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5G, tutti i tasselli di una rivoluzione 2019-2020

Il 5G sarà o no una rivoluzione? La risposta è tutt’altro che scontata e il successo dipende da diversi fattori. Le premesse per vincere la sfida, comunque, ci sono tutte. Ripercorriamo le tappe della sua evoluzione, dalle prime discussioni alle sperimentazioni in atto con un focus particolare sulla situazione italiana

08 Feb 2019
Andrea Abrardo

CNIT, Unità di Ricerca di Siena

5G

La fase di riscaldamento del 5G sta ormai volgendo al termine, in Italia e nel mondo, e a breve assisteremo al vero e proprio fischio d’inizio della partita. Il risultato finale, ovvero il parametro che in ultima istanza misurerà il successo del 5G, sarà la capacità di portare una rivoluzione a 360 gradi, e non di rappresentare soltanto un’evoluzione del 4G.

L’esito della sfida è tutt’altro che scontato. Per dare corpo alle speranze dei suoi sostenitori, e per confermare i favori del pronostico, il 5G dovrà riuscire a costruire il giusto ecosistema di parti fra loro interconnesse, mettendo insieme fornitori, reti, servizi, dispositivi, clienti e così via.

5G: evoluzione o rivoluzione?

Le discussioni su cosa sarebbe dovuta essere la nuova tecnologia delle comunicazioni mobili, ovvero il 5G, iniziano nel 2012, 8 anni dopo il lancio della quarta generazione rappresentata dalla tecnologia LTE (Long Term Evolution). Da allora, una questione più volte dibattuta e non ancora del tutto chiarita ha riguardato la natura del 5G, ovvero se si sarebbe trattato di una normale evoluzione delle comunicazioni mobili o, piuttosto, di una vera e propria rivoluzione.

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Figura 1

Il dibattito è continuato negli anni e forse un definitivo responso a questa questione non potrà essere dato prima di 5-10 anni, quando, in seguito alla completa attuazione dell’idea del 5G, sarà possibile verificarne l’eventuale successo commerciale.

Per capire da dove origina la questione, occorre rifarsi alla visione più comune del 5G, impostasi fin dalla sua nascita, ovvero che il 5G non sarebbe dovuto essere semplicemente una nuova interfaccia radio con maggiori velocità di trasmissione e minori tempi di latenza, ma un sistema che avrebbe dovuto scavalcare le barriere delle comunicazioni fra esseri umani e abbandonare la rigida visione RAN centric (ovvero centrata sulla Rete di Accesso) dei sistemi di comunicazione mobili. Col 5G sarebbe infatti stato possibile connettere un numero sterminato di oggetti attraverso la realizzazione di architetture di rete eterogenee (oltre la rigida visione attuale delle macro-celle), con un approccio di tipo olistico (piuttosto che centrato sulla rete di accesso), dove tutte le singole parti della rete sarebbero dovute essere flessibili e capaci di adattarsi alle più svariate esigenze.

Gli scenari applicativi del 5G

Quando si parla di 5G, del resto, si fa riferimento spesso al cosiddetto triangolo degli scenari applicativi, riportato sotto.

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Figura 2. Triangolo degli scenari applicativi del 5G

In tale rappresentazione, i vertici rappresentano i principali scenari, ovvero:

  • MMTC, comunicazioni fra macchine di tipo massivo (ovvero con altissime concentrazioni di nodi),
  • RLLC, comunicazioni ad altissima affidabilità e bassissimo tempo di latenza,
  • eMBB, comunicazioni mobili ad altissima velocità di trasmissione.

La sfida del 5G, e la sua natura potenzialmente rivoluzionaria, sta tutta nella possibilità di realizzare un unico sistema in cui convivano servizi eterogenei con esigenze completamente diverse. Facendo per esempio riferimento ai vertici del triangolo, si hanno servizi caratterizzati da requisiti difficilmente realizzabili nel loro insieme, secondo la logica delle reti mobili tradizionali. L’idea è poi quella di riempire l’intero triangolo con sempre nuovi servizi, adattando il sistema alle esigenze delle industrie verticali (sanità, manifatturiero, automobilistico, agricoltura, sicurezza, etc.), realizzando così la visione olistica descritta sopra. Per ottenere tutto ciò, occorrerà una notevole innovazione tecnologica nel settore delle reti di telecomunicazioni mobili orientata a fare del 5G un motore abilitante di nuove industrie, che in ultima istanza costituisce la vera rivoluzione auspicata dal 5G.

5G, un cambio di prospettiva

Partendo da questa visione intrinsecamente rivoluzionaria del 5G, il concetto di una nuova generazione di comunicazioni mobili ha attratto fin da subito un notevole interesse a tutti i livelli, a tal punto che la discussione si è aperta, come detto, molto prima che il 5G divenisse un servizio commerciale, cosa peraltro attesa non prima del 2020.

La ragione di tale interesse risiede principalmente nelle altissime aspettative generate dal 5G non soltanto nell’industria delle telecomunicazioni, ma anche su una vasta gamma di differenti aree industriali. A titolo di esempio, un’indagine pubblicata dalla Ericsson effettuata coinvolgendo 900 aziende appartenenti a 10 settori industriali differenti, ha rilevato che più del 75% degli intervistati prevede che il proprio settore potrebbe ottenere grandi benefici dall’introduzione del 5G. I 10 settori coinvolti includevano società di servizi energetici, manifatturiere, sicurezza al cittadino, sanità, media e intrattenimento, trasporto pubblico, automobilistico, servizi finanziari, vendita al dettaglio, e agricoltura.

L’interesse crescente per il 5G è una diretta conseguenza del fatto che esso costituisce un vero e proprio cambio di prospettiva rispetto alle generazioni precedenti di comunicazioni mobili. In particolare, già nella fase iniziale di sviluppo dell’idea del 5G, la discussione sulle nuove tecnologie da utilizzare è stata preceduta da un’analisi ad ampio spettro sui casi d’uso e sulle necessità lato utente che il 5G avrebbe dovuto sperimentare e soddisfare. Quindi, solo dopo aver raggiunto un generale consenso sui diversi scenari applicativi, l’ente di standardizzazione internazionale 3G Partnership Project (3GPP) ha iniziato la discussione su quali fossero le tecnologie abilitanti più idonee per soddisfare le nuove esigenze in termini di velocità di trasmissione, tempi di latenze, e concentrazione del numero di nodi connessi.

Questo processo è ancora in corso, e una prima release della nuova interfaccia radio del 5G, denominato 5G new radio (NR)  è stata rilasciata nel 2018.

Importanza delle sperimentazioni e peculiarità del 5G

Il 5G, ancora in attesa del suo lancio commerciale atteso nel 2019 in Italia, sta attualmente vivendo una fase di sperimentazione a livello mondiale. In questo senso il 5G non differisce molto da qualsiasi nuova tecnologia che dev’essere in primo luogo testata nei laboratori attraverso apparati ancora in fase pre-commerciale. Tuttavia, nonostante questa fase sia sempre necessaria, risulta spesso poco chiaro come una nuova tecnologia si comporti in ambiente operativo reale, prima di vederla effettivamente all’opera.

D’altra parte, il 5G è portatore di una moltitudine di tecnologie, che, seppur prese ad una ad una non risultino di per sé delle assolute novità nel mondo dell’information technology, viste nel loro complesso, riunite cioè in un unico sistema di comunicazione, rappresentano una grossa sfida implementativa. Fra esse si segnalano:

  • Realizzazione di un’interfaccia radio altamente flessibile, capace di abilitare allo stesso tempo una combinazione di trasmissioni ad altissimo bit rate, bassissima latenza, altissima affidabilità e bassissimo consumo energetico.
  • Possibilità di effettuare trasmissioni in onde millimetriche (ovvero a frequenze superiori 30 GHz) insieme alle tradizionali trasmissioni sub 6 GHz, al fine di spingere le velocità di trasmissioni a valori decisamente superiori al Gbs.
  • Uso sempre più sistematico di soluzioni di Software Defined Networking (SDN) e di Network Function Virtualization (NFV), capaci di softwarizzare e virtualizzare la rete rendendola flessibile, agile ed adattativa, con politiche di gestione delle reti regolate dal concetto di network slicing. Tutto ciò al fine di costruire su una stessa infrastruttura di rete diverse fette (slices) adattate a servizi fra loro eterogenei.
  • Introduzione di risorse di calcolo e di memoria distribuite capaci di arrivare molto vicino agli utenti finali al fine di poter arrivare a tempi di latenza dell’ordine del ms (edge computing).
  • Adozione di molteplici ed eterogenee tecniche di connessione, come ad esempio connessioni dirette fra dispositivi senza passare dalla rete (le cosiddette Device to Device D2D communications).
  • Supporto per architetture di rete Internet of Things (IoT).

Inoltre, poiché uno dei principali obiettivi del 5G è quello di abilitare i cosiddetti settori verticali, è altamente auspicabile che le attività di sperimentazione non si debbano limitare alla mera attività di testing in laboratorio, ma debbano piuttosto essere finalizzate alla realizzazione di una notevole varietà di casi d’uso. Tali casi d’uso devono quindi coprire diversi settori applicativi, in modo da stimolare l’interesse delle industrie e delle istituzioni pubbliche nel 5G come abilitatori di nuovi modelli di business (citiamo ad esempio il modello di operatore wholesale only, con arricchimento del servizio in capo a soggetti terzi o agli utenti finali) e di nuovi servizi.

In questo contesto, le sperimentazioni giocano un ruolo fondamentale anche nell’ottica di poter diffonderne i risultati e condividerne le esperienze a livello più ampio possibile, coinvolgendo il numero più alto di attori potenzialmente interessati. Seguendo questo principio, molte esperienze di disseminazione dei risultati delle sperimentazioni sono state intraprese a livello europeo e fra queste si segnala l’importantissima conferenza tenuta a Roma dal 4 al 6 Dicembre 2018, dal titolo 5G Italy, organizzata dal Consorzio Nazionale Interuniversitario delle Telecomunicazioni (CNIT) e che ha messo intorno allo stesso tavolo il mondo degli operatori di TLC, delle industrie verticali, delle istituzioni e della ricerca, e in cui è stata offerta una visione a tutto tondo sullo stato delle tecnologie e delle soluzioni 5G in Italia, in Europa e nel mondo. In questo ambito sono state anche presentate le più importanti attività di sperimentazione finora intraprese in Italia sul 5G.

La situazione europea e italiana

Una data fondamentale per lo sviluppo delle attività di sperimentazione del 5G in Europa è quella del 14 Settembre 2016, quando la Commissione europea pubblica un Action Plan che pone fra i vari obiettivi quello di arrivare al lancio commerciale del 5G in almeno una città di ciascun stato membro entro il 2020, e che è stato lo stimolo per il lancio di diverse attività di sperimentazione promosse dai vari governi.

Nel grafico sotto si riporta una fotografia della situazione della sperimentazione in Europa riportata dall’osservatorio europeo per il 5G del settembre 2018, in cui si evidenzia come l’Italia figuri al terzo posto in Europa dopo Spagna e Francia in termini di numero di sperimentazioni certificate.

Figura 3. Situazione europea: numero di sperimentazioni nei diversi stati membri.

Di seguito riportiamo un altro grafico, ripreso sempre dall’osservatorio europeo per il 5G di settembre, dove vengono messi in evidenza i diversi settori verticali entro il cui cappello si sono svolte le diverse sperimentazioni nei vari paesi europei. Come si vede nel grafico a torta, i settori maggiormente coinvolti sono stati media ed entertainment, automotive, smart cities, ehealth, industria 4.0 e trasporto. Meno della metà delle sperimentazioni, la parte in verde sulla sinistra, sono riferite a test tecnici non legati a specifici scenari applicativi. La situazione riflette una peculiarità del 5G, che, come ampiamente sottolineato in precedenza, a differenza dei precedenti sistemi nasce con l’idea portante che l’innovazione tecnologica nei vari livelli della rete debba essere a servizio delle industrie verticali interessate alla digitalizzazione della società.

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Figura 4. Suddivisione delle sperimentazioni in Europa per casi d’uso.

L’assegnazione delle frequenze e le sperimentazioni in Italia

Un altro dato interessante per fotografare la situazione europea, è quello delle assegnazioni delle frequenze. Di sotto riportiamo a questo proposito il riepilogo dei dati relativi alle aste per l’assegnazione di frequenze già completate o pianificate nei vari stati membri. In alcuni casi, come l’Italia, il dato è catalogato come azione schedulata ma sappiamo che un mese dopo la pubblicazione del report dell’osservatorio 5G l’asta si è completata. Una peculiarità della situazione italiana, oltre al valore molto alto delle offerte che sono state di tre volte superiori alla base d’asta, è il fatto che si tratti dell’unico paese che ha già assegnato le tre bande di frequenza di interesse, ovvero la banda sub GHz, la banda 3.6-3.8 GHz e la banda 26 GHz.

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Figura 5. Aste completate (o pianificate).

Venendo quindi più nello specifico alla situazione italiana, un’altra data importante da menzionare è quella del marzo 2017, momento in cui il ministero per lo sviluppo economico (MISE) pubblica un avviso pubblico per la realizzazione di test pre-commerciali nella banda 3.6-3.8 GHz nelle aree di Milano, Prato-L’Aquila e Bari-Matera. In seguito a tale bando, le frequenze in questione sono stato assegnate nel settembre 2017, dopo la valutazione dei diversi progetti presentati, rispettivamente a Vodafone Italia, Wind Tre/Open fiber, Telecom Italia/Fastweb/Huawei.

Il 2018 è stato quindi l’anno del lancio delle diverse attività di sperimentazione in Italia, non legate soltanto alle aree Mise menzionate sopra (per un resoconto esaustivo delle diverse attività di sperimentazione si rimanda alle presentazioni effettuate nella conferenza 5G Italy menzionata sopra, che sono tutte disponibili online).

L’intensa attività messa in campo nelle diverse aree, implementando un numero davvero considerevole di casi d’uso nei diversi settori verticali, ha una volta di più testimoniato l’interesse che gravita intorno al 5G da parte di tutti i possibili attori coinvolti, rendendo l’obiettivo del lancio commerciale nel 2019-2020 in almeno una città italiana non solo realizzabile, ma addirittura fortemente conservativo, se si pensa che in realtà come Milano e Bari si arriverà ben presto al 100% di copertura 5G (a Milano Vodafone ha annunciato il superamento del’80% di copertura a fine 2018).

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