Da Filippide a Internet: l'evoluzione dei mezzi di comunicazione

Fulvio Babich

Dobbiaco

29 luglio 2010

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.

• Messaggeri – Emerodromi: Filippide

– Corrieri a cavallo

– Piccioni viaggiatori

• Tecniche ottiche– Segnali di fumo

– Specchi

– Bandiere

• Tecniche acustiche– Tamburi

Tecniche di comunicazione a distanza

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.

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

Rete di accesso

Rete di trasporto

Una rete unica (almeno idealmente)

Rete di telecomunicazioni

Obiettivo: permettere il collegamento diuna 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

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

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).

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.