Imparare ad usare la scheda AZ-Delivery SIM800L #2

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In questa lezione impareremo rapidamente come funzionano i sistemi GSM e GPRS, per poterli utilizzare al meglio successivamente.

Come abbiamo visto nello scorso articolo, esistono occasioni particolari in cui i progetti basati sulla Internet of Things si trovano a dover condividere informazioni in zone dove la copertura Internet non è presente, o, più semplicemente, non sono presenti punti di accesso alla rete. In queste condizioni è possibile riesumare sistemi obsoleti che, a costo di una alimentazione energetica un po’ più complessa e meno parca, consentono collegamenti ed invio di informazioni con un raggio decisamente maggiore.

La scheda SIM800L di AZ-Delivery fa parte di queste nuove schede i comunicazione. Per avere un’idea più chiara di come tali schede funzionino, dedicheremo l’articolo di oggi ad una superficiale spiegazione dei protocolli.

Global System for Mobile (GSM)

Il Global System for Mobile Communications (GSM) è uno standard sviluppato dall’European Telecommunications Standards Institute (ETSI) per descrivere i protocolli per le reti cellulari digitali di seconda generazione (2G) utilizzate dai dispositivi mobili come telefoni cellulari e tablet. A metà degli anni 2010 è diventato uno standard globale per le comunicazioni mobili, raggiungendo una quota di mercato superiore al 90% e operando in oltre 193 paesi e territori.

Le reti 2G vennero sviluppate in sostituzione delle reti cellulari analogiche di prima generazione (1G). Lo standard GSM originariamente descriveva una rete digitale a commutazione di circuito ottimizzata per la telefonia vocale full duplex. Succcessivamente il protocollo si è ampliato, per includere le comunicazioni di dati, prima tramite trasporto a commutazione di circuito, poi tramite trasporto di dati a pacchetto tramite General Packet Radio Service (GPRS) e Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).

Successivamente, il 3GPP ha sviluppato gli standard UMTS di terza generazione (3G), seguiti dagli standard LTE Advanced di quarta generazione (4G) e dagli standard 5G di quinta generazione, che non fanno parte dello standard ETSI GSM.

Il GSM è uno standard di seconda generazione (2G) che utilizza la condivisione dello spettro ad accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA). Lo standard GSM non include il 3G Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), la tecnologia CDMA (code-division multiple access), né gli standard tecnologici OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) 4G LTE emessi dal 3GPP.

General Packet Radio Service (GPRS)

General Packet Radio Service (GPRS) è uno standard di dati mobili orientato ai pacchetti sul sistema globale per le comunicazioni mobili della rete di comunicazione cellulare 2G e 3G (GSM). GPRS è stato istituito dall’Istituto europeo per gli standard di telecomunicazione (ETSI); ora è gestito dal 3rd Generation Partnership Project (3GPP).

Contrariamente al servizio GSM, che di solito fattura per minuto o frazione di tempo di connessione, il GPRS viene generalmente venduto in base al volume totale di dati trasferiti durante il ciclo di fatturazione. Ciò implica un vantaggio piuttosto cospicuo per chiunque desideri inviare un quantitativo di dati scarso aintervalli fissi.

Il GPRS è un servizio best-effort, che implica un throughput e una latenza variabili che dipendono dal numero di altri utenti che condividono il servizio contemporaneamente, al contrario della commutazione di circuito, dove è garantita una certa qualità del servizio (QoS) durante la connessione. Nei sistemi 2G, GPRS fornisce velocità di trasmissione dati di 56-114 kbit/sec. La tecnologia cellulare 2G combinata con GPRS è talvolta descritta come 2.5G, ovvero una tecnologia tra la seconda (2G) e la terza (3G) generazione di telefonia mobile. Fornisce un trasferimento di dati a velocità moderata, utilizzando canali ad accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA) inutilizzati. Ad esempio, nel sistema GSM. GPRS è integrato in GSM Release 97 e versioni successive.

Servizi aggiuntivi:

Il GPRS estende le capacità dati a commutazione di circuito GSM e rende possibili i seguenti servizi:

SMS e trasmissione
Accesso a Internet “sempre attivo”
Servizio di messaggistica multimediale (MMS)
Push-to-talk su cellulare (PoC)
Messaggistica istantanea e presenza: villaggio wireless
Applicazioni Internet per dispositivi intelligenti tramite protocollo di applicazione wireless (WAP)
Servizio punto-punto (P2P): inter-rete con Internet (IP)
Servizio punto-multipunto (P2M): multicast punto-multipunto e chiamate di gruppo punto-multipunto

Se si utilizza SMS su GPRS, è possibile raggiungere una velocità di trasmissione SMS di circa 30 messaggi SMS al minuto. Questo è molto più veloce rispetto all’utilizzo del normale SMS su GSM, la cui velocità di trasmissione SMS è di circa 6-10 messaggi SMS al minuto.

Protocolli supportati:

GPRS supporta i seguenti protocolli:

Protocollo Internet (IP). In pratica, i browser mobili integrati utilizzano IPv4 prima che IPv6 sia diffuso.
Il protocollo Point-to-Point (PPP) in genere non è supportato dagli operatori di telefonia mobile, ma se un telefono cellulare viene utilizzato come modem per un computer connesso, è possibile utilizzare PPP per eseguire il tunneling dell’IP al telefono. Ciò consente di assegnare dinamicamente un indirizzo IP (utilizzando IPCP anziché DHCP) all’apparecchiatura mobile.
Le connessioni X.25 vengono generalmente utilizzate per applicazioni come i terminali di pagamento wireless, sebbene siano state rimosse dallo standard. X.25 può ancora essere supportato su PPP, o anche su IP, ma ciò richiede un router basato sulla rete per eseguire l’incapsulamento o un software integrato nel dispositivo finale/terminale; ad esempio, attrezzatura utente (UE).

Quando si utilizza TCP/IP, a ogni telefono possono essere assegnati uno o più indirizzi IP. Il GPRS memorizzerà e inoltrerà i pacchetti IP al telefono anche durante l’handover. Il TCP ripristina eventuali pacchetti persi (ad esempio a causa di una pausa indotta da rumore radio).

Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE)

Enhanced Data rate for GSM Evolution (EDGE) è una tecnologia di telefonia mobile digitale che consente migliori velocità di trasmissione dati come estensione retrocompatibile del GSM. EDGE è considerata una tecnologia radio pre-3G e fa parte della definizione 3G dell’ITU. EDGE è stato implementato su reti GSM a partire dal 2003.

EDGE è oggi standardizzato anche da 3GPP come parte della famiglia GSM.

Attraverso l’introduzione di sofisticati metodi di codifica e trasmissione dei dati, EDGE offre bit-rate più elevati per canale radio, con un conseguente aumento di tre volte in capacità e prestazioni rispetto a una normale connessione GSM/GPRS.

EDGE può essere inoltre utilizzato per qualsiasi applicazione a commutazione di pacchetto, come una connessione Internet.

Evolved EDGE continua nella versione 7 dello standard 3GPP fornendo latenza ridotta e prestazioni più che raddoppiate, ad es. per completare l’accesso ai pacchetti ad alta velocità (HSPA). Ci si possono aspettare bit rate di picco fino a 1 Mbit/s e bit rate tipici di 400 kbit/s.

Tecnologia e sistemi di trasmissione

EDGE/EGPRS è implementato come un miglioramento bolt-on per le reti GSM/GPRS 2.5G, rendendo più facile per i gestori GSM esistenti l’aggiornamento ad esso. EDGE è un superset di GPRS e può funzionare su qualsiasi rete con GPRS implementato su di esso, a condizione che il vettore implementi l’aggiornamento necessario. EDGE non richiede modifiche hardware o software da apportare alle reti core GSM. Le unità ricetrasmittenti compatibili con EDGE devono essere installate e il sottosistema della stazione base deve essere aggiornato per supportare EDGE. Se l’operatore lo dispone già, come spesso accade oggi, la rete può essere aggiornata a EDGE attivando una funzione software opzionale. Oggi EDGE è supportato da tutti i principali fornitori di chip.

Oltre alla codifica a spostamento minimo gaussiano (GMSK), EDGE utilizza la codifica a spostamento di fase PSK/8 di ordine superiore (8PSK) per i primi cinque dei suoi nove schemi di modulazione e codifica. EDGE produce una parola a 3 bit per ogni cambio di fase della portante. Ciò triplica efficacemente la velocità dati lorda offerta dal GSM. EDGE, come GPRS, utilizza un algoritmo di adattamento della velocità che adatta lo schema di modulazione e codifica (MCS) in base alla qualità del canale radio, e quindi al bit rate e alla robustezza della trasmissione dei dati. Introduce una nuova tecnologia non presente nel GPRS, Incremental Redundancy, che, invece di ritrasmettere pacchetti disturbati, invia più informazioni di ridondanza da combinare nel ricevitore. Ciò aumenta la probabilità di una corretta decodifica.

EDGE può trasportare una larghezza di banda fino a 236 kbit/s (con latenza end-to-end inferiore a 150 ms) per 4 timeslot (il massimo teorico è 473,6 kbit/s per 8 timeslot) in modalità pacchetto. Ciò significa che può gestire una quantità di traffico quattro volte superiore rispetto al GPRS standard. EDGE soddisfa i requisiti dell’Unione internazionale delle telecomunicazioni per una rete 3G ed è stato accettato dall’ITU come parte della famiglia di standard 3G IMT-2000.

Link utili:

Articoli precedenti:

Imparare ad usare la scheda AZ-Delivery SIM800L #1

Luigi_Morelli

Definire ciò che si è non risulta mai semplice o intuitivo, in specie quando nella vita si cerca costantemente di migliorarsi, di crescere tanto professionalmente quanto emotivamente. Lavoro per contribuire al mutamento dei settori cardine della computer science e per offrire sintesi ragionate e consulenza ad aziende e pubblicazioni ICT, ma anche perche’ ciò che riesco a portare a termine mi dà soddisfazione, piacere. Così come mi piace suonare (sax, tastiere, chitarra), cantare, scrivere (ho pubblicato 350 articoli scientfici e 3 libri sinora, ma non ho concluso ciò che ho da dire), leggere, Adoro la matematica, la logica, la filosofia, la scienza e la tecnologia, ed inseguo quel concetto di homo novus rinascimentale, cercando di completare quelle sezioni della mia vita che ancora appaiono poco ricche.