Il paradigm shift che sempre è alla base di un cambio di ‘generazione’ mobile, nel passaggio da 4G a 5G potrà consistere nel passaggio dalla comunicazione dei contenuti alla comunicazione delle azioni di controllo (in real-time estremo).
La prima manifesta crescita esponenziale (con la moltiplicazione della banda x1000 già in corso); la seconda ha comportamento a gradino e potrà investire la Società e l’Economia del prossimo decennio. Quest’ultima assume la fisionomia di una dirompenza (Disruptive innovation di Clayton Christensen)[1] che potrà impattare i mercati e le gerarchie di imprese (ad esempio fra Telco e OTT).
Con riferimento al 5G il technology breakthrough alla base dell’avvento di questa nuova comunicazione delle azioni di controllo sarà la riduzione della latenza a 1 ms dagli odierni 10-100 ms.[2] Altri requisiti identificati per il 5G appaiono assai sfidanti (disponibilità, affidabilità, copertura, sicurezza, etc.),[3] ma questo della latenza di 1 ms, o addirittura meno, è quello che è stato riconosciuto effettivamente dirompente [1].
L’obiettivo di latenza abilita la classe delle Extreme Real-Time Communications [2]. Fra i servizi di questa classe, oggi non servibili con la 3G–4G per inadeguati requisiti di latenza, la tecnologia cellulare 5G abiliterà la “Internet Tattile” [3] in virtù della quale in base a noti meccanismi di fisiologia umana le persone potranno controllare a distanza oggetti reali e virtuali con mezzi wireless, proprio come accade in presenza (Figura 1), anche per lo svolgimento di task complessi, molto rapidi, critici o addirittura vitali.
Figura 1 (da [3]): La retroazione tattile-visiva è un prerequisito per l’interazione ad alta fedeltà e reattività; l’utente percepisce oggetti e eventi della realtà fisica, aumentata e virtuale non solo con il contatto (1s), l’udito (100ms) e la vista (10 ms), ma anche attraverso il senso del tatto (1ms) posto in feedback attraverso la vista, con necessità di tempi di reazione quasi istantanei.
Con le sue caratteristiche di latenza estremamente bassa – in combinazione con elevata disponibilità, affidabilità e sicurezza – la Internet Tattile (Figura 2) avrà un forte impatto su imprese e Società per l’introduzione di numerose nuove tecnologie anche attraverso l’erogazione di servizi pubblici che saranno percepiti come essenziali. 
Figura 2 (da [4]): I servizi 5G nel piano Banda-Latenza.
Concettualmente e tecnicamente, le architetture di rete esistenti sono inadatte a supportare la classe delle Comunicazioni in real-time estremo (Figura 3).
Figura 3 (da [3]): Architettura di rete per le comunicazioni in real-time estremo, fra cui la Internet Tattile.
In termini tecnologici, esse sono associate a un Cloud computing di prossimità o ‘Mobile Edge-Cloud’: la luce compie 300 km in 1 ms, quindi la distanza fra il server di controllo e il punto in cui avviene l’interazione tattile non può superare i 150 km (Figura 4). Tenendo conto degli altri ritardi in rete, alla sola propagazione si possono allocare al più 200 microsecondi ossia 30 km di distanza; discende una necessità diffusione di siti Cloud, in controtendenza con l’attuale spinta a concentrare il Cloud computing in pochi grandi siti di elaborazione dati (Data Center).
Figura 4: Obiettivi di latenza per la 5G.
Inoltre si nota che il rispetto del requisito della bassa latenza per soddisfare il nuovo paradigma delle comunicazioni in real-time estremo è concorde con il requisito della banda ultra larga legato alla comunicazione dei contenuti (Figura 5): essi, cioè, si rafforzano a vicenda. Infatti un’architettura che preveda il Cloud computing di prossimità è anche adatta a venire incontro all’esigenza del caching intelligente nella periferia della rete (RAN) legata al download di contenuti con rispetto della QoE, come evoluzione del LTE–4G (servizi di multicasting video).
Figura 5: Evoluzione della rete LTE-4G con avvicinamento dei contenuti entro la RAN.
La funzionalità di Cloud computing di prossimità, l’uso di cache intelligenti, a cui si aggiungono le comunicazioni dirette fra dispositivi (D2D) – funzionalità abilitate dal requisito di bassa latenza – sono tutte evoluzioni dell’architettura di rete mobile che portano il baricentro del traffico in rete dal nucleo alla periferia (si parla di architettura centrata sul dispositivo). Il rapporto fra il complessivo traffico nel nucleo di rete e quelli in periferia si modifica in favore di quest’ultimo, con implicazioni sui costi di investimento ma anche sulla rilevanza del ruolo degli attori nella catena del valore.
Inoltre, la ridotta latenza implica l’ottimizzazione dei percorsi di backhaul, dovendosi necessariamente evitare inefficienze di processing e transito attraverso nodi intermedi se ridondanti; al contempo, occorre essenzialmente annullare le congestioni. Tutto ciò ha implicazioni rilevanti di costo sul backhauling a carico dell’operatore Telco ma anche il riacquisto di un suo ruolo di centralità nel business.
Alcune implicazioni su policy industriale e regolazione
L’avvento delle comunicazione delle azioni di controllo in real time estremo a fianco delle comunicazione dei contenuti ha numerose implicazioni di regolazione e politica industriale.
Fra le tante, alcune delle quali di certo ancora da identificare, si accenna nel seguito a quelle sulla Net Neutrality, sulla politica dello spettro, sugli accordi commerciali fra attori e infine ai temi di politica industriale e dell’innovazione.
a) Net neutrality
I requisiti di banda e, principalmente, di latenza impongono l’introduzione dei servizi a qualità garantita in internet: non esiste alternativa in merito.
Potrebbe essere compatibile con lo sviluppo del paradigma 5G l’approccio che sembra emergere dalle recenti decisioni dell’americana FCC la quale, pur non autorizzando ad intervenire con discriminazioni di traffico sugli strati protocollari bassi (layer 1-3), tuttavia consente di operare negli strati superiori (layer 4-7).
b) Politica dello spettro
Il backhaul è uno dei costi più rilevanti per i Telco; lo spettro radio non licenziato ad onde millimetriche (60 GHz) potrebbe consentire – oltre alle comunicazioni in area locale – anche il backhaul alleviando così i rilevanti costi di installazione di nuova fibra ottica (che dovrà essere sempre più capillare anche nei siti indoor), oltre a contenere i fenomeni di congestione.
c) Accordi commerciali fra attori del settore
Sarà sempre più difficile assicurare la copertura universale, che rappresenta d’altra parte un requisito sempre più importante. Non vi sarà scelta ad incentivare accordi paritari fra Telco (fisse/mobili/integrate) altrimenti la profittabilità del business rischia di non essere garantita. Anche gli accordi commerciali fra Telco e OTT dovranno essere consentiti nel rispetto delle nuove regole sulla Net Neutrality.
d) Investimenti pubblici
Intervenire con fondi pubblici nelle aree a Digital Divide diventerà molto più essenziale di quanto non sia già oggi. Non è pensabile che i flussi a qualità garantita siano disponibili solo ove le Telco hanno interesse a intervenire.
e) Politica industriale e dell’innovazione nel 5G
La dirompenza di queste tecnologie potrà rivelarsi di interesse nel tessuto industriale italiano, fatto di piccole e medie aziende, che potranno meglio sfruttare le opportunità di Internet e, più in generale, della digitalizzazione avanzata dei processi produttivi (remotizzazione di produzioni con controlli real time, etc).
Si apre anche l’opportunità per l’Italia di rilanciare programmi di innovazione: sebbene le risorse disponibili siano poche, si potrà quanto meno agire sul versante dell’indirizzo delle politiche di innovazione incentivando la filiera a collaborare (Università e Ricerca, Industria manifatturiera e dei servizi, Operatori, System integrator, etc.).
È necessario però farlo subito perché queste innovazioni tecnologiche avanzano rapidamente e a livello internazionale le ricerche sul 5G sono già in corso almeno dal 2012. Il 5G potrebbe essere un’occasione per rilanciare la ricerca di settore in ambiti in cui l’Italia ha ancora la possibilità di recuperare il ritardo.
Riferimenti[1] G. Fettweis (TU Dresden), “The Tactile Internet Enabled by 5G” https://www.youtube.com/watch?v=_VXEPzQgpok [2] “NGNM 5G White Paper”. By NGMN Alliance, 17 Feb. 2015 [3] “The Tactile Internet”. ITU-T Technology Watch Report, August 2014 [4] Dewar C., Warren D., “Understanding 5G: Perspectives on future technological advancements in mobile”, December 2014, GSMA, gsmaintelligence.com
[1] Per maggiore precisione, come si chiarirà più avanti, promette di essere l’abilitatore di una serie di dirompenze tecnologiche che potranno impattare vari ambiti economici imponendo la rivisitazione delle catene del valore (come, per fare una similitudine, sta oggi chiaramente avvenendo con le innovazioni software del Social Web e con i modelli della Sharing Economy).
[2] Gli attuali valori di latenza (ritardo a due vie) nelle reti 4G ammontano a circa 15 ms, in quanto le strutture dei segnali si basano su un tempo di trama di 1 ms con l’aggiunta dei necessari overhead per l’allocazione delle risorse e per l’accesso radio. La prevista latenza di 1 ms necessaria per abilitare applicazioni e servizi 5G, oltre ad imporre di ridurre moltissimo il tempo di trama, possono avere anche importanti riflessi sulle scelte progettuali da eseguire in numerosi strati dell’architettura protocollare e nella stessa architettura fisica sia nel nucleo di rete che nella RAN (Radio Access Network).
[3] Oltre al requisito di 1 ms di massima latenza, alcuni fra i principali requisiti tecnologici per il 5G su cui si sta avendo convergenza a livello internazionale sembrano essere:
- Velocità effettive (non più valori massimi teorici) di 1-10 Gbit/s da fornire alle connessioni con i punti terminali;
- Velocità aggregata dei dati 1000 volte rispetto a quella attuale intesa larghezza di banda per unità di superficie (Mbit/s/km2); si riferisce alla quantità totale di dati che la rete può servire.
- Velocità di trasmissione dati peggiore che un utente può ragionevolmente aspettarsi di ricevere pari o migliore di 100 Mbit/s per il 95% degli utenti (cd. “edge-free experience”);
- Numero di dispositivi collegati alla rete 10-100 volte rispetto a quelli attuali;
- Altissima affidabilità e disponibilità percepite fissate in 99,999% (“cinque nove”);
- Copertura di servizio percepita del 100%;
- Riduzione del 90% del consumo di energia dalla rete (alta efficienza energetica sul lato rete);
- Fino a dieci anni senza ricarica: durata della batteria dei dispositivi machine-to-machine a basso consumo.