. La open ProSe Direct Discovery, specificata in Release 12, è caratterizzata dal fatto che chi annuncia non pone restrizioni alla possibilità di venire scoperto: si presta pertanto a scopi pubblicitari, dove è necessario raggiungere una platea la più ampia possibile. Nella restricted ProSe Direct Discovery, specificata in Release 13, chi annuncia pone invece delle restrizioni su chi è autorizzato a scoprirlo (ad es. solo gli amici) e pertanto si presta ad arricchire l’offerta di applicazioni quali ad es. social network, dating. Per la open ProSe Direct Discovery è stato specificato solo il Model A, mentre per la restricted ProSe Direct Discovery sono disponibili entrambi i modelli di funzionamento.
In Figura 4 è illustrato il funzionamento semplificato della open ProSe Direct Discovery.

 

Figura 4 - Open ProSe Direct Discovery (Model A)

Nella procedura sono previsti i ruoli di Announcing UE (ad es. chi vuole pubblicizzare la propria attività commerciale) e Monitoring UE (ad es. un potenziale cliente).  Per semplicità di esposizione, assumeremo che sia Announcing sia Monitoring UE siano serviti dalla stessa ProSe Function, ovvero appartengano allo stesso Operatore mobile. Naturalmente il 3GPP ha normato anche il caso più complesso di due dispositivi appartenenti ad Operatori nazionali diversi, oltre ai casi di roaming internazionale (ad es. un Monitoring UE che in romaning desidera cercare offerte commerciali di Announcing UE locali).
La procedura prevede i seguenti passi:

  1. l’Announcing UE chiede alla ProSe Function di allocargli un codice associato ad una certa attività commerciale, fornendo nel contempo metadati (ad es. indirizzo, telefono, coupon, ecc.) che dovranno essere consegnati agli eventuali scopritori;
  2. la ProSe Function verifica con l’HSS la sottoscrizione al servizio del Announcing UE e, se autorizzato, restituisce un codice temporaneo;
  3. l’Announcing UE inizia a trasmettere ad intervalli pre-definiti e in modalità broadcast, con risorse radio LTE assegnate dall’eNodeB, il codice temporaneo;
  4. il Monitoring UE chiede alla ProSe Function di poter monitorare una certa attività commerciale di suo interesse.
  5. la ProSe Function verifica con l’HSS la sottoscrizione al servizio del Monitoring UE e, se autorizzato, restituisce un filtro per il monitoring;
  6. il Monitoring UE riceve i codici trasmessi dalle Announcing UE in prossimità, filtrandoli con il filtro ricevuto dalla ProSe Function: quando viene trovata una corrispondenza bit a bit tra filtro e codice, detto codice viene inviato alla ProSe Function;
  7. la ProSe Function valida la scoperta (eventualmente interagendo con ProSe Function di altre PLMN, ad es. nel caso in cui l’Announcing UE sia utente di Operatore mobile diverso da quello del Monitoring UE) e restituisce al Monitoring UE i metadati associati a quel codice.

La corrispondenza bit a bit può essere totale, se si è interessati ad una specifica attività commerciale, oppure parziale, se si è interessati ad una intera classe di attività commerciali (ad es. tutte le pizzerie): per questa ragione gli identificativi delle attività commerciali annunciabili sono strutturati gerarchicamente e gestiti dagli Operatori.
Come si è visto, il cuore del sistema è rappresentato dalla ProSe Function, che è una piattaforma collocata nella rete dell’Operatore mobile che interagisce con lo UE, l’HSS, le ProSe Function di altre PLMN e con piattaforme applicative di terze parti (solo per restricted ProSe Direct Discovery).
La restricted ProSe Direct Discovery Model A funziona in modo simile alla open ProSe Direct Discovery, con la differenza che questa volta i codici trasmessi in aria dall’Announcing UE non rappresentano più attività commerciali, ma utenti. Le restrizioni su chi è autorizzato a scoprire lo UE di un utente, ad es. nell’ambito di un certo social network, vengono configurate dall’utente direttamente sulla piattaforma di terze parti. Quando la ProSe Function riceve la richiesta di poter monitorare lo UE di un certo utente, oltre a verificare l’autorizzazione al servizio del Monitoring UE, verifica anche con la piattaforma di terze parti se la richiesta è compatibile con le restrizioni impostate dall’utente da monitorare. I codici che vengono trasmessi in aria possono essere allocati interamente dalla ProSe Function oppure una loro porzione può venire allocata dalla piattaforma di terze parti: questo consente di abilitare modelli di servizio ancora più flessibili.
Nella restricted ProSe Direct Discovery Model B i ruoli sono invece diversi: abbiamo rispettivamente il Discoverer UE, che annuncia in modalità broadcast un codice contenente informazioni su ciò che è interessato a scoprire, e il Discoveree UE, che riconosce di corrispondere a ciò che interessa al Discoverer UE e risponde trasmettendo a sua volta in modalità broadcast un codice noto al Discoverer UE.
Da quanto si è visto sino ad ora, l’utilizzo della ProSe Direct Discovery per servizi commerciali prevede una continua interazione dello UE con la rete (con ProSe Function per l’allocazione dei codici, i filtri e la validazione delle scoperte; con E-UTRAN per le risorse radio) e pertanto può funzionare solo entro la copertura LTE.
Il 3GPP ha sviluppato nella Release 12 anche un meccanismo alternativo per scoprire gli UE ProSe in prossimità basato sull’utilizzo dei sistemi di localizzazione della rete mobile: la cosiddetta EPC-level ProSe Discovery. In questo modo di operare la ProSe Function è connessa ad una SUPL Location Platform (definita in OMA AD SUPL) e agisce da Location Services Client: localizza periodicamente gli UE ProSe che partecipano alla EPC-level ProSe Discovery e li avvisa quando essi si trovano entro una distanza pre-definita. Questo meccanismo funziona anche indoor, non essendo basato sulla localizzazione GPS, ma la sua precisione nell’identificare la vicinanza di UE ProSe è inferiore rispetto a quella offerta dalla ProSe Direct Discovery.

 

4 - Public Safety

Il successo di mercato registrato da LTE e la sua continua espansione a livello mondiale ha indotto il settore della Pubblica Sicurezza, PS (Public Safety) ad interessarsi alle tecnologie del mobile per il supporto dell’evoluzione delle comunicazioni “mission critical”, definite tali in quanto devono garantire in ogni situazione, anche la più estrema, le comunicazioni tra agenti di forze dell’ordine, squadre di polizia, vigili del fuoco, ecc. Fino ad oggi questi servizi sono stati supportati da standard ad-hoc, diversi da quelli che hanno governato lo sviluppo delle comunicazioni commerciali radiomobili. Tali standard, che prendono il nome di PMR (Professional Mobile Radio), includono tecnologie quali il TETRA (creato da ETSI e diffuso in Europa ed in minima parte anche in Italia) o P25 (più noto negli Stati Uniti). Pur trattandosi di tecnologie progettate specificatamente per un utilizzo professionale, esse rimangono destinate ad un mercato di nicchia, con conseguente tasso di innovazione e volumi di produzione non confrontabili con quelli del radiomobile.
I punti di forza riconosciuti ad LTE rispetto ai sistemi di Public Safety PMR sono più ampie economie di scala, il supporto di trasmissioni broadband, l’essenziale presidio dei temi di autenticazione e sicurezza, la facilità di integrazione/interoperabilità con le reti commerciali ed in generale l’accesso ad un ecosistema di tecnologie/applicazioni in continuo fermento ed in grado di sostenere una più rapida evoluzione rispetto a tecnologie e sistemi “verticali”.
Tuttavia, come visto anche nei paragrafi precedenti, LTE è progettato per ottimizzare l’esperienza del broadband dati e non per utilizzi di tipo “mission critical” e di conseguenza a partire dalla Release 12 in avanti sono state aggiunte le prestazioni che tipicamente sono richieste in tali contesti: comunicazioni dirette tra due o più terminali anche in assenza di copertura di rete (equivalenti al Direct Mode del TETRA), controllo e gestione delle priorità delle comunicazioni, robustezza/resilienza ad eventuali disservizi della rete, ecc.
Le agenzie governative di Pubblica Sicurezza americane, inglesi, francesi e coreana hanno esercitato forti pressioni per l’avvio di tali attività e tutta l’industria tradizionale del radiomobile (Operatori e manifatturiere) ha risposto positivamente, intravedendo in questa fase evolutiva nuove opportunità di business anche verso altri settori quali ad es. quello dei trasporti e della logistica. Se da un lato si è cercato di far leva sui punti forti della tecnologia LTE senza snaturarla, dall’altro si è cercato di massimizzare la comunanza tra le funzionalità dedicate al mercato mobile tradizionale e quelle pensate per utenza professionale, evitando di creare l’ennesima nicchia tecnologia.
Nella Figura 5 è rappresentata la roadmap temporale delle Release 3GPP ad oggi interessate dalle attività sul Public Safety.

 

Figura 5 - Workplan 3GPP for Public Safety over LTE

Nella Release 12 sono state definite le prestazioni di ProSe Direct Communication e GCSE (Group Communication System Enabler) for LTE.
La ProSe Direct Communication (o D2D communication) consente ad un terminale di comunicare direttamente su interfaccia radio LTE con uno o più terminali affiliati allo stesso gruppo e situati in prossimità (in modo simile ad un walkie-talkie) [4]. La comunicazione D2D può avvenire anche in assenza di controllo da parte della rete e questo risulta necessario nei casi in cui i terminali debbano operare in zone in cui la copertura radio è assente o nei casi in cui l’infrastruttura di rete risulta compromessa (ad es. a seguito di calamità naturali). 

 

Figura 6 - D2D and Group Communication

La Group Communication, invece, consente di instaurare la comunicazione tra terminali di uno stesso gruppo attraverso la EPC, intermediata da un GSCE AS (GCSE Application Server) [5]. È pertanto un modello di servizio utilizzabile in tutti i casi in cui sia presente ed operativa un’infrastruttura di rete. Mentre le comunicazioni in uplink da UE ad AS sono realizzate su canali unicast, le comunicazioni da AS verso N ricevitori possono essere realizzate tramite N canali unicast o con un singolo canale multicast MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Services). L’Application Server gestisce la selezione della modalità unicast o multicast sulla base, ad es., del numero di ricevitori e della loro concentrazione geografica. Il riutilizzo della tecnologia MBMS dimostra come una soluzione ideata e rivolta inizialmente al mercato consumer di massa, si possa riadattare, con opportune estensioni, alle esigenze di nuove applicazioni mission critical.
È bene evidenziare che le funzionalità di Release 12 sopra riportate abilitano solo un canale di trasporto dati (D2D piuttosto che tramite rete EPC) tra i terminali di Public Safety, ma non definisce come sarà utilizzato dalle applicazioni (ad es. voce, video). Infatti la segnalazione di controllo, la negoziazione end-to-end dei codec ed altri aspetti che regolano tali comunicazioni (ad es. la gestione dei gruppi o il floor control) sono oggetto della Release successiva. La Release 13 si è posta come obiettivo prioritario il completamento e l’estensione delle attività già avviate in Release12. Tra queste, la più significativa nell’ambito della ProSe Direct Communication è stata l’introduzione della funzionalità dei Relay: un dispositivo LTE di tipo “Relay” può mettere in connessione due terminali che non siano in “visibilità radio” diretta (UE-to-UE Relay) o può connettere alla rete un terminale fuori copertura (UE-to-network Relay). Inoltre, l’estensione della ProSe Direct Discovery (si veda il paragrafo 3) al caso Public Safety permette di rilevare la presenza di Relay da utilizzare per una successiva ProSe Communication o la ricerca di specifici membri affiliati ad una squadra, ad es. di vigili del fuoco [4].
La Release 13 include inoltre la prima versione del servizio di MCPTT (Mission Critical Push To Talk) che completa la Group Communication con le funzionalità di livello applicativo per consentire chiamate voce di gruppo. L’obiettivo del MCPTT è infatti replicare in LTE ed estendere le funzionalità applicative dei sistemi PMR (ad es. gestione dinamica dei gruppi di appartenenza, accodamento e pre-emption delle chiamate in base alla priorità, chiamate autorizzate da dispatcher, ascolto ambientale)  sfruttando anche il Push To Talk specificato da OMA. Per massimizzare le sinergie con il resto dei servizi commerciali erogati in LTE (ad es. VoLTE), si è deciso che le applicazioni MCPTT useranno una core SIP basata sulle interfacce del sistema 3GPP IMS [6].
Infine tra le nuove prestazioni in corso di studio vi è quella che va sotto il nome di IOPS (Isolated E-UTRAN Operation for Public Safety), che indaga sulle soluzioni da attuare per garantire continuità di servizio alle squadre di PS in situazioni di improvvisa perdita (totale o parziale) di connettività tra eNodeB ed EPC [7]. Tra i vari aspetti considerati sono inclusi: la possibilità di dispiego di eNodeB che integrino un sistema EPC “in a box” o la capacità di alcuni eNodeB isolati di riconfigurare la connettività verso la core attraverso altri eNodeB.
I requisiti di servizio delle prestazioni sopra elencate sono stati ufficialmente completati a Settembre del 2013. Al momento della stesura di questo articolo, è in corso il completamento delle architetture di rete/servizio ed entro fine anno, al più inizi del 2016, saranno completati i relativi protocolli di segnalazione (EPC e radio). La chiusura formale della Release 13 è prevista per Marzo 2016 ed è ragionevole attendersi che i primi prodotti compliant a tali standard siano disponibili commercialmente entro i successivi 12-18 mesi. Vale la pena ricordare che in ambito 3GPP viene data la massima priorità alle attività relative al PS.
Nel frattempo sono già partite le prime attività di Release 14, che riguardano la definizione dei requisiti di servizio di funzionalità aggiuntive quali Mission Critical Video (per la condivisione immediata di contenuti video all’interno di un gruppo o verso la control room) [8] e Mission Critical Data (per l’invio di dati, ad es. messaggi o mappe, secondo determinati criteri di performance come ad es. la tempestività e l’affidabilità della trasmissione) [9].
Tra le ulteriori attività in corso in 3GPP, è interessante sottolineare la richiesta del Ministero degli Interni francese, in merito all’utilizzo di LTE per le comunicazioni terra-aria verso velivoli (elicotteri, aerei) delle forze dell’ordine.
Da quanto sopra, si evince che siamo solo agli inizi di una nuova era che vedrà LTE ed in generale le comunicazioni radiomobili del 3GPP ricoprire un ruolo sempre più centrale ed essenziale nelle opere di soccorso e nel mantenimento della pubblica sicurezza oltre che a supporto dello sviluppo di nuovi business nei settori professionali privati.

 

5 - Ottimizzazioni per machine-to-machine

Secondo le previsioni, il traffico di tipo MTC (Machine Type Communication), che consente di connettere ad Internet  dispositivi che prima erano isolati dando così vita all’Internet delle Cose, crescerà rapidamente arrivando a diversi miliardi di dispositivi connessi nell’arco di pochissimi anni. Se questo rappresenta una enorme opportunità di business per gli Operatori, nel contempo non è immune da complessità e problemi che devono essere risolti. Il 3GPP ha iniziato dalla Release 10 a studiare le ottimizzazioni al EPS necessarie per servire questa nuova tipologia di traffico e terminali, molto diversa rispetto a quanto viene normalmente sperimentato con le persone fisiche.
Uno dei problemi studiati è rappresentato dalla congestione nella rete determinata da enormi carichi di segnalazione NAS (Non Access Stratum) qualora, ad es., moltissimi dispositivi dovessero chiedere contemporaneamente connettività alla rete mobile. Per fronteggiare criticità come queste il 3GPP ha introdotto due funzionalità: i back-off timer e il “low access priority indicator”. Benché concepite avendo in mente scenari machine-to-machine, tali funzionalità possono risultare utili anche per mitigare il comportamento incontrollato degli smartphone nel chiedere o rilasciare risorse per assicurare connettività alle applicazioni [1].
Un MME/SGSN che rilevi una situazione di congestione associata ad un APN può disattivarlo oppure rigettare nuove richieste provenienti dagli UE associate a quell’APN (ad es. nuove richieste di connessione); l’MME può anche arrivare a rifiutare la procedura di Attach a UE che abbiano sottoscritto quel particolare APN. In tutti questi casi l’MME può includere nella risposta allo UE un back-off timer. Dopo che uno UE ha ricevuto un back-off timer non può inviare nuove richieste all’MME fintanto che il timer non è scaduto (questo non si applica per i servizi d’emergenza).
Per molte classi di MTC UE le applicazioni in esecuzione sullo UE possono tollerare il differimento nell’accesso alle risorse di rete. In questi casi gli MTC UE possono essere configurati per includere nella segnalazione verso l’MME un “low access priority indicator” e di conseguenza potranno essere soggetti a back-off timer più lunghi.
La proliferazione degli UE MTC non è potenzialmente solo causa di congestione nella rete mobile. Il tipico comportamento di molte classi di UE MTC prevede lunghi periodi di inattività e solo periodicamente viene scambiato traffico con un centro servizi, ad esempio pochi byte per la lettura di un contatore. Avere tutti questi UE always-on facilita la comunicazione col centro servizi ma mantiene continuamente impegnate risorse preziose della rete mobile (ad es. indirizzi IP, connessioni nei nodi della core network) con costi elevati per gli Operatori. Risulta preferibile che gli UE MTC ottengano connettività IP solo quando serve e che rilascino le risorse nei momenti (spesso lunghi) di inattività. Se questo non rappresenta un problema per le comunicazioni originate dallo UE MTC, lo diventa invece per comunicazioni terminate perché esso non è raggiungibile fintanto che non acquisisce un indirizzo IP. Per risolvere questo problema il 3GPP a partire dalla Release 11 ha introdotto nell’architettura della rete mobile due nuovi elementi funzionali pensati per consentire ad una terza parte di risvegliare UE MTC inattivi (cioè senza indirizzo IP) e comunicare con loro: il SCS (Services Capability Server) e la MTC-IWF (Machine Type Communications-InterWorking Function). Ulteriori miglioramenti sono stati introdotti nelle Release successive [10]. In particolare, per abilitare sempre nuovi e più flessibili modelli di business e per incentivare/facilitare le terze parti ad accedere ai servizi offerti dalla rete, in Relese 13 il Services Capability Server è stato fatto evolvere nella SCEF (Service Capability Exposure Function) mostrata in Figura 7. Pertanto, se un AS di terza parte vuole comunicare con un’applicazione su uno specifico UE MTC, ma quest’ultimo non ha connettività IP, l’AS può inoltrare tramite il SCEF una richiesta (Trigger) alla MTC-IWF. Il Trigger contiene informazioni che permettono alla rete di indirizzare il messaggio allo UE MTC appropriato (External Identifier) e, allo UE di indirizzare il messaggio all'applicazione appropriata. La MTC-IWF verifica con l’HSS che il Trigger sia autorizzato e converte l’External Identifier in un identificativo (IMSI) instradabile nella rete 3GPP. Il Trigger viene poi passato all’SMS Service Center (SMS-SC) che lo recapita allo UE MTC, imbustato in un SMS.

 

Figura 7 - Architettura 3GPP per la Service Capability Exposure

I canali per la consegna degli SMS possono essere molteplici: via MSC, via SGs (interfaccia tra MSC e MME), via SGSN oppure su IMS via IP-Short-Message-Gateway (in quest’ultimo caso anche verso UE MTC senza MSISDN nel profilo di sottoscrizione). Gli SMS possono essere consegnati anche direttamente via MME con un nuovo meccanismo che prende il nome di “SMS in MME”, cioè un'opzione architetturale concepita principalmente per le reti che non dispiegano GERAN o UTRAN (dove quindi non è presente l’interfaccia SGs tra MSC e MME). È stata anche introdotta come ulteriore opzione la possibilità di inviare Trigger agli UE MTC utilizzando MBMS. Questa alternativa è indicata nel caso in cui il Trigger debba essere inviato non ad un unico UE, ma ad un gruppo comprendente un numero significativo di UE.
Come prima accennato, il Service Capability Exposure Function è l'elemento chiave all'interno dell'architettura 3GPP per esporre alle terze parti in modo sicuro i servizi e le funzionalità offerte da numerosi elementi della rete 3GPP.
Queste capacità di servizio vengono esposte verso le applicazioni esterne mediante un insieme standard di API (Application Programming Interface) sviluppate da OMA, GSMA, oneM2M ed altri enti di standardizzazione.
Sono state definite procedure per configurare elementi della rete 3GPP (HSS, MME, SGSN, PCRF) a riconoscere specifici eventi e riportali al SCEF che poi li rende disponibili alle terze parti autorizzate. Esempi di eventi che possono essere monitorati includono l’associazione UE / UICC, il cambio dell’associazione IMSI / IMEI-SV, lo stato di raggiungibilità, la perdita di connettività o il numero di device presenti in un'area geografica.
Inoltre la rete può essere configurata per intraprendere azioni (ad es. limitare l’accesso ad un MTC UE) qualora un determinato evento venga riconosciuto.
Tutte queste nuove funzionalità spingono nella direzione di offrire l’infrastruttura di rete mobile come un servizio di cui le terze parti possono beneficiare con la massima sicurezza e facilità, generando pertanto valore per gli Operatori.
Bisogna infine ricordare che oltre agli aspetti di rete 3GPP ha introdotto ottimizzazioni anche nel funzionamento dei dispositivi. Spesso gli UE MTC devono poter operare diversi anni senza sostituire la batteria, per cui è essenziale che consumino poco. Per questa ragione è stato definito il Power Saving Mode (PSM), cioè una modalità di funzionamento nella quale lo UE MTC è come se fosse spento, ma rimane registrato alla rete e pertanto non deve ripetere la procedura di Attach o ristabilire le connessioni alle PDN. Uno UE MTC in PSM non è immediatamente raggiungibile per servizi terminati ma lo diventa per un periodo limitato (Active Time) dopo che lo UE MTC stesso ha trasferito dati o segnalazione (ad es. un Tracking Area Update/Routing Area Update periodico). Se lo UE MTC vuole usare il PSM deve chiedere alla rete di valorizzare il parametro Active Time ad ogni procedura di Attach e TAU/RAU. PSM è quindi pensato per UE MTC che generano e ricevono traffico infrequente e che possono accettare un consistente ritardo nel ricevere comunicazioni provenienti dal centro servizi, come ad es. i lettori dei contatori del gas.

 

6 - Verso il 5G

La storia ha dimostrato che l'industria della telefonia mobile subisce un cambiamento tecnologico importante circa una volta ogni 10 anni. Non deve meravigliare dunque che il termine “5G” stia già salendo alla ribalta, specie se si considera la crescente richiesta di banda che il settore delle comunicazioni mobili continua a registrare.
Le previsioni oltre il 2020 prospettano una società completamente mobile e connessa, in cui grazie alla nuova rete non solo si potranno raggiungere velocità dati dell’ordine dei Gbps, sia in aree densamente popolate che seduti a bordo di treni superveloci, ma si potrà interagire da remoto e in completa affidabilità con i dispositivi più disparati, come auto, dispositivi medici, robot, droni, ecc. grazie a latenze ridotte a pochi millisecondi.
La stessa rete dovrà poter servire miliardi di sensori (elettrodomestici, contatori, ecc.) limitati in termini di velocità di trasmissione dati o di latenza, ma con requisiti stringenti su costi totali d’esercizio e scalabilità. Allo stesso tempo è presumibile che la rete sia chiamata sempre più in causa a supporto della gestione di emergenze ad es. a seguito di disastri naturali o di attività di tipo mission critical, quali quelle operate dalle forze dell’ordine. L’enorme varietà di casi d’uso previsti per il 5G lascia dunque prospettare che la peculiarità della rete del futuro non sia tanto nelle prestazioni di picco raggiungibili (ad es. il Gbps) quanto nel suo sapersi adattare di volta in volta, nel tempo e nello spazio, alle specifiche necessità del servizio erogato, sia in termini di funzionalità che di capacità elaborativa.
In questo senso, dal punto di vista sistemistico, si possono già intravedere alcune tendenze tecnologiche destinate ad essere probabili pilastri fondanti della rete 5G.
Ad esempio, la funzionalità DECOR (Dedicated Core Networks), specificata da 3GPP in Release 13, consente all’Operatore mobile di dispiegare più CN (Core Network) all’interno di una stessa PLMN [1]. Ogni CN può essere dedicata a servire specifiche tipologie di utenti e/o dispositivi. 

 

Ci sono vari motivi che spingono al dispiegamento di questa funzionalità, come la necessità di disporre di una CN ottimizzata per uno specifico scenario di servizio (ad es. una CN dedicata a terminali relativamente statici avrebbe bisogno di risorse minime per la gestione della mobilità), isolare certe classi di dispositivi (ad es. tablet, terminali machine-to-machine) o utenti (ad es. utenti corporate, agenzie di Public Safety, ecc.).
Gli utenti vengono assegnati ad una specifica CN in base al parametro di sottoscrizione “UE Usage Type” e pertanto non sono richieste funzionalità aggiuntive allo UE. Anche la selezione di nodi quali SGW e PGW da parte di MME/SGSN all’interno della CN dedicata viene effettuata in base al parametro di sottoscrizione “UE Usage Type”.
Una CN dedicata è sempre costituita da uno o più MME/SGSN e può contenere uno o più SGW/PGW/PCRF: può quindi essere progettata con la massima flessibilità.
In ogni PLMN è sempre presente una CN di default che serve gli utenti che o non hanno sottoscritto DECOR oppure per i quali non sono disponibili sufficienti informazioni nella RAN (Radio Access Network) per indirizzarli ad una specifica CN dedicata già al primo accesso alla rete. In quest’ultimo caso è necessaria una successiva re-direzione verso la CN dedicata indicata dallo “UE Usage Type”.
DECOR può essere considerato anche una tecnologia abilitante per la migrazione verso il paradigma NFV (Network Function Virtualization). Con NFV gli elementi di rete diventano applicazioni software, denominate VNF (Virtual Network Function), che l’Operatore mobile può istanziare su server COTS (Commodity Off-The-Shelf), ad esempio i classici blade system HP, Dell o di altri fornitori, sfruttando le tecnologie di virtualizzazione. Ci si aspetta che realizzare le reti secondo questo approccio permetterà di ridurre i costi e velocizzare il dispiegamento di nuovi servizi e/o funzionalità di rete, ma molti Operatori non sono ancora disponibili ad accettare il rischio di una sua adozione estensiva, trattandosi di una tecnologia di recente introduzione ed in rapida evoluzione. Grazie a DECOR sarà possibile realizzare istanze di EPC virtualizzate dedicate a specifici servizi e/o clienti, in modo da iniziare il percorso di migrazione verso NFV contenendo i rischi.
L’idea di avere più istanze di rete virtualizzate (denominate “slice”) nell’ambito della stessa PLMN rappresenta anche una delle ipotesi più interessanti a cui si sta lavorando per l’evoluzione verso il 5G. Uno dei possibili scenari all’orizzonte prevede che, grazie ad NFV, l’Operatore mobile potrà creare le slice in modo rapido, a partire da un catalogo di funzionalità elementari. Il catalogo sarà accessibile attraverso una piattaforma di orchestrazione dedicata ad NFV, che permetterà di automatizzare la gestione del ciclo di vita delle slice istanziate sull’infrastruttura (creazione, scaling, auto-healing, terminazione, ecc.) [11]. L’Operatore mobile potrà pertanto configurare dinamicamente la propria rete, creando di volta in volta istanze virtualizzate dove e quando necessario per rispondere ai requisiti dei diversi scenari d’uso che intenderà servire.

 

Conclusioni

La disponibilità di servizi dati ovunque ed in qualunque condizione di mobilità è diventata un requisito irrinunciabile per moltissimi utenti. Ciò ha determinato una crescita esponenziale del traffico veicolato sulle reti mobili, che potrà essere sostenuta dagli Operatori soltanto riducendo i costi ed incrementando la remuneratività degli investimenti.
L’attività di standardizzazione condotta negli ultimi anni in 3GPP ha cercato di dare risposte credibili a queste esigenze. Con la definizione delle reti mobili di quarta generazione e le loro successive evoluzioni si è reso più efficiente e mirato l’uso delle risorse disponibili. Ciò è stato ottenuto attraverso la differenziazione sempre più spinta dei profili di servizio degli utenti, lo sviluppo di nuove soluzioni per gestire condizioni di sovraccarico in rete e l’introduzione di meccanismi per lo spostamento di quote di traffico su hotspot Wi-Fi pubblici o privati.
In tempi più recenti il 3GPP ha introdotto tecnologie che potranno offrire agli Operatori nuove opportunità di business. In questo ambito vanno citate le soluzioni per terminali e servizi machine-to-machine ed un insieme di estensioni all’architettura 3GPP grazie alle quali la tecnologia LTE, attraverso l’abilitazione delle comunicazioni dirette device-to-device, potrà essere utilizzata per offrire servizi di prossimità e servizi mission critical.
Lo sforzo per rendere il sistema sempre più efficiente e performante è però tutt’altro che terminato. La spinta verso la virtualizzazione delle funzioni di rete rappresenta infatti una grossa opportunità che gli Operatori hanno per ridurre ulteriormente i costi ed al tempo stesso diventare più agili e veloci nel lancio di nuovi servizi. La possibilità di comporre in modo dinamico, a partire da un catalogo di funzionalità standard, istanze di rete virtualizzate ottimizzate per specifici utenti, terminali e/o servizi rappresenta una delle promesse alla base dell’evoluzione verso i sistemi mobili di quinta generazione.

 

Bibliografia

  1. 3GPP TS 23.401 “General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access
  2. 3GPP TS 23.203 “Policy and charging control architecture
  3. 3GPP TS 23.402 “Architecture enhancements for non-3GPP accesses
  4. 3GPP TS 23.303 “Proximity-based services (ProSe); Stage 2
  5. 3GPP TS 23.468 “Group Communication System Enablers for LTE (GCSE_LTE); Stage 2
  6. 3GPP TR 23.779 “Study on application architecture to support Mission Critical Push To Talk over LTE (MCPTT) services
  7. 3GPP TR 23.797 “Study on architecture enhancements to support Isolated E-UTRAN Operation for Public Safety
  8. 3GPP SP-150048 “Study on Mission Critical Video over LTE
  9. 3GPP SP-150049 “Study on Mission Critical Data Communications
  10. 3GPP TS 23.682 “Architecture enhancements to facilitate communications with packet data networks and applications
  11. NGMN “5G White paper
 

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