Il 5G e le reti della Fabbrica 5.0

Il 5G, la quinta generazione delle reti mobili cellulari, è una tecnologia di trasmissione wireless che si sta gradualmente diffondendo partendo dal mercato consumer della telefonia cellulare. Ma il potenziale innovativo principale verrà espresso nell’ambito business, e in modo particolare nel comparto manifatturiero. Questo perché il 5G è una tecnologia che non solo consente semplicemente una connessione più veloce, ma offre anche una serie di caratteristiche tecniche utili soprattutto nel mondo industriale, come la grande affidabilità della connessione e la bassissima latenza.

Inoltre, il 5G consente di spostare la capacità computazionale più vicino alla realtà della fabbrica, e ha tutti i numeri per diventare l’ossatura dell’Industrial IoT, perché permetterà di connettere, anche a lunga distanza, oggetti come i robot, ma anche una piattaforma su cui migliorare l’erogazione dei servizi già esistenti ed erogare nuovi servizi innovativi.

Come innova il 5G

Le principali innovazioni introdotte dal 5G sono cinque.

1. Enhanced Mobile Broadband (eMbb). Il 5G consente una velocità di trasmissione dati fino 10 – 30 GB/s, 10-20 volte maggiore rispetto alle soluzioni precedenti.

2. Massive Machine Type Communication (mMtc). Aumento del numero di dispositivi connessi per chilometro quadrato fino a 10 volte maggiore rispetto al numero attuale: fino a 1 milione di dispositivi per chilometro quadrato.

3. Ultra Reliable Low Latency Communications (Urllc). Il 5G porta a una riduzione fino a 25 volte dei tempi di latenza: 1-2 millisecondi.

4. Slicing. Possibilità di creare più reti virtuali sulla stessa infrastruttura fisica, offrendo agli utenti risorse e servizi dedicati e garantiti.

5. Mobile Edge Cloud. Integrazione strutturata dell’edge computing nella rete, che non è più solo una rete di trasmissione fisica ma diventa anche una piattaforma di calcolo per le applicazioni e i servizi degli utenti, con il posizionamento fisico dei server vicino al punto in cui sono generati i dati.

L’insieme di queste funzionalità consentirà lo sviluppo di nuove applicazioni in molti contesti, come manutenzione predittiva, monitoraggio di infrastrutture critiche, telecontrollo, controllo dei droni e guida autonoma.

Le reti e la fabbrica 5G

Il 5G gioca un ruolo chiave per accelerare la trasformazione digitale nel settore manifatturiero, poiché le sue caratteristiche tecniche nascono anche in base alle esigenze delle smart factory, infatti, a differenza delle precedenti quattro generazioni, progettate per la telefonia cellulare, la rete 5G è stata progettata per supportare anche le applicazioni industriali.

L’IoT permette la comunicazione fra tutti i dispositivi connessi in tutte le aree di una fabbrica, dall’officina al magazzino e alla catena di montaggio, consentendo il controllo dei processi in tempo reale, ma questo spesso non si può realizzare con le attuali tecnologie di rete. Infatti, utilizzando le attuali reti aziendali come Wi-Fi e Lan cablate, non si possono attuare con efficacia alcune funzionalità come connettere i robot all’interno della linea di produzione in tempo reale. Una rete con il 5G potrà abilitare anche il Critical IoT, destinato ad applicazioni in tempo reale, consentendo di ottenere la massima velocità di trasmissione dati con una latenza estremamente bassa.

La velocità di trasmissione elevata e la numerosità di connessioni supportate dal 5G, combinate con la potenza di elaborazione dell’edge computing, permetteranno di progettare sistemi produttivi di nuova generazione, in grado di adattarsi rapidamente al variare delle condizioni al contorno.

La fabbrica 5G è un impianto industriale fortemente supportato dalle reti 5G, che forniscono un mezzo stabile per il trasferimento dei dati e per garantire le comunicazioni macchina-macchina, macchina-dispositivo e dispositivo-cloud. Le reti 5G sono molto più veloci sia delle reti 4G che di quelle cablate, pur garantendo un ritardo zero durante il trasferimento dei dati.

Il 5G supporta l’infrastruttura digitale all’interno della fabbrica e fornisce una rete altamente intelligente, automatizzata e autonoma in grado di adattarsi ai mutevoli requisiti di rete all’interno dei reparti produttivi.

L’integrazione tra 5G ed edge computing fornisce una piattaforma per sviluppare applicazioni che sfruttano i poteri di analisi dei dati dei sistemi edge e le capacità di comunicazione del 5G, come i digital twin.

Integrazione tra 5G e reti esistenti

Le aziende guardano sempre più al 5G, ma rimane importante integrare le reti esistenti. Sebbene il 5G superi di gran lunga il Wi-Fi in termini di copertura e velocità, quest’ultimo ha molte caratteristiche, anche di costi, che continuano a essere funzionali per specifici ambiti applicativi.

Come il 5G, il Wi-Fi 6 (802.11ax) è più veloce (9,6 Gbps) rispetto al Wi-Fi 5 (3,5 Gbps) ed è adatto per soddisfare le richieste legate a un maggiore utilizzo di dispositivi smart e fornire una rete wireless deterministica.

Lo scopo di Industria 4.0 è l’automazione industriale attraverso l’applicazione di diverse tecnologie di rete, analisi dei dati e automazione. 5G e Wi-Fi 6 sono tecnologie complementari: 5G è una tecnologia decentralizzata che supporta il networking tra varie strutture, mentre Wi-Fi 6 fornisce il supporto necessario al mantenimento di una connessione affidabile all’interno di una struttura.

Pertanto, il 5G sarà più adatto per ampie applicazioni wireless, come le operazioni di remote monitoring delle strutture e di dispositivi mobili sul territorio, mentre il Wi-Fi 6 sarà più adatto per supportare l’interconnettività tra i dispositivi di una struttura. Le strutture smart sfrutteranno sia le reti 5G sia il Wi-Fi 6 per fornire le reti deterministiche necessarie per il raggiungimento degli obiettivi di Industria 4.0. La tecnologia 5G va vista quindi come complementare a quella Wi-Fi e non in contrapposizione.

Aspetti economici e sociali

Si stima che, a livello globale, fino a fine 2021 siano state implementate poche migliaia di reti private 5G, ma si prevede che nel 2026 le reti saranno più di 20.000, con investimenti pari o superiori a 5 miliardi di dollari e che il 5G privato diventerà la scelta di rete standard nelle grandi aziende. L’ostacolo più comune all’implementazione delle reti di nuova generazione è l’integrazione con sistemi e infrastrutture esistenti.

Secondo le stime della Commissione Europea, il 5G genererà circa 377.000 nuovi posti di lavoro nel periodo compreso tra 2020 e 2025, soprattutto nei settori del manufacturing, dei servizi e del retail. Il PNRR (Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza) italiano prevede investimenti per due miliardi nel campo della banda ultra-larga, e riconosce il 5G quale abilitatore della digitalizzazione e della competitività delle imprese per lo sviluppo del Paese.

Secondo il rapporto “Smart Italy 5G. I benefici del 5G per l’economia italiana” diffuso dal Centro Studi Tim nel settembre 2021, il contributo del 5G al Pil italiano raggiungerà i 393 miliardi di euro nel ventennio 2021-2040, di cui 160 miliardi saranno generati dai servizi consumer, mentre 233 proverranno dai ricavi dei servizi legati all’Internet of Things (IoT) in vari ambiti industriali e verticali, come sanità, settore manifatturiero, automotive, smart city, logistica ed energia. La manifattura italiana, con l’avvento del 5G, potrebbe godere di una crescita di 2,5 miliardi di euro all’anno a partire dal 2025.

Alcune implementazioni 5G sul territorio nazionale

Per quanto riguarda le esperienze reali in Italia, la prima smart factory italiana connessa attraverso il 5G, inaugurata a Verona nel luglio 2021, appartiene a Exor International, che produce piattaforme digitali per il settore industriale. Tim ha realizzato l’infrastruttura di rete, mentre Intel, ha messo a disposizione le sue tecnologie di intelligenza artificiale, compreso un laboratorio 5G all’interno dello stabilimento che consente di sperimentare il 5G nella comunicazione di robot industriali e nelle soluzioni di Industrial IoT.

Sempre nel luglio 2021, Vodafone e H-Farm hanno introdotto il 5G nel Campus H-Farm di Roncade, in provincia di Venezia, il più grande polo di innovazione in Europa.