Cortesia Avnet Abacus

Cortesia Avnet Abacus – a cura di Adam Chidley

“La crescita esplosiva dell’IoT non mostra segni di rallentamento. Gartner prevede 20,8 miliardi di “cose” connesse entro il 2020 mentre IHS Markit prevede che questo numero salirà a 125 miliardi entro il 2030.”

Nonostante il ciclo di implementazione sia ancora all’inizio, le caratteristiche e le capacità prestazionali del 5G sono ben definite e il suo potenziale di supporto ad applicazioni nuove e migliorate è già chiaro. Al di là delle applicazioni già emerse, tuttavia, è ampiamente previsto che il 5G trasformerà molte aree della nostra vita consentendo ulteriori livelli di innovazione su più segmenti verticali, per esempio sanità, automotive, smart city e automazione industriale.

Che cos’è il 5G

La maggior parte degli analisti e dei commentatori del settore è convinta che il 5G sosterrà la prossima ondata di crescita del PIL globale. Un recente report, commissionato da GSMA (associazione commerciale che rappresenta gli interessi degli operatori delle reti mobili globali) ha concluso che il 5G contribuirà con 2,2 trilioni di dollari all’economia globale nei prossimi 15 anni (Figura 1): i maggiori beneficiari saranno i settori manifatturiero, delle utility e dei servizi professionali e finanziari.

Il vasto scenario di casi d’uso del 5G
Le funzionalità delle reti 5G sono state specificate per soddisfare i requisiti di tre scenari d’uso, come illustrato nel diagramma pubblicato dall’ITU (Figura 2) e sintetizzato nella pagina successiva.

Cosa cambia con il 5G

Enhanced Mobile Broadband, (eMBB)
Con velocità dati estremamente elevate (fino a 20Gbps), eMBB offre un’esperienza d’uso migliorata e supporta applicazioni ad elevata ampiezza di banda come realtà aumentata (AR), intelligenza artificiale (AI) e realtà virtuale (VR).

Impatto stimato del 5G sull'economia globale
Figura 1: Impatto stimato del 5G sull’economia globale (Fonte: GSMA)

Massive Machine Type Communications (mMTC)
mMTC offre una copertura estesa e una profonda penetrazione per un numero estremamente elevato – fino a 1 milione per chilometro quadrato – di dispositivi collegati. Questo esempio d’uso risponde ai requisiti del dinamico mercato dell’IoT, mettendo a disposizione tecnologie LPWA (Low Power Wide Area) che consentono un basso consumo energetico, una migliore copertura e una trasmissione ottimizzata per blocchi di dati piccoli e intermittenti.

Ultra-Reliable and Low Latency Communications (URLLC)
URLLC supporta le applicazioni altamente mission-critical che dipendono fortemente da latenze end-to-end (E2E) estremamente basse (un millisecondo o meno) e da elevati livelli di affidabilità e disponibilità.

Casi d'uso 5G
Figura 2: Casi d’uso 5G(Fonte: (ITU)
AREA DEI VANTAGGIESEMPISERVIZI
Connettività migliorataConnettività più veloce e affidabile per una vasta gamma di utenti in ambienti come strade e ferrovie, aree densamente popolate e casaMaggior valore per il consumatore e incrementi di produttività
Nuovi dispositivi e servizi per i consumatoriDispositivi e servizi intelligenti tra cui contenuti multimediali e intrattenimento immersivo, dispositivi sanitari e veicoli autonomiVarietà di vantaggi per i consumatori e le imprese, alimentati dall’innovazione
Infrastrutture più intelligenti e servizi pubbliciEsempi includono monitoraggio avanzato delle risorse, controllo remoto, manutenzione predittiva e processi abilitati dai sensori in più settoriMaggiore produttività
Infrastrutture e pubblici servizi più intelligentiIlluminazione stradale, gestione del traffico, reti energeticheFornitura di servizi più efficiente e sicura, vantaggi ambientali
Tabella 1: Riepilogo dei vantaggi previsti per il 5G

In pratica, non tutte le applicazioni dovranno utilizzare completamente le funzionalità del 5G, mentre altre potrebbero richiedere combinazioni diverse che spesso variano in modo dinamico, come illustrato in Figura 2. Un sensore IoT remoto, ad esempio, avrà la necessità di usufruire di comunicazioni a basso consumo, bassa potenza e bassa velocità dati, collocandolo saldamente nel caso d’uso dell’mMTC. La chirurgia robotica a distanza, come vedremo più avanti, richiederà una combinazione di funzionalità eMBB e URRL. Queste applicazioni, infatti, devono trasferire al chirurgo grandi quantità di dati rilevati dal dispositivo robotizzato, garantendo al contempo risposte quasi in tempo reale durante l’operazione.

Questo mutevole mix di requisiti è gestito dalla funzionalità di suddivisione di rete (slicing) del 5G, che consentono alle risorse di rete allocate di variare in modo dinamico, in linea con le esigenze dell’applicazione.

Tecnologia 5G come funziona

Le applicazioni emergenti forniscono informazioni sulla potenza del 5G
Come descritto in precedenza, le aspettative sul contributo che il 5G darà alla futura prosperità economica globale sono significative. Sebbene gran parte di questo contributo deriverà da applicazioni che devono ancora emergere, le potenziali aree di beneficio del 5G possono essere classificate come indicato in Tabella 1. Il resto di questa sezione considera un campione di applicazioni di alto profilo che stanno già integrando le capacità del 5G.

Veicoli autonomi
L’auto senza conducente è un esempio lampante di uno sviluppo tecnologico attuale e di alto profilo. Veicoli come Waymo di Google, Vision iNext di BMW e alcuni modelli Tesla sono esempi citati spesso nelle notizie. Sebbene questi veicoli siano ancora nella fase di sviluppo, gli analisti prevedono una forte crescita nei prossimi cinque anni. La diffusa disponibilità di reti 5G è considerata un prerequisito fondamentale per questa crescita.

L’affidabilità e la sicurezza di funzionamento richiedono che il veicolo autonomo possa interagire continuamente con l’ambiente circostante, comunicando con altri veicoli, infrastrutture stradali, pedoni e altre entità, come i data center remoti. Questa interazione attingerà fortemente alle capacità del 5G: URLCC consente al veicolo di rispondere e reagire in tempo reale; eMBB supporta il trasferimento di grandi quantità di dati – fino a 2 milioni di Gbps – quando il veicolo rileva e comunica con il proprio ambiente; e mMTC consente di implementare vaste reti di sensori lungo la strada. Il sottoinsieme di tecnologie cellulari necessarie per supportare i veicoli autonomi è stato definito “vehicle to everything” (V2X) mentre 3GPP ha progressivamente sviluppato il supporto cellulare necessario (Figura 3).

Evoluzione degli standard 3GPP V2X
Figura 3: Evoluzione degli standard 3GPP V2X (Fonte: 5GAA, linea temporale per la diffusione del c-V2X – Aggiornamento)

Chirurgia robotica a distanza
Un’altra applicazione che sfrutta le prime implementazioni del 5G è la chirurgia robotica a distanza. In chirurgia, il feedback aptico, oltre che visivo, è fondamentale. Inoltre, il chirurgo deve reagire a entrambi i tipi di stimoli in meno di 10 msec. In precedenza, questo tempo di risposta ha rappresentato una barriera per la chirurgia a distanza. Per tale motivo, i dispositivi chirurgici robotizzati hanno dovuto finora essere controllati direttamente da un chirurgo presente nello stesso ambiente fisico del paziente.

Ora, tuttavia, grazie a una collaborazione tra il colosso delle telecomunicazioni Ericsson e il King’s College London (KCL), l’applicazione della tecnologia 5G alla telechirurgia rappresenta una concreta linea di sviluppo. Ericsson ha creato degli speciali guanti tattili che consentono al chirurgo di operare su un paziente utilizzando un dispositivo robotico, senza perdere la sensazione tattile. Le funzionalità eMBB del 5G vengono utilizzate per lo streaming dei dati tattili dagli array di sensori avanzati presenti sul dispositivo robotico, insieme ai video della sala operatoria. Le funzionalità URLCC di 5G sono fondamentali per consentire lo streaming dei dati dalla sala operatoria remota al chirurgo con un ritardo inferiore ai 10 mSec.

Le reti 5G hanno già consentito operazioni di telechirurgia nel mondo reale. A marzo 2019, Ling Zhipei, medico capo del People’s Liberation Army General Hospital (PLAGH), ha eseguito un intervento chirurgico sul cervello di un malato di Parkinson a Pechino dall’ospedale PLAGH di Hainan, a 3.000 km di distanza.

IoT
La crescita esplosiva dell’IoT non mostra segni di flessione. Gartner prevede 20,8 miliardi di “cose” connesse entro il 2020 mentre IHS Markit ritiene che questo valore salirà a 125 miliardi entro il 2030. Le applicazioni IoT coprono la maggior parte dei settori, tra cui fabbriche Industry 4.0, città intelligenti, monitoraggio agricolo, monitoraggio delle condotte, manutenzione degli aeromobili e molto altro ancora. In tale contesto i sensori intelligenti o “cose” saranno il denominatore comune. Una parte significativa di queste applicazioni richiede tecnologie LPWAN caratterizzate da una migliore copertura interna, esterna e sotterranea e dispositivi alimentati a batteria in grado di trasmettere occasionalmente i dati per ottenere un’autonomia decennale. Molti operatori hanno sviluppato offerte LPWAN basate su reti NB-IoT o LTE-M, entrambe definite nella versione 13 di 3GPP, con GSMA che segnala 89 reti NB-IoT e 34 lanci LTE-M a ottobre 2019. Riconoscendo questo investimento, 3GPP ha confermato che entrambe le tecnologie soddisfano le specifiche 5G e sosterranno le capacità mMTC mentre lo standard 5G continuerà a evolversi, garantendo un percorso di migrazione ottimizzato per le soluzioni esistenti.

Il percorso del 5G è solo all’inizio
L’introduzione del 5G risale a poco più di un anno fa, tuttavia, anche antecedentemente all’implementazione della prima rete, le aspettative sul 5G erano eccezionalmente alte. Gli analisti già prevedevano che sarebbe stato il prossimo motore della crescita economica globale, alimentando una significativa creazione di valore in vari settori. Il valore reale del 5G sarà basato sull’abilitazione delle applicazioni emergenti piuttosto che sulla velocità offerta ai telefoni: questo articolo ha considerato un campione di queste applicazioni e analizzato come le capacità del 5G ne favoriranno l’avvento. Siamo chiaramente solo all’inizio di un lungo percorso, ma il ritmo d’innovazione può solo accelerare poiché gli operatori intendono sfruttare tutte le opportunità offerte investendo in reti 5G sempre più performanti.

Redazione Fare Elettronica