5G e Smart City: Soluzioni intelligenti per un futuro iperconnesso

Cos'è una Smart City?

La Commissione europea definisce la città intelligente (o smart city) come "un luogo in cui le reti e i servizi tradizionali sono resi più efficienti attraverso l'uso di tecnologie digitali e di telecomunicazione a beneficio dei suoi abitanti e delle sue imprese". La diffusione e la disponibilità di nuove tecnologie sono indispensabili per trasformare una città in una città intelligente, contribuendo al raggiungimento di un elevato livello di sviluppo urbano sostenibile e di una qualità di vita migliore per i cittadini.

Le città intelligenti usano l'Internet of Things per raccogliere dati in tempo reale al fine di comprendere in che modo la domanda dei consumatori stia cambiando e rispondere con soluzioni più rapide ed economiche. In linea generale, gli ecosistemi delle città digitali sono progettati per funzionare su strutture ICT, capaci di collegare numerose reti di dispositivi mobili, sensori, auto connesse, elettrodomestici, gateway di comunicazione e data center.

In base ai trend dell'IoT, si prevede che entro il 2025 il numero di dispositivi connessi in tutto il mondo salirà a 75 miliardi. Il crescente numero di oggetti interconnessi genererà un volume di dati senza precedenti che le città potranno analizzare, a livello locale, per prendere decisioni più consapevoli relativamente a quali siano i cambiamenti o i nuovi progetti che porteranno maggiori vantaggi per gli abitanti. Il termine "Massive IoT" descrive perfettamente l'enorme quantità di sensori e dispositivi IoT che comunicheranno tra loro.

Per realizzare una soluzione in cui milioni di dispositivi sono connessi, lo standard IoT deve garantire scalabilità e versatilità, offrendo capacità ed efficienza di rete sufficienti per connettere milioni di dispositivi e fornendo allo stesso tempo funzioni avanzate - quali, ad esempio, una durata della batteria maggiore e un'area di copertura più ampia - per facilitare l'espansione di nuovi casi d'uso. La rete 4G esistente è stata progettata principalmente per potenziare i servizi di dati mobili, tuttavia presenta ancora numerosi limiti, tra cui uno scarso supporto per le connessioni simultanee, un elevato consumo di energia e un prezzo per bit troppo elevato. Il 5G dovrebbe invece riuscire a sprigionare il potenziale dell'IoT e diventare una forza trainante per la città intelligente, affrontando e superando questi problemi.

Aumento dei dispositivi connessi nelle Smart City

La tecnologia 5G dispone di una serie di funzionalità che avranno un impatto positivo sulle esperienze digitali e sulle città intelligenti. Oltre a una maggiore velocità di upload e download dei dati, essa garantisce tempi di latenza molto ridotti e la possibilità di collegare più dispositivi contemporaneamente.

Una minore latenza implica una riduzione del tempo che intercorre tra l'invio e la ricezione del segnale. Con il 5G l'intervallo minimo è inferiore a 10 millisecondi (ovvero la metà rispetto alla tecnologia 4G più avanzata) e nel migliore dei casi il ritardo è di circa 1 millisecondo, il che significa che i dati saranno trasferiti in tempo reale.

Inoltre, grazie alle nuove reti, la velocità e la latenza non peggioreranno neanche in presenza di decine di migliaia di dispositivi connessi. La tecnologia 5G offre pertanto la possibilità di connettere una quantità maggiore di dispositivi.

La combinazione di densità elevata e bassa latenza trasformerà profondamente le nostre città. Oggigiorno, quando ci si trova in luoghi di vacanza affollati o allo stadio, vi è la possibilità che la connessione peggiori. Con il 5G questo non succederà più: sarà possibile effettuare numerose connessioni (fino a un milione) contemporaneamente ogni chilometro quadrato.

Ciò significa che, oltre ai dispositivi personali come gli smartphone, i tablet, gli smart speaker e i PC, anche molti altri dispositivi, oggetti e sensori saranno in grado di acquisire le informazioni e dialogare gli uni con gli altri. L'obiettivo principale consiste nell'ottenere non solo una soluzione semplice, ma anche un basso consumo energetico per garantire un tempo di funzionamento più elevato e un'ampia copertura, raggiungendo qualsiasi luogo con una maggiore densità di connessioni, riuscendo così a gestire numerosi dispositivi utilizzati per le applicazioni IoT.

Pertanto, il 5G supererà le difficoltà relative allo sviluppo dell'IoT, e potrà essere applicato non solo nell'ambiente domestico, ma anche negli impianti industriali, negli edifici pubblici o nelle strade.

L'evoluzione del Massive IoT

Il 3GPP ha adottato il termine "Machine‐Type Communication" (MTC) per indicare la vasta area della comunicazione wireless che utilizza sensori, attuatori, oggetti fisici e altri dispositivi non gestiti direttamente dall'essere umano. Inoltre la MTC è stata a sua volta suddivisa in base alle due principali sfide che la caratterizzano: "massive Machine‐Type Communication" (mMTC) e "ultra‐reliable Machine‐Type Communication" (uMTC). Come suggerito dal nome, la mMTC si occupa di fornire una connettività scalabile per un numero sempre maggiore di dispositivi, ponendo l'attenzione sul raggiungimento di una copertura ampia e una penetrazione indoor intensa. Un esempio tipico consiste nella raccolta di misurazioni da un numero elevato di sensori a bassa potenza, come lo smart metering. L'uMTC, invece, riguarda la fornitura di collegamenti wireless adeguati per servizi di rete dotati di requisiti piuttosto rigorosi in termini di disponibilità, latenza e affidabilità. Due esempi importanti sono le comunicazioni "vehicle‐to‐everything" (V2X) e le applicazioni di controllo industriale.

L'ente di standardizzazione 3GPP ha apportato una serie di migliorie all'architettura di rete 5G e alle specifiche NR (New Radio) al fine di migliorare il supporto per i dispositivi IoT usati dai consumatori e dalle imprese, aggiungendo inoltre nuove funzionalità per consentire casi d'uso più ampi. Le sfide principali da affrontare sono due: connettere un numero elevato di dispositivi in un'area vasta in modo economicamente vantaggioso e gestire tali dispositivi in maniera efficiente per tutto il loro ciclo di vita.

Il Massive IoT non fa parte della prima serie di reti 5G, sarà infatti incluso nella Release 16. Ipotizzandone il rilascio a giugno 2020, le applicazioni di Massive IoT potrebbero essere introdotte entro la fine del 2020 o il 2021 a seconda dello sviluppo e del lancio dei moduli di supporto.

Fino a quando non entreranno sul mercato i moduli 5G per il Massive IoT, gli standard NB-IoT (Narrowband IoT) e LTE-M (LTE for machine type communication) basati sulla tecnologia 4G saranno gli standard più avanzati per le applicazioni di Massive IoT.

Dal momento che i casi d'uso dell'IoT coinvolgono sensori e dispositivi con un ciclo di vita lungo, è importante garantire una transizione graduale verso il 5G e una continuità per quanto riguarda le scelte tecnologiche.

Soluzioni digitali per un futuro migliore

In conclusione, con il 5G la costruzione delle città intelligenti passa dal piano teorico a quello pratico, avviando lo sviluppo e la distribuzione di nuove applicazioni che vanno dal monitoraggio della qualità dell'aria, dell'uso dell'energia e dei modelli di traffico all'illuminazione stradale, ai sistemi di parcheggio intelligente, alla gestione delle folle e alla risposta di emergenze. La città intelligente, quindi, utilizza soluzioni digitali, tecnologie e dati per migliorare significativamente diversi indicatori chiave di qualità della vita. Ciò si traduce in un'ottimizzazione del traffico e dei tempi di percorrenza, un'accelerazione dei tempi di risposta alle emergenze, una riduzione dei costi sanitari, del consumo di acqua, di rifiuti non riciclati e di emissioni nocive.

Grazie a questi miglioramenti sorgeranno nuove opportunità di business per quelle società che forniscono servizi e applicazioni per la gestione di ecosistemi IoT complessi e la conversione dei dati in "smart insight". Sono numerose le iniziative a livello europeo, nazionale e regionale che contribuiscono al superamento delle sfide relative alle città. L'Unione Europea ha avviato il programma Horizon 2020 e la strategia del mercato unico digitale.

Le competenze Reply

Reply vanta una consolidata esperienza nel settore dell'IoT ed è impegnata in numerose attività di ricerca e progetti tecnici e commerciali per il contesto delle Smart City. Ad esempio, una sala di controllo dei dati ha permesso l'esposizione, la correlazione, il filtraggio e la visualizzazione dei dati, fornendo una dashboard multi-operatore e multi-vista per accedervi e gestirli. In qualità di system integrator altamente innovativo, siamo in grado di facilitare l'adozione della tecnologia 5G dopo averla sperimentata con i nostri partner nel settore delle telecomunicazioni.

Reply ha partecipato inoltre a numerosi progetti di ricerca, contribuendo ai diversi casi d'uso delle Smart City. Si spazia da una soluzione integrata di parcheggio intelligente, che sfrutta diversi tipi di sensori e veicoli, alla comunicazione delle infrastrutture, alle applicazioni per il monitoraggio da remoto e la cura degli anziani tramite diversi dispositivi personali e della smart home, fino al digital twin di fabbrica per l'ottimizzazione dei processi.

Tutti questi esempi implicano l'utilizzo di una serie di sensori intelligenti, attuatori e altri tipi di oggetti. I dimostratori proof of concept sono stati implementati sulla tecnologia 4G o Wi-Fi per dimostrare la fattibilità della soluzione su piccola scala. L'adozione del 5G fornirà, a livello di prestazioni, la spinta necessaria per integrare un numero considerevole di dispositivi in modo economicamente vantaggioso e per passare dalla ricerca ai servizi commerciali.