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Lo standard 5G visto da vicino

5G: conosciamo meglio le caratteristiche (frequenze, portata, utilizzi) delle reti wireless che si propongono di rivoluzionare l’Industrial IoT

Dal 3G allo standard 5G, la storia della evoluzione delle tecnologie di trasmissione cellulari è riassumibile nel seguente schema:

5G

Le tecnologie di comunicazione cellulare che vanno sotto il nome di 5G devono sottostare ai principi fisici che sovraintendono al mondo delle trasmissioni in radiofrequenza e che possiamo semplificare al massimo come segue:

  • maggiore è la frequenza trasmissiva e maggiore è la mole dei dati che possono essere trasportati

5G

  • maggiore è la frequenza trasmissiva e minore è la propagazione e la capacità di attraversare ostacoli

Quindi le reti 5G sono costituite da ricetrasmettitori che utilizzano frequenze molto alte (oltre i 6 GHz) ma che debbono essere molto densi nella loro dislocazione.

Dato che la potenza delle trasmissioni deve essere necessariamente bassa, queste antenne sono di dimensioni molto ridotte e possono essere distribuite facilmente in piccole installazioni che non necessariamente debbono essere simili ai tradizionali tralicci per le trasmissioni radiotelevisive.

5G

Grazie alla mole di dati che possono essere trasportati e a tecnologie molto sofisticate di allocazione, condivisione e virtualizzazione della rete, la comunicazione 5G permette di ottenere reti cellulari con latenza ridottissima e con banda trasmissiva enorme (oltre i 2 Gbs)

In pratica possiamo avere dispositivi che comunicano in modalità wireless con performance analoghe alle reti trasmissive in fibra.

Campi di applicazione delle reti 5G

In linea generale sono state individuati tre macro domini per l’adozione delle reti 5G in base ai requisiti di applicabilità

5G

  • Enhanced mobile broadband
  • Massive machine-type
  • Critical communications

Applicazione in ambito Industry 4.0

Disponendo quindi di apparati di comunicazione mobili in grado di ricevere e trasmettere enormi quantità di dati in tempi ridottissimi, la applicabilità in ambito industriale e in particolare in IIoT (Industrial Internet of Things) è limitata solo dalla nostra inventiva.

Una tale capacità trasmissiva ci permette di accedere a scenari di telecontrollo, diagnostica e gestione degli impianti remoti praticamente come se le distanze fossero nulle.

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La possibilità di trasmettere e ricevere grandi quantità di dati rende in alcuni casi superflui i sistemi di elaborazione in prossimità dell’impianto (edge computing) e di aumentare di molto i dati raccolti e la loro frequenza di raccolta, incrementando quindi la base dati su cui operare le analisi necessarie alla manutenzione predittiva.

Inoltre la capacità delle reti 5G di gestire una numero elevatissimo di apparati nella singola cella, ci permette di distribuire i punti di accesso in modo più capillare, permettendo quindi una raggiungibilità diretta anche dei sottosistemi di un apparato complesso.

Con tali tecnologie di trasmissione dati, si ampliano tutte le possibilità di comunicazione tra sistemi industriali M2M (machine to machine) e quindi si possono progettare e realizzare sistemi industriali complessi costituiti da elementi interconnessi e quindi più controllabili e adattabili al cambio delle esigenze produttive.

Standard 5G, opportunità e problemi

Ovviamente la capillarità e le enormi performance trasmissive portano al conseguente aumento di problemi che sono già esistenti ma possono aumentare in modo esponenziale:

  • Sicurezza

I principi base della sicurezza informatica ci insegnano che maggiore è il numero di punti di accesso e maggiori sono i rischi connessi alla esposizione ad attacchi.

Pensiamo a un tradizionale impianto produttivo in cui tutti i sistemi sono connessi solo tramite rete cablata a un router che si collega a sua volta tramite una rete privata al centro di controllo. I punti di potenziale attacco sono di certo inferiori a quelli di un impianto produttivo dove tutti i sistemi in modo autonomo sono connessi magari tramite accessi a internet al centro di controllo (anche se questi accessi sono criptati).

A questo si può rispondere con una adeguata politica di sicurezza e con soluzioni di protezione che arrivano sino ai singoli apparati.

L’equazione “maggiore connessione a internet = maggior rischio informatico” non è sempre vera, anzi vale la pena ricordare il famoso caso del virus Stuxnet del 2010 in cui le centrifughe di arricchimento dell’uranio del programma nucleare iraniano furono fermate da un virus propagato da floppy di aggiornamento del software di controllo dei PLC industriali che di certo non erano connessi a Internet.

  • Costi

I costi inerenti la rete 5G non sono stabili sul mercato in quanto la tecnologia è ancora in una fase iniziale della sua diffusione e perciò le politiche commerciali sia degli operatori delle reti sia dai produttori degli apparati, sono ancora immuni dall’effetto competition.

La maggior diffusione giocherà però al contenimento dei costi così come lo è stato per le comunicazioni cellulari 4G.

  • Gestibilità di grandi moli di dati

Maggiore è la quantità di dati che raccogliamo, elaboriamo e trasmettiamo e maggiore è la necessità di disporre di grandi infrastrutture computazionali e di storage. A questo però viene incontro la disponibilità di architetture di tipo Cloud che permettono di “affittare” infrastrutture complesse da service provider senza dover affrontare i costi di acquisto degli asset e i costi di gestione che ne conseguono a tale incremento di potenza elaborativa e di memorizzazione.

  • Diffusione e affidabilità

Nonostante gli enorni stanziamenti economici fatti dagli operatori, la diffusione dello standard 5G è ancora in una fase iniziale, questo soprattutto a causa della necessità di diffondere in modo capillare le antenne di ricetrasmissione. Così come è stato il passaggio dalle altre tecnologie (3G, 4G, LTE etc) vi sarà un momento di sovrapposizione tra il 4G e il 5G, e il primo dovrebbe venir man mano rimpiazzato dal secondo ampliando la copertura sul territorio. È immaginabile quindi di non potersi aspettare da subito la copertura tramite 5G di zone scarsamente popolate (anche perché il 5G nasce principalmente per soddisfare delle esigenze più consumer che industriali, quindi la diffusione della copertura è iniziata dai punti con maggior densità abitativa).

  • Le reti e gli operatori tradizionali

Gli operatori che fondano parte del loro business sulle reti tradizionali (fibra, rame, ponti radio, etc) vedranno contrarsi il loro parco clienti soprattutto quelli dotati di reti di classe intermedia (inferiori a 1 Gbs), che saranno portati a dismettere tali linee a favore di una connettività 5G.

Dall’altro lato tali operatori vedranno incrementarsi le richieste di connettività tradizionali ad alta velocità tra datacenter, e tra datacenter e cloud service provider per far fronte al fenomeno della proliferazione dei dati raccolti ed elaborati.

  • Privacy

Anche questo argomento, come quello della pericolosità delle emissioni radio, è un argomento che si presta a lunghi trattati e dibattiti, certo è che una densità di punti di ricetrasmissione così alta come quella della tecnologia 5G, permette in linea teorica una tracciabilità molto accurata del device (ricordiamo che nel 5G si parla di celle che coprono centinaia di metri e non chilometri come nel 4G, quindi la triangolazione per identificare la posizione risulterebbe molto più precisa).

È chiaro che come per le altre tecnologie (navigatori GPS, sistemi di pagamento automatizzati delle autostrade etc etc) la protezione delle privacy delle persone è un argomento non di secondo piano.

Dall’altro lato possiamo però contare sulla possibilità di rintracciare in modo abbastanza preciso device o attrezzature senza che queste siano dotate di sistemi di controllo GPS e di conseguenza applicare queste tecniche allo scopo di prevenzione dei reati o di prevenzione di pericoli per le persone o gli impianti (immaginate di sapere che un carrello elevatore procede a velocità troppo elevata in un punto della fabbrica dove ci sono materiali pericolosi).

Appendice: il 5G è pericoloso?

In merito alla accesa polemica sulla presunta pericolosità delle reti 5G voglio ricordare che nella storia del progresso scientifico molto spesso ci si è trovati di fronte a pericolosità conseguenti solo alla mancanza di studi scientifici accurati. Ad esempio, grazie agli studi di Marie Curie sulla radioattività possiamo ora disporre di sistemi diagnostici e di cura basati su radiazioni, la scarsa conoscenza della reale pericolosità degli elementi radioattivi utilizzati in questi studi portarono però alla morte della stessa Curie. Oggi invece, grazie al progresso scientifico, alla ricerca e alla esperienza clinica, utilizziamo queste scoperte in modo sicuro e con un ridottissimo rischio per la salute degli operatori e dei pazienti.

Nel 1890 circolavano manifesti anti-elettricità come questo:

130 anni dopo nessuno di noi rinuncerebbe all’elettricità e grazie a studi scientifici, invenzioni e esperienze applicative, ognuno di noi conosce i rischi di questa fonte di energia e come usufruirne in modo sicuro.

Molti di noi hanno un forno a micronde a casa che utilizzano ogni giorno, se questo non avesse delle protezioni opportune potrebbe provocare danni gravissimi a chi i trovi nelle vicinanze, come ustioni agli organi interni.

Così, nessuno di noi può abitare nelle vicinanze di un radar militare di grande potenza, perché se ne conosce la pericolosità.

Agli scienziati, ai governi e ai produttori di tecnologia l’onere di effettuare verifiche accurate e approfondite sulle implicazioni della vicinanza a emettitori di segnali 5G. Si possono trovare numerose pubblicazioni scientifiche sul tema, come ad esempio il trattato: “5G Wireless Communication and Health Effects—A Pragmatic Review Based on Available Studies Regarding 6 to 100 GHz” di Myrtill Simkó and Mats-Olof Mattsson per il National Center for Biotechnology Information

Conclusioni

Lo standard 5G apre prospettive inimmaginabili, grazie alla sua capacità di trasferire in modo affidabile grandi moli di dati, disporre di tali possibilità permette al comparto industriale e produttivo di dotarsi di sistemi molto sofisticati di controllo e gestione degli impianti aumentando le possibilità offerte dalla IIoT.

Dall’altro lato, così come tutte le nuove tecnologie, vanno approfonditi e governati temi inerenti la sicurezza delle persone e la tutela dei loro diritti fondamentali.

 

Le illustrazioni sono tratte dalla pubblicazione “5G for Dummies” di Brian Underdahl per Sprint Business

 

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