5G: una questione di prestazioni?

Da molti anni, nelle reti digitali, si cerca di aumentare il più possibile le prestazioni trasmissive per migliorare la fruibilità dei servizi esistenti e supportare sempre nuove applicazioni. Questo anche come contributo al raggiungimento del goal 9 di Agenda 2030 e in particolare di target in cui si parla di sviluppo di infrastrutture di qualità, affidabili, sostenibili e resilienti per sostenere lo sviluppo economico e il benessere umano, con particolare attenzione alla possibilità di accesso equo per tutti. In particolare risulta centrale in quest’ottica la possibilità di fruire delle tecnologie dell’informazione e della comunicazione per un accesso universale a Internet a basso costo nei Paesi meno sviluppati. Target, quest’ultimo, che dovrebbe essere raggiunto entro il 2020.

C’è fame e sete di prestazioni?

La “sete” di prestazioni non risparmia le reti radiomobili: dal GPRS fino a LTE, nelle sue varie evoluzioni, è stato un continuo incremento della velocità trasmissiva, detta anche Bit Rate, nell’interfaccia radio. Con le ultime implementazioni del 4G (LTE Advanced/Pro) ci si è avvicinati di molto all’obiettivo del Gbit/s e con il 5G un primo obiettivo è di moltiplicare per 10 la banda del 4G e quindi arrivare a 10 Gbit/s nel verso da rete a utente (detto in letteratura verso di Downlink).

Premesso che l’incremento della velocità di trasmissione non è l’unico obiettivo del 5G e che questo non è solo mirato a “doing better what we can do today”, ma piuttosto ad abilitare nuovi modelli di servizio e nuove applicazioni, ci soffermeremo sull’aspetto delle prestazioni perché, nella prima fase di sviluppo delle reti in campo, sarà quello preminente. Infatti quando si parla delle applicazioni dell’ecosistema 5G si fa spesso riferimento al modello dell’ITU-T mostrato nella figura seguente:

Dall’immagine si identificano tre ambiti principali di sviluppo dei servizi e della rete:

  • E-MBB: in sintesi la banda ultralarga, cioè tutte quelle applicazioni che richiedono una capacità trasmissiva della rete molto elevata;
  • M-MTC: in sintesi il mondo dell’IoT, cioè tutte quelle applicazioni che richiedono la connessione di un numero molto elevato di dispositivi per zona geografica;
  • Ur-LLC: cioè tutte quelle applicazioni che richiedono elevata affidabilità nella trasmissione e una latenza di rete bassissima.

Attualmente i maggiori operatori italiani hanno lanciato il servizio 5G su alcune città ma probabilmente pochi se ne sono accorti: vuoi per la disponibilità ancora limitata di modelli di terminali sul mercato, vuoi perché, al di là di qualche suggestiva pubblicità, non si vedono ancora applicazioni 5G native disponibili, vuoi perché attualmente non si percepisce un significativo miglioramento delle prestazioni trasmissive in termini di banda per l’utente finale.

Ma, il 5G disponibile oggi è già ad alte prestazioni?

Quando parliamo di situazione ad oggi, è necessario fare qualche riflessione:

  1. quando si parla di 10 Gbit/s si intende la capacità trasmissiva massima per cella e non per singola connessione utente; inoltre nel 5G cambia anche il concetto statico di cella ma questo ci porterebbe ad addentrarci in eccessivi tecnicismi.
  2. Questi valori richiedono una quantità di banda in termini di frequenze molto elevata, dell’ordine di alcune centinaia di MHz, che è disponibile solo sulle onde millimetriche (26 GHz è la banda oggi assegnata agli operatori in Italia, ma si parla anche di gamme di frequenza ancora più alte). A queste frequenze la propagazione radio è molto particolare, richiede visibilità fra trasmettitore e ricevitore, non riesce a superare la maggior parte degli ostacoli (come per esempio gli alberi), non penetra negli edifici, risente in parte delle condizioni atmosferiche (ad esempio pioggia o nebbia). Pertanto l’utilizzo di queste bande di frequenze è strettamente correlata con le “small cell”, cioè coperture limitate a spot ad alta densità di traffico. Ad onor del vero ci sono alcuni che ipotizzano una copertura capillare con le onde millimetriche ma, allo stato attuale delle conoscenze e della tecnologia, appare una ipotesi molto complessa e costosa e non all’ordine del giorno degli operatori italiani.
  3. Le tecniche di trasmissione oggi disponibili sui sistemi radio più evoluti (dal WiFi al 4G ed anche quindi al 5G) si definiscono “adattative”, cioè variano il bit rate della trasmissione radio in relazione alla qualità del canale di comunicazione. I valori obiettivo riportati in letteratura per il 5G si ottengono considerando tutte le condizioni di trasmissione ottimali, ma in campo, su una rete di un operatore di medio-grandi dimensioni, si ottengono valori di bit rate mediamente molto più bassi.
  4. Last but not least, bisogna precisare che le prestazioni che vede l’utente finale non sono correlate direttamente con il bit rate radio, bensì con un parametro chiamato in letteratura “Throughput”. Questo valore rappresenta la quantità di informazione elaborata realmente dall’applicazione dell’utilizzatore ed è sempre minore del Bit Rate. La relazione fra Bit Rate e Throughput ce la fornisce la formula di Mathis che sostanzialmente ci dice che il Throughput di un collegamento dipende dal bit rate ma anche da altri due parametri, la latenza e la perdita di pacchetti dati dovuti alla qualità del collegamento. Pertanto, data la banda trasmissiva di un collegamento, la banda reale utilizzata è una percentuale di questa e per avere una efficienza molto elevata, cioè sfruttare al meglio la banda trasmissiva, bisogna ottimizzare tutta la rete per ridurre al minimo la latenza e il packet loss.

A tal fine un elemento fondamentale per ottimizzare le prestazioni in termini di latenza e throughput di una rete 5G (e non solo) è il paradigma dell’Edge Cloud Computing, di cui parleremo più avanti.

In conclusione?

In conclusione il 5G è sicuramente il tema del momento e ci sono grandi aspettative (ed anche tanti timori) per questa nuova tecnologia, soprattutto per le nuove applicazioni che può abilitare e per i cambiamenti nei modelli di business degli operatori da un lato e nei modelli di vita degli utilizzatori finali dall’altro. Tuttavia, sul piano delle prestazioni trasmissive assolute, per ora possiamo dire che le aspettative rimangono tali e sono ancora tanti i dubbi sulla reale raggiungibilità in tempi ragionevolmente brevi degli obiettivi preposti.

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