Larghezza di banda elevata, bassa latenza, ingente capacità di gestione di dispositivi: sono le caratteristiche del 5G che fanno decollare le applicazioni di Industrial Internet of Things. Le architetture IIoT hanno un’insaziabile fame di dati: più ne hanno a disposizione, migliori saranno i modelli che riusciranno a produrre. E, di conseguenza, le imprese saranno in grado di gestire più efficacemente le attività in fabbrica. «Grazie all’enorme mole di dati provenienti dal campo che è in grado di trasmettere, il 5G abilita un ecosistema di servizi e tecnologie che proiettano le imprese in nuovi mercati, aumentandone così la produttività – sottolinea Enrico Buracchini, 5G senior project manager di Tim – In fabbrica, il 5G muove un robot a 3 millisecondi, senza considerare che permette l’utilizzo della realtà virtuale aumentata e la soluzione dei guasti a distanza».
Attraverso la minore latenza e la maggiore banda di trasmissione, le architetture Industrial IoT possono far comunicare tra loro tutti i macchinari presenti in fabbrica, creando un ecosistema ad altissima automazione e sempre interconnesso. Ogni dispositivo scambia insight con le altre parti dello schema industriale, generando un flusso di dati continuo e trasparente. «Tramite l’evoluzione della tecnologia 1G partorita nel 1980 siamo arrivati al 5G, che è disruptive. Perché? Abilita in modo semplice le azioni industriali – spiega Marco Zampolli, Industrial IoT Product Sales Director di Advantech – Ma abbiamo già lo sguardo rivolto al futuro e all’Artificial Intelligence of Things, un’intelligenza locale in grado di avere sistemi di edge con algoritmi di Ai per modelli sempre aggiornati».
Il 5G costituisce un significativo passo avanti anche nell’interazione tra IT e OT, che si concretizza in vantaggi di operatività e costi. Di questo, e di molto altro, si è parlato nel webinar “Come scegliere la soluzione wireless industriale perfetta nell’era del 5g” organizzato da Advantech.
Comunicazioni wireless nelle applicazioni IoT industriali
Il 5G è la quinta generazione della tecnologia wireless: fornisce velocità di trasmissione più elevate, latenza inferiore e ospita più dispositivi per soddisfare le crescenti richieste di implementazione di massa dell’IoT. Rispetto alla connettività LTE, trasmette 20 volte più velocemente con una latenza di soli 10 ms. Ciò significa maggiori quantità di dati che permettono all’azienda di conoscere anche le minime variazioni che però possono influire sulla qualità, sull’efficienza o sulla sicurezza. Tuttavia, fornire questi dati comporta dei costi, come quello dei sensori e dei dispositivi periferici per la raccolta e l’invio di dati puliti sulle misurazioni. O quello dell’installazione e della manutenzione delle apparecchiature necessarie per raggiungere questo obiettivo. Per questo la scelta della soluzione wireless da implementare in azienda è di fondamentale importanza, perché una corretta selezione è in grado di ridurre drasticamente sia i costi di trasferimento dei dati sia i prezzi e il tempo necessari per l’installazione delle apparecchiature. Senza considerare che si sono verificati cambiamenti significativi nel modo in cui le imprese vogliono sfruttare l’output dei sistemi: rimangono le sale di controllo, ma al contempo è necessario ricevere i dati in tempo reale ovunque ci si trovi, tramite dispositivi mobili. Per rimanere competitive, le aziende devono interagire immediatamente con il sistema usando queste informazioni.
«L’attuale lancio delle tecnologie 5G – commenta Dario Nacawa IIoT Sales Manager Italy & Iberia presso Advantech – offrirà molte opzioni interessanti in futuro per le applicazioni M2M e IoT, inclusa la promessa di comunicazioni quasi in tempo reale e bassi requisiti di alimentazione del dispositivo. Advantech è impegnata nella tecnologia e offre già una serie di soluzioni router e gateway compatibili. Attualmente, tuttavia, le funzionalità più interessanti dal punto di vista M2M fanno ancora parte di una seconda fase di implementazione. Allo stesso tempo, la necessità degli operatori di recuperare il loro investimento di “roll out” li sta portando a concentrarsi inizialmente su applicazioni ad alta larghezza di banda con dati elevati che hanno ricavi più elevati. Ciò significa che, almeno per i prossimi anni, mentre la futura compatibilità con il 5G dovrebbe essere presa in considerazione, nella maggior parte dei casi è meglio implementarla oggi utilizzando le tecnologie esistenti, piuttosto che aspettare tutto ciò che il 5G promette».
Broadband, law latency, massive machine type communications: le tre caratteristiche della rete 5G
Il passaggio dalla comunicazione wireless 4G al 5G è diverso da qualsiasi altro avvenuto in passato. Mentre le transizioni precedenti hanno apportato miglioramenti rispetto alla generazione antecedente, il 5G sta ora cercando di diventare il pilastro principale della connettività che collega le persone alle persone, le persone alle macchine e le macchine alle macchine. «Rispetto al 4G, la tecnologia 5G può ridurre la latenza di oltre dieci volte – chiosa Marco Zampolli – Allo stesso tempo, il throughput e la densità di connessione sono fino a 10 volte maggiori mentre l’efficienza dello spettro è tre volte superiore. La capacità di traffico e l’efficienza della rete sono fino a 100 volte maggiori».
I progressi in arrivo con il 5G, oltre all’aumento della produttività e della capacità, avranno una grande influenza sulle nostre vite e sul lavoro. «Il nuovo standard introduce funzionalità come la connettività Massive IoT, meglio nota come Massive Machine-type communication (mmtc) e la Ultra-Reliable Low-Latency Communication (Urllc) per collegamenti di comunicazione ultra-affidabili e a bassa latenza, che soddisfano le esigenze di scalabilità e mission- critical degli utenti industriali – prosegue Zampolli – Dotato anche di Mobile Broadband (embb) avanzato, il 5G è destinato a rivoluzionare il modo in cui persone e cose si connettono. Il suo impatto sarà importante quanto il primo cellulare analogico. Per quanto riguarda le applicazioni industriali, il 5G consentirà un’enorme espansione dell’IIoT e avrà quindi un ruolo fondamentale nella realizzazione della quarta rivoluzione industriale». Ma la rete 5G sarà strategica anche per la Pubblica Amministrazione. «Grazie al 5G sarà possibile abilitare soluzioni di smart wasting: in questo modo sarà facile stabilire a monte quali sono i bidoni dell’immondizia pieni e quelli semi pieni, con grande risparmio di tempo per i servizi di nettezza urbana e, di conseguenza, minor esborso economico da parte dei comuni – sottolinea Enrico Buracchini – Ma si potranno anche creare servizi di smart parking per controllare se un parcheggio è pieno o vuoto, di smart lighting con algoritmi di luce intelligente, di smart metering per selezionare i contatori di acqua, luce e gas».
5G: a 6GHz si abilita l’Industria 4.0
Le opzioni di connettività offerte dal 5G possono essere viste in tre distinte bande di frequenza: bassa, media e alta. La rete 5G contiene tre diversi tipi di celle, ognuna delle quali richiede antenne molto specifiche con diverse velocità e distanze di download, e aree di servizio. La banda di frequenza più bassa è inferiore a 1GHz, e può essere considerata simile a Lpwn; è adatta a una copertura geografica molto ampia, ma con una velocità di download ridotta. Tra 1GHz e 6GHz, chiamata banda sub-6GHz, il 5G offre un equilibrio tra il throughput e la distanza. La maggior parte degli operatori sta cercando di offrire servizi in questa fascia mentre lavora per implementare le proprie reti a livello nazionale. Infine, ci sono le frequenze mmWave (l’onda millimetrica), che portano un diverso tipo di pensiero sui modi in cui possono essere utilizzate le reti di telecomunicazioni. I punti di accesso wireless fissi possono fornire un throughput estremamente elevato. D’altra parte, la distanza di trasmissione basata su questo tipo di spettro di frequenza è estremamente breve.
«La rete ideale per un impianto industriale è quella privata, con una copertura completamente dedicata – commenta Enrico Buracchini – in questo modo è possibile personalizzare ogni singola necessità dell’azienda. Per esempio, a una società potrebbe interessare di più la bassa latenza, a un’altra una maggiore sicurezza. Senza dimenticare il network slicing, che permetterà di segregare il traffico per clienti o servizi quando necessario per motivi di security oltre che di qualità. Una soluzione che, in base ai bisogni dell’azienda, consente di avere un’affidabilità differenziata». Il tipo di implementazione della rete 5G è molto diverso rispetto alle precedenti infrastrutture 3G e 4G, sia in termini di rete core, sia per quanto riguarda le frequenze radio. Tuttavia, a differenza delle generazioni precedenti, che richiedevano la migrazione simultanea delle reti per introdurre le nuove tecnologie, il 5G offre un percorso di migrazione continuativo che consente agli operatori di distribuire nel tempo i propri investimenti, introducendo gradualmente sempre più applicazioni e servizi 5G.
Questa flessibilità aggiuntiva consente sostanzialmente due tipi di implementazione. Il primo modello si chiama Standalone, o distribuzione SA: utilizza sia la nuova rete principale 5G che le radio 5G, quindi l’intero sistema funziona con la tecnologia 5G. Il secondo è Non-Standalone o Nsa: combina l’infrastruttura Lte esistente con l’accesso radio 5G per offrire i vantaggi del 5G pur mantenendo l’investimento esistente nell’infrastruttura di rete Lte. La rete principale può quindi essere migrata lentamente nella rete principale 5G. Per ottenere l’accesso anticipato alla capacità e alle velocità potenziate del 5G, molti operatori hanno scelto l’implementazione del 5G Nsa utilizzando la doppia connettività con radio 4G e 5G. Questo è chiamato En- Dc (E-Utran New Radio Dual Connectivity), dove E- Utran significa Lte e New Radio si riferisce alla rete radio 5G. Con questa modalità i dispositivi possono inviare e ricevere dati utilizzando 4G e 5G contemporaneamente a siti indipendenti secondo necessità. La rete sta trasportando traffico sia su 4G che 5G, ciascuno nel proprio spettro, aggregando il contenuto nel dispositivo, e così offrendo velocità multi-gigabit in fase di implementazione.
Dal 5G all’IIoT fino all’AioT: la parola ad Avantech
L’Intelligenza Artificiale delle Cose (AIoT) diventerà il principio guida alla base della maggior parte delle applicazioni IoT di livello industriale. Ci saranno due aspetti determinanti: cloud Ai ed edge Ai. I servizi cloud Ai saranno incentrati sulla formazione e sull’ottimizzazione dei modelli di intelligenza artificiale; sul mercato sono già disponibili soluzioni server in grado di gestire questi carichi di lavoro. L’edge Ai gestirà l’inferenza in tempo reale necessaria per soddisfare le esigenze degli utenti industriali, di giorno in giorno e di secondo in secondo. Advantech sta lavorando per portare le capacità di edge Ai a bordo della gamma di router 5G, con l’obiettivo di realizzare la futura intelligenza artificiale delle cose. Utilizzando le tecnologie di connettività come 5G e altre come Lpwan, i gateway della multinazionale taiwanese promettono di recuperare i dati rilevati dal campo, elaborarli, correggerli e inoltrarli a server cloud ottimizzati per il training del modello Ai.
Dopo questa fase, l’utilizzo dell’intelligenza artificiale in ambito perimetrale consentirà di distribuire i modelli di Ai a tutti i dispositivi sul campo e quindi eseguire l’inferenza in loco. In questo modo, è possibile prendere decisioni importanti e urgenti in tempo reale senza inviare dati al cloud, offrendo così una risposta più rapida, una maggiore sicurezza, una minore dipendenza dalla connettività Internet e costi energetici inferiori. Di tanto in tanto, i dati filtrati vengono reinviati al cloud per consentire un’ulteriore ottimizzazione e perfezionamento dei modelli di intelligenza artificiale esistenti. Questo può aiutare a guidare il miglioramento continuo dei modelli di intelligenza artificiale.
