Che cos'è il 5G, più di una tecnologia
La tecnologia 5G, a oggi, abilita un numero elevato di applicazioni e nuovi servizi a valore aggiunto, promettendo maggior velocità di accesso alla rete trasformando la stessa in una piattaforma programmabile. Questa tecnologia apre, quindi, grandi opportunità per imprese, PA e cittadini e il suo potenziale e ancora in parte da scoprire.
Malgrado il mercato del 5G sia ancora agli albori, è già da qualche anno che si parla di reti e infrastruttura 5G. Il tema, poi, è finito ancora di più sotto i riflettori per via del presunto legame tra le antenne 5G e la diffusione del Covid-19, fake news che ha contribuito a portare alla ribalta le reti di quinta generazione, ma in maniera confusa e forviante.
Il 5G però non è pericoloso: infatti, permette di rivoluzionare interi ambiti della nostra vita economica e sociale, con un impatto decisivo sulla digitalizzazione del Paese. Questo perché la rete di quinta generazione non è solamente un mezzo di comunicazione più veloce o più affidabile, ma è un modo nuovo di concepire i servizi che saranno abilitati dal 5G stesso.
Parlando di reti 5G, è più corretto parlare, dunque, di piattaforma di connettività e di sviluppo di applicazioni e servizi, che non di mera rete di trasporto di dati e, quindi, di connessione vera e propria. A partire da tali presupposti, questa guida digitale si pone l’obiettivo di fare definitivamente chiarezza sul tema delle reti 5G.
- Come funziona il 5G, quali sono le sue caratteristiche e le opportunità di business che ne derivano?
- Il 5G è realmente pericoloso per la salute?
- Quali sono le sperimentazioni e i progetti 5G a oggi condotti in Italia e nel mondo?
- Quali sono i servizi innovativi basati sulla tecnologia 5G?
Queste e molte altre sono le domande sulla tecnologia 5G, sul suo sviluppo e sulle sue potenzialità a cui, con questa guida digitale, risponderemo combinando la prospettiva teorica a quella pratica.
Ad aiutarci e a rendere più chiari tutti i concetti legati al 5G e alla sua applicazione, ci saranno i dati di Ricerca dell’Osservatorio 5G & Beyond del Politecnico di Milano, attivo da più di un anno per aiutare le imprese italiane a comprendere le opportunità del 5G.
Le caratteristiche principali del 5G
Una delle novità principali del 5G è dunque quella di essere un sistema tecnologicamente più complesso rispetto al passato. Tale complessità, se da un lato aumenta le sfide infrastrutturali relative a copertura, frequenza e connessione, dall’altro introduce opportunità di business a malapena immaginabili con gli standard 4G. In questa parte della guida ci soffermiamo sulle principali novità architetturali relative al 5G per comprendere il reale potenziale di queste reti.
Alta velocita x Bassa latenza
Come visto nella definizione di 5G, la nuova rete radiomobile garantisce maggiore velocità di calcolo e trasmissione dati nonché minor tempo di latenza e risposta. Questi avanzamenti sono resi possibili grazie all’aumento dello spettro di frequenze disponibili (in Italia si va dai 700 MHz ai 26 GHz) e all’introduzione di antenne dinamiche, progettate per adattarsi in modo dinamico e in grado di moltiplicare la capacità del sistema.
Essi, infatti, consentono al 5G di ottimizzare lo spettro assegnato, fornendo una maggiore capacità di trasmissione dati, velocità di calcolo e una riduzione del tempo di latenza nella comunicazione. Le decisioni sull'allocazione delle frequenze e sulle specifiche tecniche del 5G spesso vengono prese a livello internazionale, con eventi come la World Radiocommunication Conference (WRC) che contribuiscono a stabilire standard e linee guida a livello globale.
Coperture dedicate ad alte frequenze
Alcune applicazioni B2b 5G critiche richiedono coperture ad hoc in grado di soddisfare i requisiti prestazionali. In questo contesto, l’uso delle frequenze a onde millimetriche (mmWave) riveste un ruolo cruciale.
Queste onde, caratterizzate da una frequenza più elevata rispetto alle onde tradizionali (superiore ai 24 GHz), consentono di raggiungere velocità di trasmissione dati estremamente elevate e latenze molto basse. Tali caratteristiche risultano fondamentali per abilitare applicazioni che richiedono risposte immediate, come il controllo preciso dei macchinari in un ambiente di produzione, la guida autonoma o l'assistenza remota.
Virtualizzazione e Slicing
La rete 5G può essere divisa in reti logiche specializzate, o “fette di rete”. Il concetto di slicing si riferisce alla capacità di creare diverse reti virtuali su un'unica infrastruttura fisica, sfruttando tecniche di virtualizzazione delle risorse sia di trasmissione che di calcolo.
In altre parole, lo slicing consente di “affettare” la capacità complessiva della rete in segmenti separati e dedicati, ottimizzati per specifiche esigenze. Di conseguenza, la rete 5G può garantire simultaneamente il pieno funzionamento di diverse applicazioni, che possono essere gestite da nuovi attori.
Calcolo e Mobile Edge Computing
Il concetto di Edge Computing, che colloca il processo di elaborazione dei dati vicino alla fonte stessa dei dati (cioè, all'edge della rete, in prossimità degli utenti o dei dispositivi), trova la sua massima espressione nella quinta generazione delle reti di comunicazione.
Questa tecnologia abilita su larga scala l’Edge Computing con elevate capacità computazionali e bassa latenza di accesso alle risorse di calcolo. In parole più semplici, il 5G consente di eseguire elaborazioni di dati in modo molto efficiente, direttamente sul luogo in cui i dati vengono generati o utilizzati, anziché inviarli a server centralizzati.
Ciò offre maggiore potenza di calcolo e tempi di risposta più veloci, il che è particolarmente vantaggioso per le applicazioni che richiedono una comunicazione rapida e interattiva.
Open RAN
Guardando al futuro, una novità tecnologica che permetterà al 5G di differenziarsi dalle tecnologie precedenti è l'introduzione sul mercato di soluzioni basate su Open RAN (Radio Access Network).
Questa nuova architettura sfrutta la disaggregazione della rete di accesso radio in componenti separate e la possibilità di trasformare la maggior parte di esse in applicazioni software su un hardware generale. Si tratta di una novità che cambierà le relazioni tra chi produce gli strumenti e i componenti di rete, consentendo anche l'uso di più fornitori diversi.
Inoltre, la possibilità di programmare le piattaforme di controllo permetterà a terze parti di creare applicazioni per tale rete, aprendo la strada a nuove idee, come algoritmi intelligenti che gestiscono le risorse in base ai dati in tempo reale della rete. È un tema, dunque, che porterà notevoli cambiamenti nella tradizionale catena del valore delle reti mobili.
L'evoluzione degli Standard 5G
Le prime reti commerciali 5G in Italia sono state lanciate nel 2020 sulla base dello standard 3GPP (Third Generation Partnership Project). L’evoluzione del 5G, tuttavia, procede gradualmente e solo una parte dei servizi che possono essere abilitati da questa tecnologia sono già disponibili sul mercato. Di seguito elenchiamo le quattro fasi salienti che contribuiranno alla piena standardizzazione nel periodo 2020/2026:
Fase 1 - Release 15
Include fondamentalmente i servizi di eMBB (enhanced Mobile Broad Band) che garantiscono una maggiore velocità di accesso alla rete (fino a 10 Gb/S). Inoltre, la fase 1 include ovviamente la definizione di tutto l’impianto architetturale della rete 5G, nonché alcuni meccanismi per la suddivisione della rete in più reti virtuali.
Fase 2 - Release 16
Include principalmente il servizio URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications), che consente di ridurre la latenza di rete fino a 1-2 ms per l’invio di sporadiche comunicazioni in tempi brevissimi e con un’affidabilità massima. Attraverso questo servizio l’obiettivo è quello di abilitare le applicazioni industriali più avanzate, i meccanismi di funzionamento del 5G per l’utilizzo in banda non licenziata (5G NR-U), le reti 5G private e una prima versione dei servizi di localizzazione basati sul segnale 5G.
Fase 3 - Release 17
Questo terzo stadio di evoluzioni del 5G include l’arrivo di una nuova interfaccia radio per i servizi mMTC (massive Machine Type Communications), che permette l’aumento del numero di connessioni a dispositivi con basso consumo energetico (fino a 1 mln di dispositivi per 2 km). Inoltre, la fase tre prevede l’importante supporto dei servizi a ritardo garantito (Time Sensitive Communications).
Fase 4 - Release 18
Nel 2021 è stata aperta la fase di definizione della prima versione del cosiddetto 5G Advanced, che implica una serie di direzioni di miglioramento ed espansione della tecnologia che promettono di spostare ancora più avanti il confine delle prestazioni raggiungibili.
Nel corso del 2022 sono state portate a termine le tre fasi principali, cioè la Release 15, la Release 16 e la Release 17. Il 2023 segna la conclusione della fase 3 relativa alla Release 17 “IoT” delle reti cellulari e l'avvio della fase 4 con la Release 18 “5G Advanced”, che riguarda numerose altre soluzioni e applicazioni.
Le possibili applicazioni del 5G in Italia e nel mondo
L’introduzione del 5G nel panorama delle tecnologie radiomobili permetterà il miglioramento di servizi già esistenti, ma anche l’erogazione di servizi innovativi, alcuni dei quali non realizzabili con le tecnologie attuali.
Tale rivoluzione non riguarderà dunque soltanto gli ambiti spiccatamente digital-based quali Smart City, Entertainment, Domotica e Mobility. Anche le sfere economiche più tradizionali (Agricoltura, Retail, Sanità, Istruzione) gioveranno delle caratteristiche di affidabilità e velocità di trasmissione e calcolo proprie delle reti 5G.
A partire da tali presupposti, l’Osservatorio 5G & Beyond ha identificato 8 classi di soluzioni che beneficeranno (o stanno già beneficiando) della spinta innovativa del 5G. Si parla di robot collaborativi, sistemi per il monitoraggio da remoto di intere città, veicoli a guida autonoma e molto altro. Tali soluzioni combinano le caratteristiche distintive della rete 5G con le peculiarità di altre tecnologie già consolidate. Su tutte droni, sensori, realtà aumentata, realtà virtuale e algoritmi di intelligenza artificiale.
Tali soluzioni, come anticipato, trovano applicazione in quasi tutti i comparti economici e produttivi. Nel quadro successivo abbiamo provato a riassumere quali saranno i settori più impattati dal 5G e attraverso quali innovazioni.
Utility ed Energy
Le applicazioni del 5G nell'Utility ed Energy interagiscono con alcune delle applicazioni in ambito IoT: una di queste è il monitoraggio e la gestione da remoto degli asset cittadini. Ancora più interessante, però, è un'altra applicazione delle reti 5G: il monitoraggio dei consumi delle utenze (come, ad esempio, nello smart metering e nello smart metering idrico), che permette di migliorare anche il risparmio dei consumi nelle abitazioni.
Altre due applicazioni 5G in ambito Utility ed Energy, sono: il potenziamento dei dispositivi connessi nelle abitazioni e il miglioramento della connettività delle reti mobile nelle aree meno raggiungibili.
Automotive e Mobility
Altro ambito di applicazione della tecnologia 5G è quello dell'Automotive e della Mobility. In questo campo, nello specifico, troviamo soluzioni di intrattenimento e servizi a bordo delle autovetture e soluzioni per la sicurezza dei guidatori (pneumatici connessi, ampliamento campo visivo).
Non solo, però: ci sono anche applicazioni della rete mobile 5G che riguardano lo sviluppo della guida autonoma e l'integrazione veicoli e colonnine elettriche per la ricarica delle autovetture.
Logistica, trasporti e Infrastrutture
Anche nel campo della Logistica e dei trasporti esistono applicazioni correlate allo sviluppo della rete mobile 5G. In questo ambito si parla di applicazioni della tecnologia e della velocità 5G nello sviluppo di mezzi autonomi per effettuare consegne di prodotti in città e di soluzioni che consentono il pilotaggio di una flotta di autoveicoli (platooning).
Altro sviluppo molto interessante in ambito infrastrutturale risulta essere quello che riguarda il monitoraggio predittivo di infrastrutture, porti, fabbriche e altri ambienti circoscritti.
Manifacturing
Le applicazioni 5G in ambito Manifacturing includono lo sviluppo di robot collaborativi per l’automatizzazione delle operazioni più semplici ed alcune delle principali soluzioni a supporto della forza lavoro sul campo, ma non solo.
Il settore manifatturiero beneficerà, infatti, anche di sviluppo di tecnologie potenziate dal 5G sia per il pilotaggio da remoto di veicoli industriali che in ambito di sicurezza, con la manutenzione predittiva.
Agricoltura
Anche nel settore agricolo la tecnologia ha contribuito e contribuirà a forti cambiamenti con la sua applicazione. Uno degli aspetti principali di miglioramento, deriva dallo sviluppo di sistemi di monitoraggio e di gestione a distanza dei campi agricoli, di pilotaggio ed esecuzione da remoto della attività agricole (es. robot per l’irrigazione) e dell'introduzione e dello sviluppo di nuovi mezzi per l’agricoltura di precisione.
Sanità e Healthcare
Anche in campo sanitario la tecnologia 5G ha apportato cambiamenti. Un esempio di queste innovazioni sono le soluzioni che permettono il monitoraggio a distanza dei parametri vitali di pazienti e atleti e la telechirurgia robotica.
Retail
Anche nel settore delle vendite il 5G ha introdotto diverse novità come, ad esempio, l'introduzione della realtà aumentata e di altre soluzioni per il miglioramento dell’esperienza di acquisto in store.
Media & Entertainement
La tecnologia 5G non si ferma solo al settore Retail però: entra anche nel settore dell'intrattenimento proponendo diverse soluzioni tecnologiche all'avanguardia, come i tour turistici in realtà aumentata, i servizi giornalistici in 4K, nuove esperienze di advertising ed eventi live più immersivi.
Sicurezza
È ormai noto come la sicurezza, oggigiorno, sia fondamentale e sempre più rilevante. Anche in quest'ambito, il 5G, ha trovato la sua applicazione rivoluzionando e implementando nuove soluzioni per la videosorveglianza di ambienti pubblici e privati.
I benefici del 5G, alcuni esempi
Più che soffermarsi sui presunti e infondati pericoli del 5G è bene comprendere perché e quanto sia importante investire su una rete 5G. Comprendere, cioè, quali siano i benefici concreti che il 5G offre ai lavoratori, alle aziende, ai vari settori produttivi e, in senso più allargato, all’intero sistema economico.
Toccando svariati ambiti applicativi, come visto nel quadro precedente, i vantaggi sono svariati ed è difficile inquadrare benefici comuni a tutte le applicazioni. Per descrivere i concreti vantaggi delle reti 5G, possiamo analizzare un’applicazione del 5G dagli sviluppi più interessanti: quella del pilotaggio da remoto dei grandi mezzi.
Il 5G per il pilotaggio da remoto:
Prendiamo come esempio la possibilità di pilotare da casa una gru per il carico e scarico di navi merci in un porto, attraverso un modulo di controllo basato su 5G che esegue il controllo in tempo reale delle operazioni di carico e scarico, di raccolta di dati tramite sensori e telecamere impiantate sul veicolo e nel cantiere e prende decisioni operative basate sull'elaborazione analitica in tempo reale. L’esempio è calzante e appaiono evidenti i principali benefici:
- maggior produttività e velocità di movimentazione del mezzo;
- maggior sicurezza del pilota, che evita condizioni di potenziale pericolo (come la salita fino alla cabina di comando della gru);
- maggiore soddisfazione del pilota, grazie alle migliori condizionale lavorative;
- minori emissioni di CO2 e altre componenti inquinanti.
