La rivoluzione pervasiva del 5G

Il 5G sta diventando realtà e cambierà le regole del gioco. Trasformerà la rete in una piattaforma di connettività con servizi di Mobile Edge Computing e renderà possibile la creazione di reti virtuali specializzate dedicate alle singole applicazioni. Cambieranno gli attori e gli scenari di offerta e si creeranno interessanti opportunità e servizi innovativi per persone e imprese.

Dunque, fra le tecnologie che impatteranno in modo significativo sulla società, il 5G si ritaglia un posto di prima fila. Sì, perché il 5G non è solo la nuova rete mobile in fase di installazione in tutto il mondo, ma un’innovativa piattaforma di connettività che consentirà anche lo sviluppo di applicazioni e servizi di nuova generazione, grazie alle rivoluzionarie caratteristiche architetturali sulle quali si fonda.

Uno scenario tecnologico da spiegare

Il nuovo orizzonte sono le opportunità che si creeranno per imprese e cittadini, abilitate da tre componenti chiave della tecnologia 5G: la larghezza di banda, che permetterà di raggiungere velocità superiori ai 10 Gigabit al secondo, la latenza sotto i 10 millisecondi e il numero di connessioni, che raggiungerà il milione di oggetti per chilometro quadrato.

Componenti che vanno a disegnare un nuovo scenario tecnologico da spiegare, data la scarsa conoscenza da parte sia dei potenziali utenti (imprese e cittadini), sia di chi dovrebbe fornire queste soluzioni (il mondo Ict, i system integrator e gli sviluppatori), complice la generale disinformazione che accompagna i diffusi timori circa gli effetti sulla salute.

Una bella sfida, prontamente raccolta dalla School of Management del Politecnico di Milano che ha avviato il nuovo Osservatorio 5G & Beyond, perché “per mettere realmente a terra il potenziale rivoluzionario del 5G , siamo convinti che occorra costruire un nuovo ecosistema in cui si modifichino le tradizionali relazioni tra gli operatori di telecomunicazioni, gli attori del mercato ICT e le filiere verticali dei diversi settori economici”, si legge nell’introduzione dell’Osservatorio.

Giovanni Miragliotta, responsabile scientifico dell’Osservatorio, insieme al suo team, ci ha aiutato a comprendere meglio il potenziale del 5G.

Il triangolo magico del 5G

Posto che il 5G non rappresenta semplicemente un’evoluzione del 4G e delle generazioni precedenti, bensì una discontinuità netta dal punto di vista tecnologico, una delle immagini più diffuse che ne riassume l’essenza è il triangolo dell’Itu (Unione Internazionale delle Telecomunicazioni).

La figura del triangolo mostra come il 5G non si muova in una sola direzione ma addirittura in tre: una maggiore velocità di accesso alla rete, fino ai 10 Gb/s, l’eMBB (Enhanced Mobile Broad Band), una maggiore affidabilità e minore latenza, fino a 1-2 ms, l’URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) e l’aumento del numero di connessioni a dispositivi con basso consumo energetico fino a 1 milione di dispositivi per km2, l’mMTC (massive Machine Type Communications).

Un triangolo un po’ magico perché comprende tre dimensioni fisiche solitamente incompatibili tra loro. E le potenziali applicazioni/servizi - come indicato nel triangolo - sono tra le più svariate: dalle smart city all’industria, ai veicoli autonomi, ma anche a domotica, visione in 4K e gaming on-line, solo per citarne alcune.

Tre ondate di rilasci tecnologici

Le tre componenti necessitano di standardizzazioni e protocolli specifici, tant’è che la roadmap del 5G avrà tre grandi ondate di rilasci tecnologici.

La prima (5G phase 1), già rilasciata, riguarda i servizi di eMBB. È sostanzialmente la banda larga, che porta con sé il beneficio della velocità, in upload e download, e coprirà principalmente il mercato consumer.

In Italia sono già diverse le città coperte dalla banda larga del 5G. La seconda (5G phase 2), con rilascio previsto nel 2021, includerà principalmente il servizio URLLC, che abiliterà le applicazioni industriali più avanzate, le reti 5G private e una prima versione dei servizi di localizzazione basati sul segnale 5G.

La terza ondata (5G phase 3) andrà a coprire il mondo dell’IoT massivo con i servizi mMTC, nel 2022/2023. La fase 3 includerà l’arrivo di una nuova interfaccia radio e sarà dedicata a quegli oggetti che trasmettono pochi dati e devono mantenere un consumo energetico bassissimo.

I benefici del 5G per l’industria, tra Slicing ed Edge Computing

La componente che impatterà più direttamente sul settore industriale è, come abbiamo visto, il servizio di URLLC, in fase di rilascio in questi mesi e sul quale ci concentreremo per evidenziare le caratteristiche salienti.

La conferma che questo servizio sarà presto attivo è data anche dai primi annunci da parte dei fornitori di tecnologie hardware, per esempio riguardo router industriali 5G per il collegamento di impianti industriali locali a una rete pubblica 5G, o modem-RF 5G a 10 Gigabit per abilitare i nuovi servizi 5G.

L’affidabilità e la bassa latenza promesse da questo servizio, fondamentali per applicazioni industriali di tipo mission critical, sono possibili grazie due importanti principi fondanti del 5G: lo Slicing di rete e il Mobile Edge Computing.

Giovanni Miragliotta

Lo Slicing di rete è la possibilità di creare più reti virtuali sulla stessa infrastruttura fisica sfruttando le tecniche di virtualizzazione delle risorse: ciò permette di offrire agli utenti un livello di servizio garantito (SLA, Service Level Agreement). «Oggi, Internet opera sul concetto del best effort perché è una rete neutrale rispetto ai pacchetti che trasporta e non è, dunque, in grado di offrire livelli di servizio garantiti», spiega Giovanni Miragliotta. «A tutti noi è capitato di incorrere in un rallentamento del traffico di rete, perché magari un vicino di casa sta scaricando dieci film in parallelo. Se questo dovesse accadere mentre è in corso un intervento chirurgico da remoto, è facile immaginare il potenziale danno». Per la rete tutti i pacchetti di dati sono uguali, non c’è un principio di gestione delle priorità. «Il 5G nasce proprio per garantire un livello di servizio certo, laddove serva», continua Miragliotta. «E lo Slicing è il sistema in base al quale la banda acquistata dall’operatore tramite licenza può essere suddivisa, letteralmente in fette (slice), per essere dedicata ad applicazioni specifiche».

Lo Slicing per applicazioni mission critical

Lo Slicing assicura, dunque, un servizio garantito ad applicazioni di tipo mission critical. «Si pensi a un’autoambulanza connessa, alla guida assistita o ad alcune applicazioni di automazione in un ambiente industriale, per esempio in presenza di un controllore che deve reagire rispetto alla variazione di temperatura di un formo al centesimo di secondo», continua Miragliotta. «Ebbene, questo livello di servizio dovrà essere garantito sempre, perché è solo a questa condizione che le aziende potranno permettersi di abbandonare il vecchio cavo».

Tuttavia, all’interno di una fabbrica vi sono delle applicazioni non classificabili mission critical che possono essere tranquillamente inviate su una banda Internet tradizionale, fare il giro del mondo e arrivare dopo un secondo dopo senza problemi. Un esempio può essere la raccolta di dati per l’avanzamento produzione.

Il Mobile Edge Computing per la computazione

Veniamo ora al concetto di Mobile Edge Computing. Il 5G integra in modo strutturato l’Edge Computing nella rete. Questo significa che la rete non è più solo un’infrastruttura di comunicazione, ma anche una piattaforma di computazione per le applicazioni e i servizi degli utenti.

Il vantaggio immediato è la bassa latenza tra la generazione di un dato, la sua trasmissione al server, l’elaborazione, e il ritorno del risultato verso lo stesso o un diverso terminale da cui è partito. «Rimanendo sempre in ambito industriale, oggi, elaborazioni di dati che richiedono potenze di calcolo elevate vengono principalmente inviate a un Cloud, e per quanto l’elaborazione possa essere istantanea perché magari il server è dedicato a quello specifico task, se è remoto, il segnale potrebbe girare intorno al globo prima di tornare al punto di partenza; ma un’applicazione mission critical ha necessità di avere la risposta al centesimo di secondo».

Una soluzione è spostare il Cloud on-the-edge, in prossimità del campo. Tuttavia, a livello di singola fabbrica ci possono essere casi dove la necessità di una potenza computazionale molto elevata non è costantemente richiesta e non giustificherebbe, quindi, un investimento importante. «Immaginiamo una cella di rete mobile e pensiamo a tutte le applicazioni che vi possono girare, grazie al principio dello Sicing. Ebbene potrebbe avere un senso che insieme all’antenna si renda disponibile anche un data center: questo è il Mobile Edge Computing», continua Miragliotta.

«In futuro le applicazioni saranno sempre più distribuite: parte sulle macchine locali, parte sul Cloud e, laddove servirà una potenza di calcolo elevata e reattiva, si farà girare l’applicazione su una cella 5G accanto alla fabbrica». È qui che il 5G farà la differenza, cambiando le regole del gioco.

Dalla cella di quartiere alla cella di distretto

Si possono persino ipotizzare applicazioni di territorio. «Immaginiamo il distretto della motor valley di Parma», spiega Miragliotta. «Lì molte aziende lavorano il carbonio per costruire telai di auto costose. Poniamo che queste realtà industriali decidano di realizzare un’applicazione di intelligenza artificiale per monitorare i parametri di un processo di lavorazione in autoclave per evitare che si generino scarti di un componente costoso come il carbonio. Si tratterebbe di un’applicazione molto pesante da far girare sui server aziendali.

La soluzione sarebbe dotarsi di un grosso server di Edge Computing, che rimarrebbe in parte inutilizzato, o comprare uno spazio in Cloud. O, in alternativa, queste aziende potrebbero accordarsi e acquistare una capacità computazionale di distretto, riservandosi una macchina virtuale da un fornitore di rete 5G». Un altro esempio di applicazione territoriale può essere un porto: le applicazioni pesanti di controllo di processo potrebbero girare su una macchina virtuale ospitata in una delle antenne 5G che copre tutta l’area portuale.

«Se pensiamo al Mobile Edge Computing come a una sorta di Cloud di prossimità, è facile immaginare i benefici che questo servizio abilitato dal 5G potrebbe produrre per applicazioni di controllo industriale», conclude Miragliotta. Insomma, ci sarà un nuovo ecosistema tutto da costruire, che dovrà fare i conti anche con il livello di copertura di rete, considerando, eventualmente, coperture dedicate e ad alte frequenze, in particolare per molte delle applicazioni di tipo B2B per le quali il rispetto di requisiti di qualità garantiti rappresenta un elemento fondamentale per il loro utilizzo.

Come cambieranno gli scenari di offerta dei servizi di rete?

A oggi la domanda è senza risposta. Il 5G, oltre a introdurre novità architetturali destinate ad avere un impatto significativo su come la tecnologia verrà concretamente applicata, metterà in discussione anche le relazioni tra gli attori del mercato, cambiando le regole del gioco. Servirà costruire una nuova catena del valore.

Da una parte, i fornitori di connettività dovranno introdurre schemi di pricing con un’offerta che comprenda anche i nuovi servizi offerti dalla rete, a partire dalla computazione abilitata dall’Edge Computing. Dall’altra, i grandi operatori del mondo Cloud dovranno capire come evolverà questo mercato nascente che offre un nuovo livello di Cloud Computing distribuito e, conseguentemente, quali relazioni creare con i fornitori di reti e servizi 5G.

Le Sperimentazioni attive in Italia

Sono 122 le sperimentazioni condotte in Italia. Si tratta di progetti pilota importanti per essere pronti ad agire quando verranno definiti gli standard.

Le più diffuse sono legate al monitoraggio da remoto (35%), utilizzate soprattutto in ambito smart city, per esempio con sistemi di gestione della mobilità, smart parking, illuminazione intelligente e cestini intelligenti per la raccolta dei rifiuti, e in agricoltura, per tenere sotto controllo le coltivazioni e ricevere alert in caso di situazioni anomale.

Altri ambiti di applicazione sono la sanità, con l’analisi continuativa dei parametri vitali di pazienti e atleti, la manutenzione predittiva nelle grandi infrastrutture distribuite come le ferrovie, monitorate con sensori o droni. Il secondo gruppo di sperimentazioni più numeroso riguarda il miglioramento della user experience (20%), con applicazioni nei settori dei media, per esempio servizi giornalistici in 4K e spettacoli in realtà virtuale; turismo, con l’uso della realtà aumentata per riprodurre siti e monumenti storici; istruzione, permettendo per esempio ad uno studente di medicina di interagire con un paziente virtuale. Seguono applicazioni di Surveillance & Safety (16%), soluzioni per la sorveglianza con videocamere intelligenti e algoritmi di intelligenza artificiale, Remote Operations (13%), che consentono di pilotare strumenti come robot o droni e di eseguire attività da remoto, Smart & Connected Vehicle (9%), che aumentano il campo visivo del guidatore, monitorano le condizioni stradali o comunicano con altri veicoli connessi. Più limitate le sperimentazioni di Collaborative Robots, Improved Network Connectivity e veicoli autonomi.

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