5G E IOT, IL CONNUBIO CHE CAMBIERÀ IL MODO DI COMUNICARE

Quando si parla di 5G si fa riferimento alla quinta generazione di tecnologie e standard che si trovano alla base delle future comunicazioni wireless (o mobili). A differenza delle generazioni precedenti, più che su innovazioni specifche, il 5G nasce dalla necessità di garantire piena connettività a un più vasto spettro di settori di attività quali IoT, Automotive, Industry 4.0, Agricoltura, Sanità e Smart City.

Veronica Merenda* La nuova generazione di comunicazione mobile è caratterizzata dall’elevata ottimizzazione dei requisiti di qualità del servizio fornito: larghezza di banda, bassa latenza, affdabilità ed alta densità. La rete 5G, infatti, garantirà: velocità teoriche di picco per singola cella pari a 20 Gbps in download e 10 Gbps in upload; velocità per dispositivo connesso di 100 Mbps in download e 50 Mbps in upload; trasmissioni real-time con tempi di risposta (latenza) fno ad 1 ms, connessione simultanea di più di 1 milione di device per km2 . Tutto questo senza rinunciare alla sicurezza e alla stabilità. Per ottenere tali prestazioni, si rende necessario operare su porzioni di spettro pari a quelle dello LTE (da 20 MHz fno alle centinaia di MHz in carrier aggregation per l’LTE Advanced) ma soprattutto esplorare nuove porzioni dello spettro radio (spettro a microonde e a onde millimetriche: 20-30 GHz e superiori), il che implica l’impiego di tecniche di small cells (nodi di accesso allo spettro radio a basso consumo energetico capaci di operare tanto nelle bande di frequenza libere, quanto nelle bande di frequenza “licenziate”) e di massive MIMO (Multiple Input Multiple Output: multiplazione spaziale che consente di usare

vari link in parallelo invece di un solo link tra sorgente e destinazione). Si può dunque affermare che l’infrastruttura 5G è quella di una piattaforma radiomobile che consente di confgurare in modo differenziato la rete, in base al contesto applicativo e ai requisiti di servizio/business. Perché ciò diventi possibile, in una architettura come quella della rete 5G, costituita da una rete di trasporto cablata (fbra) e wireless, detta Core Network, che veicola il traffco da e verso la parte wireless di accesso, la RAN, viene introdotto il concetto di Network Slicing. L’idea di fondo di questa tecnologia è quella di realizzare reti virtuali (slices), tra di loro indipendenti ed in grado di funzionare contemFig.1 5G Network Building Blocks (Award Solutions) con altri oggetti. L’obiettivo dell’internet delle cose è far sì che il mondo digitale tracci una mappa di quello reale, dando un’identità alle cose e ai luoghi dell’ambiente fsico. Applicazioni Signifcative Industry 4.0 o IIoT (Industrial Internet of Things): implica l’Integrazione fra macchine complesse, sensori e software di analisi dei dati. La connessione di tutti questi elementi alla rete 5G consentirà l’identifcazione, la tracciabilità ed il monitoraggio in real-time al fne di ottimiz-

poraneamente, che condividono la medesima infrastruttura fsica di accesso (RAN, Radio Access Network) e di trasporto (Core Network). Ogni slice (fetta di rete) è quindi a tutti gli effetti una rete completa appositamente ritagliata per soddisfare tutti i requisiti di una particolare applicazione. La rete mobile 5G, per le sue caratteristiche, può essere considerata come il completamento ideale dell’ecosistema che consentirà lo sviluppo dell’Internet of Things, nei più svariati contesti. Il concetto di IoT, infatti, prevede un mondo in cui qualsiasi tipo di oggetto che fa parte della nostra quotidianità può essere connesso alla rete e tramite essa scambiare le in-

formazioni possedute, raccolte e/o elaborate zare i consumi, analizzare il ciclo di vita, prevenire eventuali guasti e/o segnalare malfunzionamenti. Le elevate prestazioni della rete 5G (spettro sicuro e low latency) consentiranno inoltre un maggior utilizzo della Robotica e del Controllo da Remoto, oltre a permettere la risoluzione delle problematiche legate all’uso diversifcato di bus di campo proprietari, grazie alla possibilità di utilizzo del protocollo TSN (Time Sensitive Network protocol). AUTOMOTIVE: la rete 5G rappresenta il supporto ideale alla tecnologia C2VX, Cellular

Vehicl to Everything (Qualcomm), che implica tre possibilità di comunicazione : la Vehicle to vehichle, che consentirà ai mezzi di scambiarsi direttamente informazioni tra di loro, la Vehicle to Roadside Infrastructure, che metterà le auto in comunicazione con i sensori fssi che saranno installati sulle strade e la Vehicle to pedestrian, che consentirà lo scambio di dati tra le automobili e i device utilizzati dai pedoni. L’enorme fusso di dati generato dalle automobili e dai sensori posti sulle strade, necessita di essere collezionato in modo sicuro, per poi essere analizzato ed elaborato da computer cloud based. A questo proposito, molti operatori automotive stanno cercando di costruire piattaforme comuni per creare un ecosistema di veicoli connessi e servizi correlati (ad esempio marketing basato sulla posizione, guida intelligente e implementazione di mappe con dati in tempo reale). SMART AGRICULTURE: è uno dei settori con la più alta opportunità di sviluppo di soluzioni digitali, ormai sempre più richieste per quanto riguarda la sensoristica ambientale e territoriale e l’automazione di sistemi per una gestione più adeguata di acqua, fertilizzanti e concimi. Molte soluzioni hanno origine nel bisogno di migliorare il rapporto tra alimenti prodotti e sostenibilità (quello che prende il nome di ‘agroenergy’). Inoltre i dati raccolti permetteranno a dei centri di analisi basati sull’intelligenza artifciale, di individuare e mettere in pratica in tempo reale i rimedi più adatti ad ogni singolo caso. SMART CITY: Interconnessione tra oggetti, persone, aziende e pubblica amministrazione, per consentire la Gestione di semafori intelligenti, illuminazione strade e rifuti, Controllo dei parcheggi, Monitoraggi ambientali più effcienti tramite l’utilizzo di droni e Videosorveglianza in tempo reale. Si punta inoltre alla possibilità di utilizzo di realtà aumentata e realtà virtuale in grado di valorizzare in modo decisivo il patrimonio culturale e artistico locale. E-HEALTH: La rete 5G diventerà un veicolo per abilitare applicazioni e servizi nell’ambito della cosiddetta e-Health, fno ad oggi scarsamente sviluppata a causa dei limiti delle infrastrutture di comunicazione attuali in termini di latenza ed ubiquità (connettività onnipresente). Tra le numerose applicazioni, che sarà possibile abilitare, si annoverano l’interazione virtuale medico-paziente, la chirurgia robotica a distanza e, più in generale, tutto ciò che facilita il decentramento dell’assistenza sanitaria dagli ospedali verso le case, a seguito di una forte centralizzazione dei dati. Ma se da una parte tutto ciò può portare miglioramenti nei processi di cura e follow-up del paziente, dall’altra diventa essenziale prevenire la vulnerabilità dei sistemi informativi sanitari e dei dispositivi medici (impiantati e non).

La rete mobile 5G, per le sue caratteristiche, può essere considerata come il completamento ideale dell’ecosistema che consentirà lo sviluppo dell’Internet of Things, nei più svariati contesti. Il concetto di IoT, infatti, prevede un mondo in cui qualsiasi tipo di oggetto che fa parte della nostra quotidianità può essere connesso alla rete e tramite essa scambiare le informazioni possedute, raccolte e/o elaborate con altri oggetti.

*Veronica Merenda

Software Support Engineer

Link Consorzio Europeo per tecnologie 5G (5G PPP) https://5g-ppp.eu Keywords: 5G, IoT, IIoT, LTE, MIMO, Core Network, Network Slicing, TSN, C2VX, Industry 4.0, Automotive, Smart Agriculture, Smart City, E-Health

5G AND IOT, THE COMBINATION THAT WILL CHANGE THE WAY WE COMMUNICATE

When we talk about 5G we refer to the ffth generation of technologies and standards that are the basis of future wireless (or mobile) communications. Unlike previous generations, rather than specifc innovations, 5G was born from the need to ensure full connectivity to a wider range of business sectors such as IoT, Automotive, Industry 4.0, Agriculture, Healthcare and Smart City. Veronica Merenda* The new generation of mobile communication is characterized by the high optimization of the quality of service requirements: bandwidth, low latency, reliability and high density. The 5G network, in fact, will guarantee: theoretical peak speeds per single cell of 20 Gbps in download and 10 Gbps in upload; speed per connected device of 100 Mbps in download and 50 Mbps in upload; real-time transmissions with response times (latency) up to 1 ms, simultaneous connection of more than 1 million devices per km2. All this without sacrifcing security and stability. To achieve this performance, it is necessary to operate on portions of the spectrum equal to LTE (from 20 MHz up to hundreds of MHz in carrier aggregation for LTE Advanced) but above all to explore new portions of the radio spectrum (microwave and millimeter wave spectrum): 20-30 GHz and higher), which implies the use of small cell techniques (low energy consumption radio spectrum access nodes capable of operating both in the free and in the “fred” frequency bands) and massive MIMO (Multiple Input Multiple Output: spatial multiplication that allows you to use several links in parallel instead of a single link between source and destination). It can therefore be affrmed that the 5G infrastructure is that of a mobile radio platform that allows to confgure the network in a differentiated way, according to the application context and the service/business requirements. In order to make this possible, in an architecture like that of the 5G network, consisting of a wired (fber) and wireless transport network, called Core Network, which carries traffc to and from the wireless part of access, the RAN, the concept of Network Slicing is introduced. The basic idea of this technology is to create virtual networks (slices), independent from each other and able to work simultaneously, which share the same physical infrastructure of access (RAN, Radio Access Network) and transport (Core Network). Each slice of network is therefore in effect a complete network specifcally tailored to meet all the requirements of a particular application. The 5G mobile network, for its characteristics, can be considered as the ideal completion of the ecosystem that will allow the development of the Internet of Things, in the most varied contexts. The concept of IoT, in fact, provides a world where any type of object that is part of our daily life can be connected to the network and through it exchange information owned, collected and/or processed with other objects. The goal of the Internet of things is to make the digital world map the real one, giving an identity to things and places in the physical environment. Signifcant Applications INDUSTRY 4.0 or IIoT (Industrial Internet of Things): involves the integration of complex machines, sensors and data analysis software. The connection of all these elements to the 5G network will allow identifcation, traceability and real-time monitoring in order to optimize consumption, analyze the life cycle, prevent failures and / or report malfunctions. The high performance of the 5G network (safe spectrum and low latency) will also allow a greater use of Robotics and Remote Control, in addition to allowing the resolution of problems related to the diversifed use of proprietary feldbuses, thanks to the possibility of

using the TSN (Time Sensitive Network protocol). AUTOMOTIVE: the 5G network represents the ideal support to the C2VX technology, Cellular Vehicl to Everything (Qualcomm), which implies three communication possibilities: the Vehicle to vehichle, which will allow the vehicles to directly exchange information between them, the Vehicle to Roadside Infrastructure, which will put the cars in communication with the fxed sensors that will be installed on the roads and the Vehicle to pedestrian, which will allow the exchange of data between the cars and the devices used by pedestrians. The huge data fow generated by the cars and the sensors placed on the roads, needs to be collected in a secure way, to be analyzed and processed by cloud based computers. In this regard, many automotive operators are trying to build common platforms to create an ecosystem of connected vehicles and related services (e.g. location-based marketing, intelligent driving and map implementation with real-time data). SMART AGRICULTURE: is one of the sectors with the highest opportunity to develop digital solutions, now increasingly in demand for environmental and territorial sensors and automation of systems for a more adequate management of water, fertilizers and fertilizers. Many solutions originate in the need to improve the relationship between food products and sustainability (what is called ‘agroenergy’). In addition, the data collected will allow analysis centers based on artifcial intelligence, to identify and implement in real time the most suitable remedies for each individual case. SMART CITY: Interconnection between objects, people, companies and public administration, to allow the management of intelligent traffc lights, street lighting and waste, parking control, more effcient environmental monitoring through the use of drones and video surveillance in real time. We also aim at the possibility of using augmented reality and virtual reality able to enhance the local cultural and artistic heritage in a decisive way. E-HEALTH: The 5G network will become a vehicle to enable applications and services in the so-called e-Health, which until now has been poorly developed due to the limitations of current communication infrastructures in terms of latency and ubiquity (ubiquitous connectivity). Among the many applications that can be enabled are virtual doctor-patient interaction, remote robotic surgery and, more generally, everything that facilitates the decentralization of health care from hospitals to homes, following a strong data centralization. But if on the one hand all this can bring improvements in patient care and follow-up processes, on the other hand it becomes essential to prevent the vulnerability of health information systems and medical devices (implanted or not). Keywords: 5G, IoT, IIoT, LTE, MIMO, Core Network, Network Slicing, TSN, C2VX, Industry 4.0, Automotive, Smart Agriculture, Smart City, E-Health