L’evoluzione delle reti radiomobili ha portato in sé un cambiamento non solo tecnologico ma anche nella modalità del suo utilizzo. Dalle prime realizzazioni basate su trasmissioni in banda stretta (rete GSM) essenzialmente dedicate ad un traffico voce si è passati a soluzioni basate su trasmissioni a banda larga (3G e 4G), per permetterne un utilizzo anche per traffico dati. Tale evoluzione si è basata sul presupposto di sviluppare prestazioni di rete sempre maggiori in termini di velocità di trasmissione e QoS (Quality of Service).
L’evoluzione successiva delle reti verso la futura generazione 5G, si prefigge un obiettivo differente, non legato soltanto all’aumento ulteriore delle prestazioni della reti attualmente disponibili, ma di offrire varie tipologie di profili di traffico, e quindi non più concepita esclusivamente per aumentare le prestazioni per un’utenza specifica (Human2Human, H2H), ma, con la concomitante evoluzione degli oggetti connessi (Internet of Things, IoT) e di comunicazioni tra macchine (Machine2Machine, M2M), alla possibilità di valutare diversi paradigmi nella realizzazione delle reti tali da soddisfare tipologie di utenze differenti.
Il paradigma 5G si prefigge, quindi, di non utilizzare una sola tecnologia, che non sarebbe in grado di soddisfare tutti i requisiti necessari per tutte le applicazioni, ma di far coesistere tecnologie diverse in grado di prediligere alcuni aspetti rispetto ad altri a seconda del caso d’uso. Questo nuovo approccio permetterà di soddisfare sia l’elevata capacità di banda (High Capacity Communication), dell’ordine del Gbit/s richiesta per applicazioni H2H come servizi video, che i differenti requisiti richiesti dalle varie applicazioni M2M, sia per applicazioni di simultanee installazioni di sensori (Massive Communication), che per applicazioni “time critical” (Critical Communication). Le differenti caratteristiche offerte permetteranno quindi di pensare a scenari di utilizzo in svariati settori non attuabili con le reti esistenti (Fig.1).
Fonte: ITU-R-WP5D/TEMP/548-E: IMT Vision – “Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond”, February 2015
Attualmente i principali enti standardizzatori (3GPP, ITU,..) si stanno concentrando per proporre le possibili realizzazioni inerenti lo sviluppo di reti ad elevata capacità, ma è necessario affrontare valutazioni coerenti anche per gli altri casi d’uso riguardante le comunicazioni M2M in quanto avranno ricadute non trascurabili nei vari settori industriali.
In particolare, l’utilizzo delle reti attualmente in uso, risultano essere soluzioni parziali e a breve a termine per la tipologia di comunicazione M2M. Se da un lato il GSM (2G) è la soluzione preferibile ad oggi – dato il basso data rate richiesto dalle applicazioni attuali e la contestuale capillarità che la rete offre anche in ambienti rurali e disagevoli – non sarà in grado di supportare la richiesta a lungo termine di dispositivi connessi.
Analogamente, anche, la risposta offerta dall’LTE (4G) con la definizione di versioni “dedicate” (Release12-13) dello standard per comunicazioni M2M, sebbene siano in grado di soddisfare un gran numero di dispositivi connessi, e quindi superare nel breve periodo le limitazioni del GSM per le applicazioni massive, non risultano comunque ancora adatte a soddisfare requisiti di latenza stringenti delle applicazioni critiche (al di sotto di 1 ms).
La coesistenza di tipologie di comunicazioni eterogenee è quindi la chiave di volta per la definizione di nuovi scenari di sviluppo, in cui non soltanto gli interlocutori tipici che hanno sempre interessato le reti mobili sono coinvolti, quali operatori TELCO o manifatturieri, ma anche tutta una serie di tipologie di attori (verticals) non strettamente legate al mondo delle telecomunicazioni per cui l’adozione del paradigma 5G potrebbe portare ad una rivoluzione dei loro asset. L’evoluzione della rete 5G infatti non è soltanto nelle scelte tecnologiche ma anche nella possibilità di definire nuovi paradigmi di comunicazione ibridi H2M (Human2Machine) che porteranno ad una nuova visione soprattutto dei processi industriali (Fig2).
Fonte: GSMA – 5G-beyond the next “G”, 2016
Sebbene sia evidente l’enorme potenziale che tale rete potrà offrire, ci sono criticità ancora aperte per la sua effettiva implementazione che devono essere risolte e che non possono prescindere dal contesto nazionale.
Primo aspetto da considerare è la gestione dello spettro radio che pone la necessità di rendere disponibili porzioni di spettro necessari per le prime realizzazioni del 5G attese entro il 2020. Le posizioni discordanti non solo tra le Istituzioni e gli Incumbent ma anche tra i diversi attori che propongono soluzioni differenti rendono ancor più difficile la reale messa in opera delle reti future. Pertanto, è necessaria un’armonizzazione delle politiche di rilascio delle frequenze cosi come indicato nella Conferenza Mondiale dell’Unione Internazionale delle Telecomunicazioni ITU, e come indicato nell’appena siglato Manifesto 5G dai principali operatori TELCO ma che verrà poi aperto ai vertical dei vari settori industriali interessati all’evoluzione del 5G.
La questione della banda a 700 MHz ne è un esempio. Se da una parte la Commissione Europea promuove la liberazione di tali bande per usi destinati al 5G accelerandone il rilascio al 2020, dall’altra nello scenario italiano si è espressa l’indicazione di posticipare il rilascio della banda di almeno due anni, nel 2022.
In realtà, val la pena ricordare che in tale banda la porzione di spettro potenzialmente utilizzabili per il 5G sarà destinata a canali dell’ordine di qualche decina di MHz, per cui si può ipotizzare che verrà utilizzata non tanto per fornire connettività ad elevata capacità per comunicazioni H2H, che potrebbe essere fornita con l’impiego di altre frequenze in porzioni di banda differenti, ma per soddisfare i requisiti delle comunicazioni M2M.
Pertanto, la riorganizzazione della banda 700, riguarda più i casi d’uso inerenti il fornire connettività alle varie applicazioni IoT sia massive che critiche che saranno oggetto di realizzazioni successive della rete 5G nel medio periodo.
Ciò pone l’esigenza di definire una strategia nazionale sullo sviluppo dell’IoT, in linea con l’effettiva disponibilità di tali bande non prima del 2022, considerando cosa implicherà la loro introduzione nei vari settori industriali. Lo sviluppo dell’IoT e dei Big Data permetterà di fatto di introdurre “intelligenza” in svariati ambiti quali ad esempio la gestione delle reti energetiche, il digitalizzare i trasporti, il monitoraggio pazienti a domicilio, le acquisizioni dati in tempo reale in situazioni di emergenza, portando quindi a dei cambiamenti e ricadute nei settori industriali interessati. A riguardo la Fondazione Bordoni in collaborazione con l’Istituto Superiore delle Comunicazioni (ISCOM) del Ministero dello Sviluppo Economico sta affrontando queste tematiche al fine di valutare che implicazioni avranno lo sviluppo delle applicazioni IoT nei vari vertical in ottica Industria 4.0.
Le valutazioni puntuali su vari verticals si ritengono necessarie perché non potranno essere generalizzate per tutti i settori; così come non è possibile generalizzare il caso d’uso e i requisiti da soddisfare, allo stesso modo le criticità avranno peso differente per i diversi verticals. I requisiti di riservatezza richiesti alla rete per il monitoraggio dei consumi di energia di un’abitazione saranno molto differenti dai requisiti per applicazioni e-health, così come i requisiti di latenza e capacità di elaborazione dati per prendere decisioni autonomamente in applicazioni critiche saranno differenti per la gestione dei processi industriali, e per applicazioni smart-mobility di digitalizzazione del traffico. Tutti questi aspetti verranno affrontati in pubblicazioni successive specifiche per ogni vertical di interesse.
L’individuazione di tali aspetti permetterà di fornire un valore aggiunto sulla valutazione dei requisiti che la rete 5G dovrà soddisfare per rispondere alle esigenze dei diversi interlocutori, al fine di rispondere efficacemente all’eterogeneità delle utenze connesse.