L’uso di satelliti di bassa quota per erogare servizi radiomobili non è una idea nuova. Fin dal tempo del 3G era prevista una componente satellitare della rete. Anche lo sviluppo del 5G potrebbe includere l’uso di satelliti VLEO (Very Low Earth Orbit, ad altitudini di poche centinaia di Km). Ma oggi parliamo di quote molto più basse: meno di duecento metri.
Ambiente urbano
Da qualche anno, la ricerca scientifica ha iniziato a considerare la possibilità che stazioni radio base super-leggere possano essere montate su veicoli volanti autonomi (UAV – Unmanned Aerial Vehicles, nel seguito per semplicità anche chiamati droni). Muovendosi a poche decine o centinaia di metri dal suolo, questi possono offrire servizi 6G ad elevatissima affidabilità. Una stazione radio base trasportata da UAV può esser facilmente connessa al resto della rete con collegamenti wireless ad alta capacità. Al contempo, mediante strettissimi fasci radio, gli UAV possono servire utenti a terra approfittando di condizioni di visibilità geometrica in cui non si trovano ostacoli alla propagazione delle onde radio; è certamente più facile illuminare un utente dal cielo, che non da una stazione radio base collocata sul tetto di un edificio, soprattutto in ambiente urbano, dove l’edificato rappresenta un naturale problema per la copertura wireless.
I vantaggi di una rete in cui il servizio radiomobile giunge dal cielo sono molteplici: oltre all’affidabilità di collegamenti privi di ostacoli, vi è la grande capacità della rete di adattarsi alle esigenze del traffico generato. Infatti, la traiettoria di volo degli UAV può essere decisa in tempo reale in funzione della richiesta di servizio degli utenti e dei loro movimenti.
UAV per motivi differenti
Dunque, la porzione di spazio compresa tra il suolo e i primi duecento metri di quota delle città del prossimo decennio potrebbe ospitare droni in grado di offrirci servizi 6G. Si prevedono due tipi di scenario: nel primo, UAV usati per motivi differenti che volano seguendo traiettorie prestabilite (ad esempio, taxi; la società che gestisce gli aeroporti di Roma ha resa pubblica l’intenzione di avviare una sperimentazione già dal 2023); nel secondo, i droni sono specificatamente utilizzati per il servizio 6G e la direzione di volo viene decisa in funzione del traffico generato dagli utenti.
L’idea di offrire servizi radiomobili mediante UAV è oggetto di ricerca presso il WiLab, il Laboratorio Nazionale di comunicazioni wireless del CNIT*, da prima della sua fondazione; le prime ricerche risalgono a cinque anni fa, quando pochissimi se ne occupavano [cit]. Oggi questo tema di ricerca scientifica attrae l’attenzione di moltissimi progetti in tutto il mondo. Presso il WiLab, un gruppo di ricerca coordinato dalla Prof.ssa Chiara Buratti dell’Università di Bologna sta ideando nuove tecniche basate su intelligenza artificiale per determinare la traiettoria degli UAV congiuntamente all’assegnamento delle risorse radio agli utenti a terra.
Ma per quali tipi di applicazione l’uso di stazioni radio base su UAV ha senso? Quando il requisito di affidabilità di collegamento è molto stringente. Dunque, non per servire smartphone utilizzati per scaricare un video Youtube o caricare la foto del piatto servitoci al ristorante.
Augmented sensig sperimentato al WiLab
L’applicazione di riferimento per le ricerche del WiLab è l’augmented sensing veicolare. Si tratta di un caso d’uso in cui le automobili scambiano con tutti i veicoli entro un certo raggio d’azione le informazioni prelevate da tutti i sensori di bordo: radar, lidar e di altro tipo. Potendo disporre di tali dati, ogni auto può estendere l’area monitorata ben oltre la capacità offerta dai propri sensori di bordo. Può “vedere” oltre gli ostacoli, prevedere l’arrivo di altri veicoli ad un incrocio, disporre di informazioni utili ad aumentare la sicurezza della guida e ottimizzare i consumi.
L’augmented sensing richiede scambi di enormi quantità di dati tra i veicoli, elevatissima affidabilità e trasmissione in tempo reale. Tutte caratteristiche che le reti radiomobili, nell’evoluzione dal 5G al 6G, potranno offrire, in particolare se i collegamenti saranno garantiti da stazioni radio base volanti, in grado di inseguire (dal cielo) i gruppi di automobili più densi che si muovono a terra nel traffico urbano. Al WiLab, le chiamiamo reti tridimensionali (3D Networks).
* Il CNIT (Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni) è un ente non-profit riconosciuto dal MUR, che svolge attività di ricerca, innovazione e formazione avanzata nel settore dell’ICT.
[cit] R. Verdone, S. Mignardi, “Joint Aerial-Terrestrial Resource Management in UAV-Aided Mobile Radio Networks”, IEEE Network, 2018.