Democrazia Futura. Banda larga e ultralarga: reti di accesso, fisse e mobili

Completa il volume in appendice, Glossario, contenente “La parola chiave” per capire questo numero. Dopo la voce “Piattaforma” analizzata soprattutto da un punto di vista economico e di impresa da Giuseppe Richeri nel numero zero, la voce contigua “Società delle piattaforme” analizzata da un punto di vista sociologico e di comunicazione politica dal professor Michele Sorice  e la voce “piattaforma politica” curata da Gianfranco Pasquino, questo numero contenente il Focus di approfondimento sulla rete unica non poteva che contenete un lemma dedicato a “Banda larga e ultra-larga: Reti di acceso fisse e mobili”, curata dall’Ingegner Pieraugusto Pozzi e dal Professor Vatalaro, ordinario di Telecomunicazioni, all’Università di Roma 2, Tor Vergata, “parola-chiave – chiariscono nell’occhiello – per capire il dibattito sulla Rete e la Società digitale a 1 Giga”. Partendo dalla definizione dell’Enciclopedia Treccani, Pozzi e Vatalaro affrontano dapprima il tema de “La grande trasformazione delle telecomunicazioni e la convergenza digitale”, per poi descrivere il quadro de “Le Reti di accesso fisse”  con le relative “configurazioni “Fiber-to-the-x” per la banda ultra-larga”, quello de “Le reti accesso Wireless: Wi-Fi e FWA”,  poi “Le reti cellulari”, e nella fattispecie “La quinta generazione delle reti cellulari” e, infine, la problematica relativa a “Le nuove tecnologie per la virtualizzazione della rete:  network, slicing, verticals.

La voce reti di telecomunicazioni dell’Enciclopedia Treccani online scrive «complesso di apparecchi, linee, circuiti e altri impianti, per mezzo del quale viene svolto un servizio di trasmissione o distribuzione di informazioni; in particolare si parla di r. radiofonica, r. televisiva, r. di calcolatori, r. telematica, r. telefonica fissa e r. cellulare radiomobile, a seconda del tipo di segnale e del tipo di servizio considerato». Alla voce banda larga si legge «per connessione a banda larga si intende generalmente la trasmissione di dati via cavo a una velocità superiore a 1,544 Mbps. La trasmissione a banda larga può avvenire attraverso vari canali (tra i più comuni l’ADSL e la fibra ottica); può essere utilizzata per la navigazione su Internet, ma anche per ricevere programmi televisivi o effettuare chiamate telefoniche».

Non è indicata la data di redazione, ma la ricognizione della voce banda larga evidenzia la difficoltà di seguire il travolgente processo di innovazione tecnologica che, specie negli ultimi decenni, è segnato dalla convergenza digitale, ovvero dall’unificazione nell’universo digitale dell’infocomunicazione dei mondi, prima separati per tecnologie, regole e mercati, dell’informazione, delle telecomunicazioni, dei contenuti editoriali e culturali.

Per le reti e le infrastrutture di radiotelecomunicazione, ciò ha significato reti sempre più interconnesse (1), non più dedicate a uno specifico servizio e invece sempre più orientate ad offrire agli utenti l’accesso universale ai contenuti che migrano sempre più su piattaforma internet. Questa è l’esperienza quotidiana degli utenti che, se fossero serviti da valori antiquati di banda di accesso indicata (come i già citati 1,544 Mbit/s), non potrebbero certamente fruire di servizi e applicazioni multimediali interattivi dei quali necessitano per studiare o lavorare o dei contenuti audiovisuali che preferiscono nel tempo libero. Senza parlare dei servizi già previsti per il futuro prossimo che vedono la fusione della realtà fisica con quella aumentata e virtuale in una vision di “realtà mista”.

Spiega bene la voce Treccani che l’espressione banda larga è specificamente riferita all’accesso di utente alle reti, sia fisse che mobili: in termini architetturali, si tratta di quelle relative alle tecnologie della rete secondaria (di distribuzione) verso l’utente, dando per acquisito che le dorsali della rete primaria (di trasporto) siano sottosistemi di comunicazione già da tempo dotati di elevatissima larghezza di banda. L’ingegneria delle reti insegna però che la qualità globale di un servizio di trasporto è condizionata anche dalle prestazioni del segmento periferico della rete che rende tale servizio: è questa la ragione che ha reso l’accesso a banda larga– e via via ultra larga – sempre più importante.

Questo accesso necessita di essere più veloce quanto maggiore è il requisito di larghezza di banda imposto dai nuovi servizi. La velocità si misura spesso attraverso  la velocità trasmissiva o frequenza di cifra, che in un canale digitale misura il numero di bit trasmessi nell’unità di tempo (bit rate), quantunque per essere rigorosi ciò che davvero interessa è la velocità effettivamente resa al livello applicativo o throughput (ad esempio sul display dello schermo e non nel canale di trasmissione), velocità che sono comunque fra loro legate. Sono le complesse scelte di architettura di rete e non la mera “dimensione del canale fisico d’accesso” a determinare le prestazioni percepite dal cliente. Poiché però la velocità nel canale è comunque un prerequisito, è conveniente tenerlo a mente e mirare ad aumentarne il valore nella prospettiva dei servizi futuri.

Oggi la Commissione Europea ha aggiornato gli orizzonti di sviluppo, stabilendo nel Digital Compass definito a marzo 2021 l’obiettivo per il 2030 di velocità nell’accesso a 1 Gbit/s nel verso discendente dalla rete al cliente (il cd. verso downstream).

1. La grande trasformazione delle telecomunicazioni e la convergenza digitale

Fra Ottocento e Novecento comincia lo sviluppo delle telecomunicazioni (telefonia e radiocomunicazione) che ha avuto nei decenni successivi esiti straordinari. Le reti planetarie della telefonia e le reti di radiotelediffusione sono senza dubbio i più grandi sistemi tecnici esistenti, per estensione geografica (miliardi di chilometri di cavi), per complessità del sistema (apparati di rete e di accesso collegati) e per numerosità degli utenti collegati (praticamente l’intero genere umano). Dagli ultimi decenni del Novecento, il settore delle telecomunicazioni è stato oggetto di grandi trasformazioni: come detto, la convergenza digitale ha introdotto nelle reti e nei dispositivi di utente sistemi e tecniche trasmissive e di commutazione digitale (tipiche del settore nativo digitale dell’informatica) in luogo di quelle analogiche tradizionali. Prima le reti di calcolatori, dopo le reti multimediali interattive, sono state le tappe di sviluppo di una nuova rete-mercato globale: Internet. In termini economico-politici, l’innovazione digitale si è accompagnata alla fine del regime monopolistico nelle reti e alla concorrenza nelle infrastrutture e nei servizi di telecomunicazione.

Oggi, nella società dell’informazione, della comunicazione e della conoscenza, o più semplicemente nella società digitale, l’evoluzione delle tecnologie di accesso, fisse e mobili, registra una continua accelerazione. Da un lato, l’evoluzione favorisce il processo di convergenza tra servizio fisso e mobile e determina, per l’utente finale, una fruizione di servizi e contenuti sempre più trasparente ed ininterrotta (seamless). Dall’altro, gli operatori in concorrenza fra loro, con differenti opzioni tecnologiche, cercano di fidelizzare l’utenza fornendo servizi di qualità sempre più elevata. L’esperienza mostra che è difficile indicare la “tecnologia vincente” ed un esame accurato delle diverse tecnologie evidenzia che ciascuna di esse può avere ambiti applicativi più appropriati. Nella società digitale, dunque, si è creato un vibrante ecosistema di competizione fra le stesse tecnologie e fra attori di mercato che, per la verità, oggi vede affermarsi non più i protagonisti di ieri (incumbent e nuovi operatori di rete o broadcaster), ma i cosiddetti OTT (Over-The-Top), un ecosistema composto dai giganti digitali e da una miriade di imprese di varia dimensione che offrono servizi applicativi e che, operando ai bordi delle reti, mostrano un grande dinamismo e capacità continua di innovare i servizi e i modelli di business. Tutto questo comporta una pressione crescente sulle reti dei Telco e degli Internet service provider i cui esiti di cooperazione, competizione o regolamentazione sembrano ancora distanti dal trovare una soluzione pienamente soddisfacente per tutti gli attori coinvolti.

Nel seguito vengono descritte le principali architetture e tecnologie delle reti accesso, sia fisse che mobili, per le quali gli organismi internazionali deputati sviluppano standard.

2. Le reti di accesso fisse

Come detto, la rete di telecomunicazioni è costituita da due parti principali: la rete di trasporto e la rete di accesso. La rete di trasporto generalmente si articola in una rete dorsale (anche detta backbone o nucleo) a maglia ottica quasi completa e una rete metropolitana (o regionale) ad anello ottico ridondato. Nella rete d’accesso si può trovare un portante in rame o in fibra ottica. La copertura di una data area geografica avviene a partire da una centrale locale (o d’utente) che rappresenta il nodo metropolitano di rete o punto di presenza (POP) più vicino all’utente stesso, equipaggiato dal lato del backbone di trasporto con sufficienti accessi in fibra ottica per servire l’area di pertinenza. A valle del nodo ottico la rete può essere completamente realizzata in fibra ottica o può essere ibrida rame-ottica. Perché una rete di accesso sia considerata di nuova generazione (NGN, Next Generation Network) ossia a banda ultralarga, non può essere realizzata solo con cavetti bifilari in rame, i cosiddetti doppini, eredità della rete telefonica storica. La fig. 1.a mostra schematicamente i principali elementi della rete fissa di telecomunicazioni, la fig. 1.b le diverse architetture della rete d’accesso.

2.1 Le configurazioni “Fiber-to-the-x” per la banda ultralarga

Sono caratterizzabili varie configurazioni della rete di accesso a banda ultralarga, denominate cumulativamente “Fiber-To-The-X” (FTTX): Fiber-To-The-Cabinet (FTTC), nella quale la fibra ottica è stesa tra il nodo ottico e un armadio di strada; Fiber-to-the-distribution point (FTTdp) o Fiber-To-The-Building (FTTB), nella quale la fibra ottica è stesa tra il nodo ottico e un punto di distribuzione prossimo o interno all’edificio; Fiber-To-The Home (FTTH) in cui la fibra ottica è stesa tra il nodo ottico e la pertinenza privata dell’utente, in un punto di consegna che è di confine (es. la porta di casa).

Di seguito sono descritte con maggiore dettaglio le possibili configurazioni FTTX.

1. FTTC: questa configurazione collega il nodo di rete con un armadio stradale (o cabinet) tramite fibra ottica. A valle del cabinet permangono i preesistenti doppini in rame. Pertanto, è necessario introdurre componenti attivi di conversione opto-elettrica ed elettro-ottica del segnale nell’armadio. Per la trasmissione sul doppino in rame, nel cabinet si installa una Optical Network Unit (ONU) seguita da modem VDSL (Very high bit rate Digital Subscriber Line). Nella rete italiana l’armadio tipicamente serve fino a circa duecento clienti per cavo e raramente si trova a distanze maggiori di circa 300 metri dagli edifici. Tenuto conto delle proprietà dei doppini e delle caratteristiche del VDSL la velocità di trasmissione in downstream arriva a qualche decina di Mbit/s e in upstream a qualche Mbit/s. L’alimentazione dell’elemento attivo collocato nell’armadio può essere fornita dalla centrale locale su doppino telefonico, o da un armadio “master” nell’area, o infine localmente;

• FTTB: un’altra opzione per portare la fibra ottica vicino al cliente prevede di collegare la fibra ottica dal nodo di rete fino all’edificio o in sua prossimità. Il building è inteso come costruzione singola o, anche, come gruppo di isolati adiacenti o assai vicini e la terminazione ottica è generalmente posta in luogo chiuso e protetto nel basamento del building o, eccezionalmente, in prossimità, anche su suolo pubblico. Ogni singolo cliente residente nell’edificio risulta ancora servito attraverso il preesistente doppino telefonico. Alla base dell’edificio viene perciò installato un apparato che converte il segnale ottico in elettrico e viceversa: per potere sfruttare ogni doppino ad altissima velocità si impiega la tecnologia G.fast (nome ufficiale: FAST) che fornisce velocità maggiore del VDSL su brevi distanze. Questa configurazione consente di risparmiare i costi di cablatura ottica e di superare i problemi legati a possibili difficoltà di posa nell’edificio. L’alimentazione dell’apparato può essere erogata direttamente da casa del cliente con sistema RPF (Reverse Power Feeding), superando così l’esigenza di predisporre un punto di fornitura di energia elettrica in strada o alla base dell’edificio. Evidentemente, in caso di assenza di alimentazione per guasti o calamità i servizi di telecomunicazione nell’edificio non sono assicurati;

• FTTH: la configurazione prevede che la fibra ottica sia portata direttamente a casa del cliente, in pratica ad una borchia prossima all’ingresso, cosicché la distribuzione indoor di norma si esegue in wireless (ad esempio Wi-Fi). In tecnologia ottica è possibile garantire connessioni anche simmetriche che, con lo standard oggi più impiegato, vanno da 80 Mbit/s a varie centinaia di Mbit/s e, in prospettiva, anche oltre (fino a 1 Gbit/s). Il cabinet, concettualmente non indispensabile in questa configurazione, come pure nel caso del FTTB è presente per motivi di natura operativa. Anche questa configurazione soffre della limitazione di assenza del servizio in condizioni di mancata fornitura elettrica per guasti o calamità.

3. Le reti di accesso Wireless: Wi-Fi ed FWA 

Le tecnologie wireless di distribuzione in area locale di un segnale rispondono a due fondamentali esigenze: 1) estendere (o sostituire) la rete cablata;

2) consentire la comunicazione in movimento.

Le tecnologie wireless concepite per estendere o sostituire l’uso dei sistemi cablati sono state sviluppate a partire dall’anno 2000 con l’obiettivo di rendere più flessibile l’uso delle reti locali d’ufficio. Una LAN (Local Area Network), generalmente a standard Ethernet (IEEE 802.3) fornisce connettività a un gruppo di computer situati nello stesso edificio e le WLAN (Wireless LAN) furono sviluppate per servire quei luoghi in cui il cablaggio della LAN era difficoltoso o costoso. La tecnologia concepita per questa finalità è stata standardizzata come IEEE 802.11 ed è nota come Wi-Fi (Wireless Fidelity). Col tempo, il Wi-Fi è divenuto uno strumento essenziale per consentire collegamenti agili con PC e smartphone negli spazi interni di abitazioni ed uffici, sebbene soffra di qualche limitazione nelle distanze coperte (pochi metri, specie in presenza di spesse mura) e peggiori significativamente la capacità trasmissiva disponibile alla terminazione fisica di rete (modem). Limitazioni che discendono dal fatto che il Wi-Fi utilizza spettro unlicensed (non soggetto a licenza d’uso) e perciò la potenza del segnale deve essere limitata per evitare interferenze tra utenti e garantire la coesistenza di più dispositivi. La portata, ossia la distanza massima, e la capacità, ossia la velocità dei dati, del sistema Wi-Fi sono state però migliorate nelle successive versioni dello standard IEEE 802.11 e quelle più recenti permettono collegamenti fino a diverse centinaia di Mbit/s per punto di accesso.

3.1 La tecnologia di accesso FWA

Una tecnologia radio può essere utilizzata per fornire accesso wireless fisso (c.d. Fixed Wireless Access, FWA), laddove non sia economicamente sostenibile disporre di connessioni fisse a larga banda (fabbricati isolati, aree rurali, orografie complesse). Le prestazioni delle connessioni FWA possono essere superiori a quelle della rete mobile poiché, trasmettendo e ricevendo da una postazione fissa, il segnale è meno soggetto a disturbi. Inoltre, non si hanno limitazioni sulla durata dell’alimentazione, come accade con le batterie dei terminali mobili, poiché l’architettura di rete FWA prevede che l’utente sia dotato di un dispositivo CPE (Customer Premise Equipment), tipicamente collocato in posizione con buona visibilità rispetto al ripetitore di rete (es. sul tetto) e sempre connesso alla rete elettrica domestica, al quale si collega un router Wi-Fi per la diffusione del segnale negli spazi interni. Ecco perché l’accesso wireless fisso FWA è una soluzione architetturale che può essere adottata per fornire servizi a banda larga o ultralarga in scenari operativi caratterizzati da media o bassa densità di utenza, in ambiti sia residenziali che business, laddove il ritorno dell’investimento della rete in fibra ottica non può essere assicurato in tempi ragionevoli.

Sebbene le tecnologie di base siano simili, FWA e comunicazioni radiomobili BB/UBB (sinteticamente MBB) presentano paradigmi d’uso diversi, anche in termini di offerte commerciali e dimensionamento di rete. Gli attuali sistemi FWA basati su tecnologie 4G consentono di offrire connettività con velocità download fra 30 e 100 Mbit/s anche nelle aree geografiche nelle quali: a) non esiste alcuna infrastruttura di rete fissa (tramite soluzioni in rame, fibra o ibride) o mobile in grado di fornire servizi broadband o ultra-broadband; tali aree spesso ricadono nelle zone rurali; b) l’infrastruttura di rete fissa esistente (es. rame o mista fibra rame) o il livello di copertura delle reti mobili esistenti sono insufficienti a garantire una soddisfacente disponibilità di servizi broadband o ultra-broadband; come detto, può trattarsi non solo di aree rurali, ma anche di aree sub-urbane o urbane, specialmente in paesi in via di sviluppo ove le reti fisse sono assenti o obsolete. Rispetto alle soluzioni FTTH e ad altre soluzioni cablate, i sistemi FWA possono offrire vantaggi, tra cui costi di implementazione inferiori e implementazione rapida; tuttavia l’accertamento delle condizioni di convenienza richiede valutazioni caso per caso in dipendenza di complessi fattori, fra cui le frequenze impiegate e le relative condizioni di propagazione, le reali opportunità di copertura, potenze in gioco, capacità di traffico servibile.  La possibilità sempre più frequente di alimentare le stazioni radio base, d’altra parte assicura che la maggior parte dei costi e della complessità siano sempre più associate all’ultima parte del collegamento. L’ulteriore evoluzione verso il 5G potrà portare benefici ai sistemi FWA, consentendo di aumentare le prestazioni, ad esempio in termini di capacità trasmissiva e latenza.

Proprio la bassissima latenza di accesso nel 5G è considerata un potenziale fattore chiave per le applicazioni future.

Inoltre, le più avanzate tecniche di beamforming potranno rafforzare la sostenibilità complessiva delle implementazioni di rete 5G ibride FWA-mobili, in quanto è prevista anche la possibilità di realizzare talune configurazioni dei siti radiomobili che consentano di indirizzare opportunamente e dinamicamente alcuni “fasci” elettromagnetici (c.d. beams) verso CPE FWA senza pregiudicare la disponibilità dei servizi per gli utenti della cella radiomobile.

Non andrebbe comunque trascurato che in termini di capacità di traffico, velocità di trasmissione e qualità del servizio fornita al cliente le soluzioni FWA si sono sempre dimostrate (fin dai sistemi originali degli anni 1970 e poi con l’esperienza del WiMAX) inferiori alle soluzioni cablate, ove queste ultime risultino economicamente implementabili.

Nei paesi più industrializzati FWA è un’ottima, e talvolta indispensabile, soluzione per venire incontro ai problemi connessi al divario digitale.

4. Le reti cellulari

Il sogno di comunicare non solo a distanza e senza fili, ma anche in mobilità, è molto antico: già nel 1897, Guglielmo Marconi sperimentò il primo collegamento tra una stazione di terra ed una nave militare in movimento al largo della Spezia.

Per motivi di costo e di sicurezza, la tecnica radiomobile fu per decenni confinata all’uso militare e delle forze di polizia (negli anni Venti negli Stati Uniti si avviarono i primi servizi di collegamento permanente tra le auto della polizia, a Detroit e New York).

Il sogno ha trovato applicazione per un’utenza vasta con l’avvento delle reti radiomobili cellulari, a partire dal 1970. Non casualmente, alla fine degli anni Ottanta, con la fine della Guerra Fredda, il servizio radiomobile commerciale è diventato disponibile e, a poco a poco, di massa, tanto che, dai primi anni Dieci del nuovo secolo, il traffico telefonico mobile ha sopravanzato quello fisso.

Tecnicamente, una rete cellulare è una rete radiomobile costituita da un grande numero di aree elementari o celle, ciascuna servita da una stazione radio base (BS, Base Station).

I ricetrasmettitori portatili (telefoni cellulari, oggi smartphone, tablet ed altri) possono essere utilizzati ovunque nell’area di copertura e spostarsi da una cella a un’altra durante la comunicazione.

Una rete cellulare fornisce infatti connettività su un’ampia area geografica e consente all’utente di rimanere connesso quando si sposta tra due differenti aree di copertura sulla stessa rete (handover) o anche tra due reti gestite da operatori differenti (roaming).

Le reti radiomobili utilizzano spettro radioelettrico soggetto a licenza: tipicamente tramite aste e a costi rilevanti poiché la risorsa utilizzata (lo spettro radio) è fisicamente e normativamente limitata, gli operatori di rete acquisiscono la disponibilità riservata d’uso di parti dello spettro per poter installare i propri sistemi di rete.

La tecnologia di radiocomunicazione mobile è cambiata molto nel corso di pochi anni: dalla prima generazione in tecnologia analogica (TACS), che supportava solo chiamate vocali, al primo sistema digitale 2G/GSM e al successivo sistema multimediale 3G/UMTS, si è giunti all’attuale quarta generazione (4G), basata sulla tecnologia LTE.

In particolare, intorno al 2000 ha iniziato a diffondersi la terza generazione (3G) del sistema UMTS, per giungere, dopo il sistema LTE (detto anche 3.99G) negli anni Dieci alla quarta generazione (4G), con LTE-A e LTE-A Pro.

 La Tabella 1 nella pagina successiva riassume le principali caratteristiche delle prime quattro generazioni di comunicazione radiomobili: a partire dal 3G, le specifiche tecniche sono sviluppate e condivise da regolatori, operatori di rete, produttori di apparati di rete e di utente da un’unica organizzazione mondiale, denominata 3GPP (3rd Generation Partnership Program).

5. La quinta generazione delle reti cellulari

È in corso di introduzione nel mercato la Quinta Generazione (5G) che gradualmente sta iniziando a fornire i servizi attesi per i vari casi d’uso previsti, ossia mMTC (Massive Machine Type Communications), URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communications) ed eMBB (enhanced Mobile BroadBand), a partire proprio da quest’ultimo.

Guardando al futuro, ormai presente, le reti mobili saranno la base per l’Internet degli oggetti (Internet of Things, IoT) poiché dispositivi, sensori, veicoli ed automi potranno essere connessi solo via radio. La Quinta Generazione si caratterizza rispetto alle precedenti generazioni per il ventaglio molto diversificato di servizi e applicazioni, i cosiddetti use-cases, che hanno imposto requisiti prestazionali molto elevati: maggiori ordini di grandezza rispetto alle generazioni precedenti.

Ad esempio, le specifiche prevedono per la quinta generazione rispetto a quella precedente:

1. riduzione del ritardo a due vie (latenza) da estremo a estremo di 30-50 volte (da 30-50 ms fino a circa 1 ms);
2. aumento della velocità vera, cioè effettivamente erogata all’utente (throughput), di circa cento volte (da 100 Mbit/s a 10 Gbit/s);
3. aumento del numero di connessioni per kmq di circa cento volte (da 10.000 a circa un milione);
4. miglioramento delle prestazioni in mobilità (es. treni ad alta velocità) di circa 1,5 volte (da 350 km/h a 500 km/h).

Conseguenza inevitabile sia della forte diversificazione dei servizi, sia dell’incremento di prestazioni e di capacità del sistema previsti per il 5G, è stata la necessità di incrementare e diversificare le risorse spettrali da assegnare al sistema. Si deve disporre cioè di un insieme di bande di frequenza con caratteristiche diverse, a frequenze basse, medie e alte, sia per soddisfare le differenti esigenze in termini di copertura e capacità che per potere operare in differenti condizioni ambientali.

Sono stati così identificati tre intervalli dello spettro radioelettrico (c.d. layer) aventi proprietà diverse e complementari:

1. spettro al di sotto di 1 GHz: tali bande di frequenza offrono ampia copertura geografica e ottima penetrazione all’interno degli edifici nonché la possibilità di fornire un ampio ventaglio di servizi a dispositivi collegati simultaneamente e, al contempo, la capillarità necessaria a supportare un numero anche molto elevato di dispositivi densamente connessi, tra cui quelli della famiglia IoT;

• spettro compreso tra 1 GHz e 6 GHz: tali bande di frequenza rappresentano un layer intermedio tra capacità e copertura, consentendo collegamenti ad alta e altissima velocità senza sacrificare eccessivamente l’estensione di copertura, oltre alla possibilità di impiegare tali bande per applicazioni small cell negli spazi sia esterni (outdoor) che interni (indoor);

• spettro sopra i 6 GHz: tali bande di frequenza, specialmente se si considerano le onde millimetriche (mmWaves), assicurano larghezze di banda molto ampie (fino ad alcuni GHz) che sono adatte per le applicazioni a banda larga e ultra-larga mobile (velocità dell’ordine dei multi-Gigabit al secondo) anche se le caratteristiche di propagazione di tali frequenze comportano celle radio con copertura molto ridotta e confinate dalle pareti degli edifici, indirizzando ad un uso condiviso delle risorse spettrali.

Questo layer è ideale per gli hot-spot locali di piccole dimensioni e altissima capacità, sia indoor che outdoor. Nel solco di tali principi, la Commissione Europea, in linea con le indicazioni elaborate dal gruppo consultivo di alto livello Radio Spectrum Policy Group (RSPG, istituito con Decisione della Commissione in data 11 luglio 2019, https://rspg-spectrum.eu/), ha individuato le bande c.d. “pioniere” per lo sviluppo dei nuovi servizi 5G in Europa: la banda 694-790 MHz, la banda 3.400-3.800 MHz e la banda 24.25-27.5 GHz. Fra queste, la banda intermedia 3.400-3.800 MHz è quella impiegata per prima per il lancio dei servizi 5G nei Paesi europei, principalmente in ragione del suo maggior grado di maturità dell’ecosistema tecnologico, come anche testimoniato dalle prime offerte commerciali e dalle numerose sperimentazioni pre-commerciali 5G attive nei vari Paesi europei che fanno leva su porzioni di spettro di questa banda pioniera.

6. Nuove tecnologie per la virtualizzazione della rete: network slicing, verticals

Come detto, un elemento caratterizzante i nuovi sistemi 5G è rappresentato dagli ambiziosi requisiti di qualità e disponibilità dei servizi, che necessitano di un’evoluzione delle architetture di rete in grado di garantire scalabilità e agilità nella gestione e creazione dei servizi e nella condivisione degli elementi di rete. Per soddisfare tali esigenze è previsto l’impiego estensivo di tecnologie di virtualizzazione della rete, quali SDN (Software Defined Networks) e NFV (Network Function Virtualization), che rappresentano gli strumenti principali per realizzare il concetto di affettamento virtuale della rete (cd. network slicing), che qualifica l’intero ecosistema tecnologico 5G. Infatti, mediante l’implementazione di funzionalità di SDN, NFV e MEC (Multi-access Edge Computing), è possibile configurare dinamicamente e rapidamente le istanze di rete sulla base delle specifiche esigenze delle varie applicazioni, creando così su un’unica infrastruttura di rete diverse reti virtuali specializzate per i differenti tipi di servizio.

Nell’ambito di questa architettura, un ruolo fondamentale viene interpretato dalla cd. piattaforma di orchestrazione, che in maniera automatizzata e centralizzata provvede alla gestione dinamica del ciclo di vita delle varie funzioni di rete virtualizzate, nonché di altre attività di gestione interna, in modo da ottenere un efficiente coordinamento tra gli elementi di rete per ottimizzare l’utilizzo delle risorse condivise, semplificare i processi e ridurre i costi di esercizio. Tale piattaforma comprende sia i moduli software di gestione che consentono la programmabilità della rete e la configurazione automatica dei domini di ciascuna rete logica, sia le interfacce alle varie componenti dell’infrastruttura fisica.

Dunque, alla base del network slicing 5G vi è l’idea di fornire dinamicamente le particolari funzionalità di gestione del traffico necessarie per un determinato servizio, evitando di allocare risorse di rete non necessarie. Il concetto di affettamento virtuale della medesima infrastruttura di rete 5G è illustrabile così: il servizio di comunicazione di un particolare tipo di collegamento è supportato da una determinata “fetta di rete”, caratterizzata da una specifica modalità di gestione dei piani di controllo e di utente (C-Plane e U-Plane), e pertanto composta da un insieme di specifiche funzioni di rete e impostazioni della RAT (Radio Access Technology) 5G, che sono opportunamente combinati insieme per soddisfare i requisiti del caso d’uso in questione. Il livello di flessibilità nell’allocazione e gestione delle risorse di rete ottenibile mediante network slicing sia il fattore chiave per il successo delle reti 5G, anche nell’ottica di creare nuovi modelli di condivisione delle risorse e nuove opportunità di business, specialmente a beneficio dei settori verticali (cd. verticals), come ad esempio auto e trasporti, media & entertainment, manifattura e industria, sanità e benessere, energia.

A livello logico, gli utenti finali potranno percepire ciascuna “slice” come un singolo collegamento di rete dedicato e indipendente, anche se fisicamente condiviso in maniera dinamica nell’ambito della stessa infrastruttura di rete.

Nota al testo

(1) Per gli approfondimenti tecnici, si rinvia al testo di Marco Petracca e Francesco Vatalaro, “Aspetti tecnici e tecnologici delle reti di accesso”, Media Duemila, XXXIV (329), agosto-ottobre 2020, pp.79-115.