Le multiplazioni statiche
Un rete di computer potrebbe, in linea di principio, essere realizzata con un collegamento fisico, diretto e dedicato tra un PC e tutti gli altri. Un collegamento fisico dedicato è un link fisico utilizzato solamente da due interlocutori e basta, che quindi possono usufruirne sempre e in qualunque momento senza aspettare.
Dalla figura, si vede chiaramente che, all’aumentare del numero dei dispositivi in numero dei collegamenti aumenta con un incremento, in proprorzione, sempre maggiore.
La formula esatta sarebbe:
N*(N-1)/2
dato che:
- un PC dovrebbe realizzare
N-1collegamenti per tutti gli altri (escludendo se stesso) - la stessa cosa dovrebbero fare complessivamente N PC
- va diviso per 2 perchè i cavi vanno presi una sola volta (link full duplex)
L’incremento è praticamente quadratico e ciò porta rapidamente all’esplosione del numero dei collegamenti. Per un miliardo di dispositivi sparsi per tutto il globo, il quadrato di connessioni dedicate darebbe un numero così grande di connessioni fisiche che avrebbe il semplice difetto di essere economicamente insostenibile per essere realizzate con costi di accesso bassi.
Un percorso tra multiplazioni
La soluzione è rinunciare ai collegamenti fisici dedicati tra coppie di utenti e introdurre un certo grado di condivisione nell’utilizzo dei mezzi fisici di trasmissione (canali). La condivisione delle risorse è l’unico metodo per aumentare l’efficienza del loro utilizzo.
Ogni link non è condiviso con tutti gli utenti, nessun link li sopporterebbe tutti. Tutte le coppie di utenti, però, hanno la possibilità di stabilire un percorso attraverso più link, di volta in volta condivisi con altri messaggi col ruolo di occasionali compagni di viaggio.
Un percorso si può snodare attraverso molti link e, in genere, non è lo stesso per pacchetti con indirizzi di destinazione diversi. Presto o tardi le loro strade si divideranno.
Poichè i pacchetti non sanno in anticipo il percorso (non lo hanno allegato ai dati), deve esserci qualcosa che, ad ogni bivio tra un link e l’altro, indichi a ciascun pacchetto la direzione da prendere. Questa funzione (detta commutazione) è svolta dai nodi di smistamento posti ad ogni incrocio tra dei link. Questi nodi sanno come instradare ciascun pacchetto in base all’unica informazione utile allo scopo, l’indirizzo di destinazione. I nodi di smistamento, in Internet, si chiamano router.
La metafora è quella delle strade. Si parte con l’auto da una villetta a Bad Town, uscendo da un vialetto dedicato, si stabilisce un percorso verso Good Town e poi si va in una strada comunale condivisa con le villette vicine che stia nel percorso scelto, poi si va in una strada provinciale nel percorso, poi in una regionale, in una statale, per finire in una affollata autostrada, attraverso la quale si cambia regione arrivando a quella di destinazione. Dalla regione di destinazione si passa dalla strade regionali a quelle comunali lungo il percorso, fino al vialetto dedicato della casa in Good Town. Istante per istante le strade saranno più o meno affollate ma mai capiterà che più di un auto affollerà lo stesso punto nello stesso istante (multiplazione TDM).
L’aumento progressivo dell’efficienza nell’utilizzo dei canali ha portato, nel corso dei decenni, alla progressiva diffusione delle trasmissioni globali, rare e costose negli anni 80’ del secolo scorso, pervasive e a prezzi popolari nel mondo attuale. Anzi l’accesso alla rete (intesa come rete globale Internet) a prezzo calmierato, è considerato ormai un diritto primario del cittadino, dato che su di essa si sono spostati, in maniera esclusiva, molti servizi pubblici.
Definizione di multiplazione
Le multiplazioni sono delle tecniche per aumentare l’efficienza di un canale introducendo un certo grado di condivisione dello stesso tra più sorgenti.
La condivisione effettiva del canale è solo parziale. L’allocazione delle sorgenti sul canale in realtà è sempre ripartita in base ad una delle grandezze fisiche che lo contraddistinguono, mentre, per le rimanenti grandezze, la condivisioe rimane totale, cioè le sorgenti, su quelle grandezze, occupano tutto il canale nella sua interezza.
Modalità di allocazione di una risorsa
L’assegnazione (allocazione) della risorsa canale fisico ad una comunicazione avviene in genere con una modalità detta on demand (cioè su richiesta).
L’assegnazione di una risorsa ad un trasmettitore per una comunicazione è classificabile in base al momento in cui avviene la sua richiesta:
- all’apertura del contratto con l’utente. La risorsa viene allocata ad una sorgente al momento del suo collegamento alla rete e non termina mai (allocazione assoluta). Avviene in genere nelle sottoreti di accesso alla rete (ultimo miglio del doppino telefonico, collegamento allo switch nelle LAN).
- all’apertura della comunicazione (allocazione statica): analogamente a una conversazione telefonica, la risorsa viene allocata ad una sorgente all’inizio della comunicazione (apertura) e viene deallocata alla fine (chiusura) . Garantisce, grazie all’allocazione preventiva, una continuità della qualità del servizio per tutta la durata della comunicazione.
- Al momento della trasmissione del messaggio (allocazione dinamica). La risorsa viene assegnata ad una sorgente all’inizio della trasmissione di un suo messaggio. Finita la trasmissione del messaggio il canale viene deallocato e occupato da un altro messaggio non necessariamente della stessa sorgente. Garantisce, tramite la multiplazione statistica, una grande efficienza di utilizzo delle risorse soprattutto quando comunicano sorgenti intermittenti.
Efficienza e condivisione
Una gestione efficiente delle risorse (canali) si realizza attraverso la loro condivisione tra molti utenti, ottenibile con una tecnica di multiplazione che può essere:
- Multiplazione fissa o statica: assegna una parte della risorsa (una porzione canale) alla sorgente per tutta la durata della comunicazione, anche quando questa non trasmette.
- Multiplazione dinamica o statistica: assegna tutta la risorsa (tutta la capacità trasmissiva) per tutta la durata della trasmissione, cioè solo quando la sorgente occupa il canale.
Multiplazione statica
La capacità trasmissiva viene frazionata in tante parti quante sono le sorgenti che la devono utilizzare (ripartizione del canale in parti uguali). Le proprietà fisiche del mezzo trasmissivo che possono essere suddivise sono: spazio, frequenza, tempo e codice.
Nell’SDM il canale viene utilizzato nelle stesse frequenze e nello stesso tempo ma in spazi separati, (ad esempio più fili all’interno dello stesso cavo o più celle radio con la stessa frequenza vengono usate nel medesimo istante in locazioni sufficientemente distanti da non interferirsi).
Nel FDM il canale viene usato nello stesso tempo e nello stesso spazio ma su frequenze diverse, quindi anche in questo caso senza interferenza (ad esempio telefonia ADSL, broadcast radio e TV).
Nel TDM tutta la banda di frequenza disponibile (la stessa per tutte le comunicazioni) viene usata in tutto lo spazio disponibile (lo stesso per tutte le comunicazioni) ma in istanti diversi quindi anche in questo caso senza interferenza (ad esempio telefonia fissa, telefonia GSM, TV digitale terrestre). Dettaglio TDM statico
Nel CDM i segnali occupano e condividono la stessa frequenza lo stesso spazio e lo stesso tempo, ma, nonostante di fatto si interferiscano, possono ancora essere distinti in base alla potenza grazie ad un codice ortogonale univoco che permette di filtrare una certa comunicazione.
E’ possibile allocare una comunicazione su una porzione della grandezza fisica (spazio, tempo, frequenza, potenza) a cui essa è associata. La grandezza fisica è una proprietà del segnale che codifica sul canale i bit della comunicazione mediante processi di modulazione digitale.
I segnali possono essere frazionati variando alternativamente le grandezze tempo, frequenza, spazio e potenza. Le zone colorate in figura rappresentano la grandezza fisica che, di volta in volta, viene ripartita tra le varie sorgenti.
SDM nella telefonia cellulare
Colori uguali rappresentano frequenze uguali Per evitare interferenze, le celle che usano la stessa frequenza si separano nello spazio inframezzando celle servite da frequenze diverse:
- Celle vicine usano frequenze molto diverse
- Celle lontane riusano le stesse frequenze
SDM nelle Smart Antenna
Un lobo è la zona tridimensionale dello spazio dove l’antenna concentra la maggior parte della potenza emessa nonché quella da dove riceve meglio (principio di reciprocità)
I fasci comandati elettronicamente realizzano: un beam switching tra direzioni predefinite (a) oppure un beam forming che insegue con continuità il target (b)
L’antenna dirige il fascio in modo da concentrarlo sul target per:
- Massimizzare la potenza trasmessa sul e la sensibilità di ricezione dal target.
- Evitare di ricevere interferenze RFI da altri dispositivi diversi dal target.
- Si realizza un SDM se si inviano simultaneamente comunicazioni diverse su fasci separati.
Dettaglio TDM statico su mezzi punto-punto
Dettaglio tecnologie di accesso al mezzo radio
Dettaglio TDM statistico su mezzi punto-punto