Quali opzioni di connettività sono disponibili per gli ingegneri?
Quando si tratta di sviluppare dispositivi wireless, gli ingegneri hanno a disposizione un'ampia gamma di tecnologie di comunicazione diverse. Tuttavia, scegliere la tecnologia giusta da applicare è una fase di sviluppo essenziale; fare la scelta sbagliata potrebbe rendere necessario scartare dei progetti e iniziarli da zero.
Le tecnologie wireless presentano tre caratteristiche principali di cui solo due possono sempre essere ottimizzate. Tali caratteristiche sono l'ampiezza di banda (la quantità di dati che è possibile trasmettere al secondo), l'energia e la portata. Una tecnologia wireless di ampia portata e con un'elevata ampiezza di banda richiederà senza dubbio grandi quantità di corrente, mentre una soluzione a lungo raggio a bassa energia non sarà in grado di trasmettere grandi quantità di informazioni.
Se il consumo di energia è il problema più grande di un progetto, gli ingegneri hanno l'opportunità di rivolgersi al LoRaWAN, al Bluetooth oppure all'UWB. LoRaWAN presenta l'ulteriore vantaggio di poter essere utilizzato a grandi distanze (oltre 15 km nelle giornate buone); il Bluetooth può operare con un'ampia gamma di dispositivi, tra cui smartphone; e l'UWB può fornire il posizionamento di precisione tra due dispositivi.
Se l'ampiezza di banda è il fattore più importante di un progetto, gli ingegneri possono rivolgersi a Wi-Fi e cellulare, in quanto entrambi sono progettati pensando all'accesso Internet. Il Wi-Fi opera a una portata ridotta rispetto al cellulare (fino a 100 metri, presumendo una giornata chiara e l'assenza di ostacoli tra un punto di accesso e un dispositivo), ma di contro usa meno corrente. Il cellulare, tuttavia, è in grado di eseguire il roaming tra punti di accesso diversi senza andare incontro a lunghi tempi di riconnessione; l'ampiezza di banda elevata e la lunga portata implicano, però, un aumento del consumo di corrente.
Per chi desidera ottimizzare la portata, dunque, le uniche due opzioni robuste sono il cellulare o la LoRaWAN, e questa scelta può essere facilmente semplificata decidendo quale caratteristica tra l'ampiezza di banda e l'energia sia più importante. Se il consumo di energia è più importante dell'ampiezza di banda, la LoRaWAN è la scelta logica, e viceversa per il cellulare.
Cosa offre il 6G?
Il 6G è una tecnologia emergente per i cellulari che è ancora in fase di sviluppo attivo e attualmente non esistono dispositivi o demo che illustrino la rete futura. Inoltre, non sono state ancora pubblicate delle cifre specifiche riguardo al 6G da parte di alcun ente, e non sono state ancora prese decisioni sullo standard (il 5G è ancora in fase di distribuzione in tutto il mondo).
Questo non significa che non esiste ricerca sul 6G, né che non sia possibile avanzare ipotesi su quello che sarà in grado di offrire. Inoltre, aziende di telecomunicazioni e ricercatori hanno già dichiarato cosa si aspettano di trovare nel 6G, per cui, mettendo insieme il tutto, possiamo avere un'idea di base di cosa sarà in grado di fare questa tecnologia.
L'affermazione più sorprendente riguardo al 6G è che sarà la prima rete unificata, a indicare che non sarà progettata solo pensando ai cellulari, ma anche ai dispositivi domestici, alle città intelligenti, all'IoT e all'IIoT. Questa rete unificata non richiederà ai singoli di disporre di un proprio punto di accesso a Internet e si baserà invece su antenne cellulari in grado di fornire la copertura in tutte le stanze di tutte le case vicine. Allo stesso modo delle reti cellulari attuali, il punto di accesso a cui ci si connetterà sarà lo stesso di quello del vicino.
Per quanto riguarda lo spettro radio che verrà utilizzato, si parla molto di frequenze di terahertz, che collocherebbe i segnali 6G tra le microonde e gli infrarossi. I ricercatori sono già riusciti a dimostrare capacità di chip di terahertz in grado di trasferire 1 TB di dati a 1 km di distanza in un secondo, mentre altri ricercatori hanno dimostrato la trasmissione di dati terahertz di 206 Gbps.
Se il 6G è in grado di operare a tale velocità e servire i dispositivi nelle abitazioni, è probabile che disponga anche di grandi capacità di formazione del raggio per evitare l'interferenza tra due dispositivi. Inoltre, l'utilizzo del 6G come connessione Internet primaria per i dispositivi domestici richiederà anche latenze basse ed elevato supporto dei dispositivi.
Confronto tra 6G e 5G
Poiché i dettagli relativi al 6G sono estremamente vaghi nel migliore dei casi, confrontare la rete futura con il 5G è abbastanza prematuro. Tuttavia, se guardiamo a ciò che sappiamo del 6G, e a come senza dubbio sarà un miglioramento rispetto al 5G, possiamo fare delle presupposizioni.
La differenza più grande tra le due tecnologie di rete sarà il miglioramento della velocità, grazie all'uso di frequenze di terahertz. Il 5G ha una velocità massima di 10 Gbps, vale a dire tra 10× e 100× la velocità offerta dal 4G e questo ha senso se si considera che 100× questo numero rappresenta 1 Tbps. Pertanto, possiamo prevedere in modo realistico che il 6G offrirà velocità di connessione tra 50 Gbps e 200 Gbps. Una velocità superiore non è tecnicamente praticabile. Ricorda che l'utente medio del 5G utilizzerà velocità di circa 100 Mbps, un valore notevolmente inferiore al massimo teorico.
La seconda differenza principale che è possibile notare è che il 6G supporterà un numero di dispositivi di gran lunga maggiore rispetto a quanto sia in grado di fare il 5G. Difatti, è probabile che l'aumento di ampiezza di banda del 6G non si tradurrà in un aumento di velocità rispetto al 5G, ma piuttosto nel supporto di molte migliaia di connessioni simultanee. Ad esempio, se le torri 6G sono progettate per 1 Tbps, potrebbero supportare oltre 10.000 dispositivi contemporaneamente, tutti con una velocità di download di 100 Mbps (tale capacità è molto più che sufficiente per la maggior parte delle applicazioni).
L'aumento di ampiezza di banda si tradurrà anche in latenze di connessione inferiori, il che sarà essenziale per le applicazioni future che includono la comunicazione vehicle-to-everything. La ridotta latenza consentirà ai dispositivi della rete di comunicare tra loro con un ritardo minimo e ciò consentirà ai dispositivi elettronici indossabili di segnalare la loro posizione ai veicoli nelle vicinanze. Un tale sistema consentirà ai sistemi di controllo delle auto intelligenti di frenare automaticamente quando viene rilevato un pedone, a prescindere dalla condizioni della strada o dai sensori di bordo.
Il 6G renderà inutili tutte le altre tecnologie di rete?
La risposta breve a questa domanda è no, e questo perché questa rete futura probabilmente avrà dei requisiti energetici elevati. Ovviamente, è più che possibile per gli operatori di rete configurare contemporaneamente una seconda rete cellulare con una forte attenzione alla riduzione dell'energia (ad esempio, una versione IoT del 6G), ma persino allora ci saranno molte applicazioni che funzioneranno meglio con altre tecnologie, come Bluetooth o UWB.
Inoltre, tecnologie come la LoRaWAN offrono portate estremamente grandi, utilizzando al contempo quantità di energia minime e questo è particolarmente vantaggioso nelle applicazioni IoT (come farm e foreste). Nessun numero di torri 6G sarà mai in grado di competere con un segnale a 433-MHz che può percorrere molte miglia ma che deve trasportare solo pochi byte di informazioni.
Il Bluetooth sarà ancora importante per i dispositivi che necessitano di connettersi a pochi metri (un esempio comune sono le cuffie wireless). La natura a basso consumo energetico e portata ridotta del Bluetooth implica che questa tecnologia non interferisce con le reti più grandi (come Wi-Fi e cellulare), e l'uso del Bluetooth consentirà di tenere contenuto l'uso complessivo di altre reti.
Infine, l'uso del Wi-Fi per creare reti private consente agli utenti di controllare il loro traffico locale, controllare chi ha accesso alla loro connessione Internet e creare servizi interni affinché siano accessibili solo dall'interno della rete (come un server cloud locale o un NAS).
Gli ingegneri devono preoccuparsi del 5G?
Ci si potrebbe chiedere, se il 6G diventerà la rete unificata del futuro, se valga la pena di perdere tempo con il 5G nei progetti IoT e per le città intelligenti. La risposta a questa domanda è uno straordinario sì.
Innanzitutto, il 6G non diventerà una realtà fino al 2030, al più presto. Alcune aziende hanno date di rilascio del 2028, ma è probabile che il 5G continuerà a essere operativo per un lungo periodo grazie ai numerosi progressi rispetto al 4G. Pertanto, per sviluppare progetti IoT con in mente il 6G si dovrà attendere a lungo, per cui è opportuno sfruttare questo tempo per progettare l'hardware e dimostrare che le reti cellulari possono essere utilizzate per tali applicazioni.
In secondo luogo, utilizzando le reti 5G, gli operatori di cellulari saranno incoraggiati a continuare a investire nel campo e allo stesso tempo ad apportare numerose aggiunte alla specifica 6G che sarà di supporto agli ingegneri. Se gli operatori di rete vedranno che solo i dispositivi cellulari utilizzano le loro reti, il 6G sarà indirizzato solo ai produttori di dispositivi mobili invece dei mercati emergenti quali IoT e IIoT, che potrebbero tutti trarre grande vantaggio, invece, da questa tecnologia.
La rete 6G ha realmente le potenzialità per diventare la prima rete non diretta a un unico tipo specifico di dispositivo e l'elevata velocità e il gran numero di dispositivi che è in grado di supportare potrebbe inaugurare una nuova era per le reti su larga scala. Tuttavia, a meno che gli ingegneri non sviluppino progetti 5G per dimostrare in che modo le reti cellulari possono essere utilizzate nell'IoT, gli operatori di cellulari non possono dedicarsi al 6G pensando all'IoT.