NUOVA RETE TELEFONICA GENERALE (PSTN)

RETE TELEFONICA GENERALE (PSTN)

La Rete Telefonica Generale  (PSTNPublic Switched Telephone Network; in italiano: Rete Telefonica Pubblica Commutata), è la più grande rete telefonica esistente. Posseduta da società private, pubbliche, e a capitale misto, di tutto il mondo. La rete telefonica copre l’intero pianeta e chiunque può accedervi pagando, nella maggior parte dei casi, un canone per il suo utilizzo.

Prima di descrivervi la Rete Telefonica Generale vi voglio esporre quali sono stati i vari passaggi prima di arrivare ai collegamenti odierni.

La prima trasmissione vocale avvenne nel 1876, attraverso un cavo telefonico in rame che collegava fisicamente due apparecchi telefonici.

Questo sistema permetteva il collegamento di una sola coppia di telefoni, e quando nacque l’esigenza di dover far parlare più persone tra di loro si ipotizzò di fornire a ognuno più linee telefoniche, e un numero per identificarli.

Ci si rese conto immediatamente che non era possibile collegare ogni telefono con tutti gli altri, e si pensò di connetterli a un centralino manuale, dove una persona smistava le chiamate.

Iniziava così la nuova era nelle comunicazioni telefoniche che in cento anni  di evoluzione tecnologica ci ha portato alle centrali telefoniche digitali.   

RETE TELEFONICA GENERALE (PSTN)

STRUTTURA DELLA RETE TELEFONICA TRADIZIONALE

SGTStadio di Gruppo di Transito (65 in Italia)

SGUStadio di Gruppo Urbano (650 in Italia)

SLStadio di Linea (10500 in Italia)

Tecnicamente una centrale telefonica può essere uno Stadio di Linea (SL), uno Stadio di Gruppo Urbano (SGU), oppure uno Stadio di Gruppo di Transito (SGT).

Lo Stadio di Linea è l’ultima centrale dove arrivano tutti gli altri provider con i loro apparati, dopodiché inizia il famoso ultimo miglio che giunge fino all’utente, e in Italia è di proprietà di TIM (Telecom Italia).

10500 Stadi di Linea sono collegati ad uno dei 628 Stadi di Gruppo Urbano, che a loro volta sono connessi ad uno dei 65 Stadi di Gruppo di Transito (le centrali interurbane). Questi ultimi sono connessi tra di loro per poter smistare le chiamate interurbane dando così luogo alle dorsali (backbone) principali della rete telefonica nazionale. Per completare l’architettura fisica della rete (topologia), alcuni SGT sono connessi ad uno dei 3 Gateway internazionali (in Italia a Milano, Roma, e Palermo) che a loro volta sono connessi con i gateway di altre nazioni per le comunicazioni internazionali.

ARCHITETTURA DI UNA RETE TELEFONICA GENERALE

L’architettura di una rete dipende dal numero di Nodi Terminali da collegare, dalla distanza, e dalla tipologia dei servizi da erogare.

La prospettiva per l’Operatore è quella di avere una efficiente copertura del territorio per l’erogazione dei servizi, limitando i costi di investimento, e quelli di esercizio.

Per il cliente il vincolo è dato dalle tecnologie che sono rese disponibili sul territorio.

ESEMPIO DI ARCHITETTURA DI RETE TELEFONICA USATA PER COLLEGARE UN NUMERO ELEVATO DI SEDI

Le architetture tipiche di una rete quando si deve collegare un numero elevato di sedi è di tipo Gerarchica, e la Rete viene suddivisa in:

  • Dorsale Primaria (BackBone
  • Aggregazione
  • Accesso

La Rete di Accesso è la parte di una rete di telecomunicazioni che raggiunge gli utilizzatori finali.

mentre la Rete di Dorsale o Backbone connette tra loro le sedi (POP) di un operatore di Telecomunicazioni.

ARCHITETTURA FUNZIONALE DI UNA RETE DI TELECOMUNICAZIONI

CONVERGENZA VERSO L’IP

SERVIZI OFFERTI DALLA RETE DI SERVIZIO

Fonia fissa: 

RETE IP

RETE DI TRASPORTO

La rete di trasporto è presente a livello di backbone e aggregazione, ed ha un ruolo fondamentale nelle reti degli operatori in quanto realizza i canali di comunicazioni punto-punto virtualizzando il livello fisico, permettendo così di costruire sopra la maglia di dorsali ottiche una o più topologie logiche (che rappresentano il modo in cui i dati  transitano sulle linee di comunicazione. Le topologie logiche più diffuse sono: Ethernet,  Token, ecc.) come supporto alle reti di servizio.

Le tecnologie più usate sono:

PORTANTI FISICI/RADIO.

Questi sono usati per trasmettere l’informazione, e in base alla tipologia possiamo usare :

RETE DI ACCESSO 

Iniziamo dalla Rete Interna del cliente, che di solito è di proprietà dell’utente, collega i punti telefonici all’interno dell’edificio fino al Box dell’abitazione dove  arriva il il cavo della Rete di Accesso che viene messo a disposizione dal provider.

Il collegamento più usato è quello in parallelo in quanto i Telefoni collegati restano indipendenti uno dall’altro, se invece fossero collegati in serie: se si toglie uno dei telefoni si escludono i telefoni a valle, a meno che non si cortocircuiti la presa telefonica.

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RETE DI ACCESSO IN RAME

La Rete di Accesso in rame (Cavo Telefonico) connette gli utenti alla centrale telefonica di competenza.

RETE DI ACCESSO PASSIVA IN RAME

Le centrali sono più di 10.000, + di 115 M di Km di coppie, + 151 k di Armadi, + di 5 M di box di distribuzione. 

COME VIENE DIVISA LA RETE DI ACCESSO

Il cavo telefonico della rete di Accesso Secondaria parte dal Box di distribuzione  dell’abitazione fino al Box Stradale (Armadio). 

Il cavo telefonico della rete Primaria parte dal Box Stradale fino al Giunto di Sfioccamento. 

I vari Box stradali sono collegati al giunto di Sfioccamento attraverso i cavi della Rete Primaria (max. 800 doppini). 

La rete di Accesso, dal giunto di Sfioccamento alla Centrale Telefonica, utilizza dei cavi Multicoppia (max. 2400 doppini).

 

CENNI SULLA TRASMISSIONE DEL SEGNALE FONICO

Il segnale fonico dopo essere stato convertito in un segnale elettrico dal microfono

è trasportato attraverso un cavo telefonico fino alla prima
centrale di commutazione (SL o SGU), dove viene digitalizzato e multiplato su canali di commutazione con altri segnali di fonia che appartengono a utenti diversi e instradato nella rete di trasporto.

La voce occupa uno spicchio della banda di frequenze che si possono trasmettere su un cavo in rame e viene chiamata:  banda fonica o banda vocale, ed è compresa tra 300 Hz e 3400 Hz .

La banda passante utilizzata da la sensazione a chi ascolta che la voce della persona che parla sia leggermente diversa, in quanto non vengono utilizzate tutto lo spettro di frequenze.

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PERMUTATORE URBANO

Una volta che i cavi arrivano in centrale, attraverso le muffole, questi vengono collegati al Permutatore Urbano (Main Distribution Frame) che è un dispositivo nel quale si effettuano i collegamenti tra le apparecchiature della centrale e la rete di distribuzione in rame esterna. Tramite il permutatore è possibile effettuare il collegamento tra una qualsiasi linea di centrale e un qualsiasi doppino, e anche predisporre velocemente i dispositivi. Inoltre svolge la funzione di permutazione, protezione, e sezionamento tra la rete e la centrale di commutazione.

TECNOLOGIE DELLA RETE DI ACCESSO

Le Reti di Accesso Pubbliche hanno lo scopo di collegare le sedi dei clienti al POP di riferimento.

Le tecnologie usate per la Rete di Accesso si possono dividere in due macro categorie:

  • Con portante su Cavo
  • Con portante Radio

TECNOLOGIE SU CAVO IN RAME COME PORTANTE

  • Linee Analogiche chiamate POTS (Plain Old Telephone Service. Tradotto in italiano: Linea Telefonica Analogica).

 

  • COLLEGAMENTI DATI DEDICATI:

HDSL: (High Data Rate Digital Subscriber Line) è un collegamento simmetrico ad alta velocità. Per collegarsi al nodo sono necessari due doppini telefonici dedicati. Il termine simmetrico significa che la velocità dei dati trasmessi e quelli ricevuti sono eguali. La velocità di linea dipende dal provider, e parte da 2 Mbps fino a 10 Mbps.   

SHDSL(Single Line High Data Rate Digital Subscriber Line) è come l’HDSL solo che usa un solo doppino telefonico. La velocità di linea dipende dal provider, e può arrivare fino a 10 Mbps con una BMG di  4 Mbps.

CDN (Circuito Diretto Numerico) è una linea dedicata a 4 fili Punto-Punto o Punto-Multipunto che utilizza tecniche digitali con velocità fino a 2 Mbit/s. Nel caso di collegamenti diretti numerici “ad alta velocità” sono definiti tagli da 34 Mbit/s, 155 Mbit/s, 622 Mbit/s, 2,5 Gbit/s.

  • DSL (Digital Subscriber Loop)

ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) è un collegamento dati asimmetrico adatto a tutte le applicazioni che richiedono una velocità in download maggiore di quella in upload. Ed è quella più usata dalle utenze domestiche e piccole aziende.

L’aspetto che si deve considerare quando si usa un doppino telefonico per collegarsi a Internet è l’ampiezza di bandaovvero, l’intervallo di frequenze che esso consente di trasmettere.

Il segnale vocale occupa una banda di frequenza che parte da 300 Hz e arriva fino a 3400 Hz, il resto è disponibile: ed è ampia; ma bisogna tenere conto della distanza al nodo e da altri fattori come l‘attenuazione, la distorsione e la diafonia, che riducono la distanza massima dal nodo a circa quattro chilometri.

Come dicevo, l’ADSL è nata per sfruttare la banda del doppino telefonico sul quale transitano tre flussi di segnale separati.

– Canale voce: 300-3400 Hz.

– Canale ADSL Upstream da 25 a 200 Khz.

– Canale ADSL Dowstream da 200 Khz a 1,1 Ghz circa.

Quando si utilizza il telefono e l’ADSL sulla stessa linea telefonica è necessario avere un apparato per ogni presa che consenta di dividere le due bande di frequenza, e viene utilizzato lo SPLITTER (un filtro passivo che non è necessario alimentare). Perciò la linea telefonica sarà collegata all’ingresso dello Splitter (Filtro), mentre una delle uscite sarà collegata al telefono e l’altra uscita  al Modem ADSL.

ADSL2Questa tecnologia permette di incrementare la velocità di ricezione fino a 12 Mbps, e quella in trasmissione fino a 1Mbps.

ADSL2+Raddoppia la frequenza massima utilizzata per la trasmissione dei dati fino a 2,2 Mhz questo consente di modulare più informazioni nella stessa unità di tempo, e quindi far transitare sul doppino telefonico un flusso dati fino a 25 Mbps. In questo caso bisogna tenere conto dell’attenuazione, per cui la distanza si riduce a circa due chilometri.

VDSL2 (Veery-high-bit-rate Digital Subscriber Line 2) fa parte della famiglia delle tecnologie xDSL, nonché la naturale evoluzione dell’ADSL/2+, e permette connessioni con velocità di trasmissione fino a 300 Mbit/s su doppino telefonico in rame.

RETE DI ACCESSO TRADIZIONALE IN FIBRA OTTICA

L’architettura tradizionale della rete di accesso in fibra ottica è derivata dall’uso che se ne è fatta per molto tempo: interconnettere centrali telefoniche, il collegamento dati tra sedi di grosse aziende, e/o organizzazioni.

Quella in figura è una architettura e tecnologica tipica di una rete di trasporto in fibra ottica.

ARCHITETTURA GERARCHICA AD ANELLI

TECNOLOGIE  USATE SULLA RETE DI ACCESSO SU CAVI IN FIBRA

Come detto in precedenza la rete di trasporto di Telecom Italia in fibra ottica, a partire dagli anni 90 ha utilizzato la seguente Tecnologia:

 WDMI sistemi WDM sono utilizzati dalle società telefoniche (nel nostro caso Telecom Italia) perché consentono di aumentare la banda disponibile in una rete senza dover stendere altra fibra ottica.

 La Metro Ethernet, o Ethernet MAN dell’area metropolitana è una rete su standard Ethernet. Viene comunemente utilizzata per connettere gli abbonati a una rete di servizi più ampia, o a Internet.  Accessi da 10 Mbit/s a 1 Gbit/s.

PON  ( Passive Optical Network) è una rete ottica passiva, ed è una tecnologia di telecomunicazioni utilizzata per portare il collegamento in fibra all’utenza finale, sia domestica che aziendale. La caratteristica distintiva di una PON è la realizzazione di un’architettura punto-multipunto, in cui si utilizzano splitter ottici non alimentati così da usare una singola fibra ottica per raggiungere più destinatari. 

L’architettura di una rete ottica passiva (PON) è composta dalle seguenti unità principali OLTONUODN, e POS.

  • L’OLT è situato in Centrale ed è l’interfaccia tra PON e la rete di backbone ottica. L’OLT distribuisce i servizi PSTN, e Internet a un numero di utenti compreso tra 16 e 128 per linea di fibra.
  • L’ODN collega l’OLT e gli utenti finali tramite fibre ottiche.
  • L’ONU fornisce un’interfaccia di servizio agli utenti finali.
  • Il POS  (Passive Optical Splitter. In italiano: divisore ottico passivo) divide un segnale ottico in più segnali uguali a bassa potenza, e li distribuisce agli utenti finali.

GPON

L’evoluzione del PON è il GPON  dove la OLT, ONT o ONU, sono le componenti attive, mentre la ODN è passiva, ed è composta da fibra e diramatori. Nella tecnologia GPON si utilizza solo una fibra sia per la trasmissione che per la ricezione. In Upstream, nella banda 1260-1360 nm si avrà una velocità di trasmissione di 1,244 Gbit/s, mentre in Downstream nella banda 1480-1500 nm sarà di 2,488 Gbit/s.

ARCHITETTURA GPON NELLA RETE TIM

Due sono gli stadi di splittig (muffola+cliente) dove n * m=64.

ODFOptical Distribution Frame (permutatore ottico).

ROEripartitore ottico di edificio.

Nella rete GPON, in certi casi, viene installato a pochi metri dalle abitazioni, o in cantina, il ROE (Ripartitore Ottico di Edificio) che può agire da splitter otticoma il suo scopo principale è quello di dare flessibilità alla rete. Nel ROE entra un numero prefissato di fibre ottiche (es. 16, provenienti da uno splitter ottico), e ne escono altrettante, che andranno direttamente nell’abitazione del cliente.

Prossimamente XGPON.

ACCESSO SU CAVI IN FIBRA

Le soluzioni derivanti dalle reti di trasporto di Telecom Italia sono:

  • SDHsono canali trasparenti punto-punto a bit-rate  prefissate (34, 155, 622, 2.048 Mbit/s)
  • DWDMservizi di trasporto con un bit-rate fino a 10 Gbit/s, e prossimamente 40 Gbit/s
  • MAN GIGABIT ETHERNETAccessi da 10 Mbit/s a 1 Gbit/s.
  • NGNreti basare sul protocollo IP che hanno permesso di sviluppare architetture in grado di portare al cliente finale collegamenti ottici FTTx

NGN (Next Generation Network)

Sono le reti di nuova generazione che danno la possibilità di convergenza dei servizi voce/video/dati, su protocollo IP. L’utilizzo di questa rete a banda larga o ultra larga in ingresso, permette di connettere una molteplicità di dispositivi, di cui, per la maggior parte, sono terminali mobili, e permette anche la scalabilità di banda.

SOLUZIONI ARCHITETTURALI PER L’ACCESSO NGN

FTTH (Fiber To The Home):  la fibra ottica di questa connessione  è caratterizzata da un’infrastruttura che arriva fino in casa dell’utente. Con questa tipologia di linea è possibile, fino a oggi, navigare con una velocità massima di Giga (pari a 1024 Mega) in download e 100 Mega in upload.

FTTB (Fiber TThe Building): la fibra ottica arriva fino nelle vicinanze del palazzo per poi essere distribuito ai vari utenti utilizzando i cavi in rame esistenti, che riduce leggermente la velocità effettiva delle connessioni facendo da collo di bottiglia. Velocità in download da 200 Mbps fino a 1 Gbps , da 30 a 100 Mbps in upload.

FTTC (Fiber To The Cabinet) : questa soluzione identifica una rete “mista rame” e la fibra ottica arriva a un Cabinet  che è posto sulla sommità del  BOX. I clienti sono collegati al Cabinet mediante un doppino in rame esistente e per il trasporto dei dati utilizza la tecnologia VDSL2. Velocità in download fino a 100 Mbps.  Velocità in upload  fino a 30 MbpsSe si voleva sfruttare a pieno le potenzialità della tecnologia VDSL si poneva il problema dato dall’attenuazione di linea, in quanto questa cresce con l’aumentare della frequenza, per cui hanno deciso di accorciare la tratta in rame che parte dall’utente e arriva al BOX di linea (ARL). Dal Box di linea fino alla centrale si utilizza un collegamento in fibra ottica, rendendo ininfluente la distanza.

La FTTC TIM è offerta con protocollo G.INP (una via di mezzo tra fast e interleaved) e non è possibile richiedere la modalità fast (commercializzata da TIM come opzione sulle linee ADSL).
Come accennato prima il G.INP, oltre a permettere un miglior coding-gain (guadagno della codifica) e meno overhead (quindi maggiore banda rispetto alle configurazioni fast o interleaved), permette un ping pari a quello del protocollo fast, pur mantenendo la qualità del controllo errori pari a quella del protocollo interleaved.

FTTE (Fiber To The Exchange) la connessione in fibra ottica arriva sino alla centrale e prosegue su supporto in rame in tecnologia ADSL2+ o VDSL.  Velocità in Download fino a 20 Mbps.  Velocità in Upload  fino a 7 Mbps.

COLLEGAMENTI GBE

Sfruttando la principale rete dorsale di Telecom Italia denominata OPB (Optical Packet Backbone),  realizzata in tecnologia IP/MPLS sono disponibili collegamenti in fibra con terminazioni di tipo Gigabit Ethernet (GBE).

La Fibra Ethernity è un collegamento in Fibra Ottica dedicata con protocollo GBE a 10/100 Mbps e 1Gbps.

Nell’ambito del servizio Fibra Ethernity ci sono diverse architetture di connessione in fibra ottica con protocollo GBE (Gigabit Ethernet) con profilo MPLS (Giga Hyperway, rete geografica) disponibile in modalità standard a 10/100 Mbps e si arricchisce con i nuovi tagli di 200, 300, 500, 600 Mbps e 1Gbps.

 Internet (GigaBusinessche offre una soluzione di accesso ad Internet in fibra ottica su interfacce GBE a partire da 10M e con possibilità di configurare la banda di accesso ad Internet a partire da 2M e si arricchisce con i nuovi tagli di 200, 300, 500, 600 Mbps e 1Gbps.

PRECISAZIONE AGCOM  

Gli operatori di telefonia sono obbligati a indicare con chiarezza il tipo di tecnologia usata per la connessione a Internet. Questo permette agli utenti di paragonare le varie offerte in fibra ottica e valutare quali sono le migliori.

L’AGCOM ha chiarito che sole le  tecnologie: FTTH, e FTTB possono essere indicate dai provider con il nome : FIBRA, mentre la tecnologia FTTC, e la tecnologia FWA (Fixed Wireless Access) possono usare il nome FIBRA se specificano che una è su un collegamento misto a rame e l’altro è mista radio.La tecnologia FTTE  di TIM avrà il bollino rosso in quanto il collegamento è tutto in rame.

L’AGCOM ha deciso inoltre di obbligare gli operatori ad utilizzare un sistema di bollini di vari colori per rendere più trasparente al consumatore il tipo di offerta e relativa tecnologia: (Verde “FF” per la fibra a casa (FTTH), blu “F” per la fibra al palazzo (FTTB)giallo “RF” per la fibra all’armadio (FTTC), rosso (R) per la fibra alla centrale (FTTN), e viola (W) per il fixed wireless).

TiM ha deciso di utilizzare questa simbologia:

 RETE DI ACCESSO CON PORTANTE RADIO

ACCESSO RADIO FISSO:

  • WiFi: è una tipologia di trasmissione wireless ad altissima velocità, che utilizza delle bande di frequenza, ed opera attraverso un router. Questa tipologia di trasmissione permette di collegare tra loro più dispositivi senza dover utilizzare dei cavi di collegamento. Ed è in grado di tramettere dati anche a distanze notevoli: a seconda del tipo di antenna, e dagli ostacoli presenti. In commercio esistono router e antenne che possono coprire una distanza di qualche centinaio di metri fino a diversi chilometri, e un’ampiezza di banda intorno ai 54 Mbps.

  • WiMax  (Worldwide Interoperability for Microwave Access) è una tecnologia e uno standard tecnico di trasmissione che consente l’accesso di tipo wireless a reti di telecomunicazioni a banda larga. Utilizzata da operatori e da service provider come alternativa all’xDSL a larga banda fino a 30 Mbits, e collegamenti punto-punto entro i 50 Km.

  • LTE: la tecnologia LTE è l’evoluzione dell’HSPA e si basa nella maggior parte dei casi sugli standard UMTS, che comunque necessitano di un aggiornamento delle infrastrutture e delle antenne per poter lavorare in LTE.

ACCESSO RADIO MOBILE:

ARCHITETTURA SEMPLIFICATA LTE 

In LTE tutti i dati, anche quelli voce, viaggiano su protocolli a pacchetto, e l’architettura di rete è semplificata rispetto a quella UMTS. La rete di accesso è costituita da un unico elemento, l’evolved NodeB (eNodeB), che gestisce tutte le operazioni relative alla trasmissione dei segnali sul canale radio. Gli eNodeB sono connessi tra loro tramite le interfacce dedicate e ogni eNodeB è poi connesso alla core network attraverso un’interfaccia specifica.

L’eNodeB si occupa quindi di modulazione/demodulazione, misure di qualità sul canale radio, controllo di potenza, ma anche di gestione della chiamata, controllo del carico di cella, e gestione delle procedure di handover.

HSS: Home Subscriber Server è un database con tutte le informazioni utili per gestire un utente mobile.

S-GW: Serving Gateway è il nodo d’interfaccia con la rete di accesso E-UTRAN e con le altre reti UMTS/GPRS, e si occupa della gestione della mobilità di un terminale mobile che si sposta da un eNodeB a un altro.

P-GWPDN Gateway si occupa dell’allocazione degli indirizzi IP agli UE e della gestione dei flussi informativi, in conformità a specifiche di QoS.

MMEMobility Management Entity è il principale nodo di controllo della core network. Gestisce la segnalazione tra il terminale  mobile e Core Network e si occupa delle procedure d’instaurazione della connessione per un terminale che si connette per la prima volta alla rete. Inoltre tiene traccia della posizione del terminale mobile, gestisce le operazioni di paging e si occupa dell’assegnazione delle identità temporanee ai singoli terminali mobili.

CENNI FINALI SULLA SITUAZIONE ITALIANA

Per convenzione la “Banda Larga” in ambito Telecom si intende i collegamenti di accesso con Bitrate superiore a 2 Mbits e viene identificato come xDSL che possono essere realizzati con collegamenti FTTE (bitrate da 2 a 20 Mbits in downstream).

Per banda Ultra Larga si intende un collegamento con bitrate ≥ a 30 Mbits con architettura  FTTC e FTTH.

L’obiettivo di TIM sarà quello di coprire per il 98% il territorio italiano nel minor tempo possibile, con collegamenti FTTH.

RETE DI COMMUTAZIONE 

Permette di instaurare le connessioni tra gli ingressi e le uscite nei nodi della rete (centrale di commutazione)

e si usano due tecniche  d’instradamento:

  • commutazione a circuito
  • commutazione numerica

La Commutazione di circuito è una tecnica che assegna un percorso fisico attraverso la rete a una coppia di utenti, e si mantiene per tutta la durata della conversazione e nessun’altro lo può utilizzare fino a quando non termina la conversazione.

La Commutazione a Pacchetto, anche se invia più dati, è più efficiente in quanto si utilizza i canali fisici solo per un tempo strettamente necessario. E poiché ogni pacchetto include anche la sua identificazione, la rete è in grado di trasportare nello stesso tempo pacchetti provenienti da sorgenti differenti, risparmiando tempo e costi mediante la condivisione dello stesso canale trasmissivo.

PER APPROFONDIRE

Nota bene: per alcune informazioni, la fonte bibliografica è il ” corso di tecnologie di infrastrutture di reti TIM”, scritto dall’Ing. Massimo Giuliani di Telecom.