Roma, 15/04/2024
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La mobilità e lo Spazio: i progetti ESA per l’IoT

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Il binomio Spazio-Telecomunicazioni sta divenendo sempre più importante, in particolare per assicurare la mobilità di lunga tratta, copertura completa e collegamenti efficienti: i progetti 5G4Space e NB-IoT4Space dell’ESA per l’integrazione di reti terrestri e satellitari

La mobilità intelligente o smart, per usare un termine anglosassone di uso corrente e più inclusivo di diversi concetti, non può prescindere dall’uso di tecnologie dell’informazione per assicurare efficienza nella gestione dei dati che vengono generati e scambiati tra le varie entità del sistema. Le telecomunicazioni sono un elemento fondamentale che garantiscono il trasferimento dei dati, senza il quale non potrebbe verificarsi l’elaborazione ed il conseguente invio di istruzioni e comandi.

Negli ultimi anni il settore delle telecomunicazioni ha conosciuto una forte innovazione, basata sull’introduzione del 5G, che rappresenta il supporto tecnologico più significativo per l’esplosione dell’Internet delle cose (Internet of Things – IoT).

Contemporaneamente il binomio Spazio-Telecomunicazioni sta divenendo sempre più importante, in particolare per assicurare la mobilità di lunga tratta, copertura completa e collegamenti efficienti in un certo numero di scenari, tanto da indurre l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e l’industria spaziale europea a concentrare le loro forze e risorse nella convergenza delle reti e degli standard terrestri e satellitari. Infatti, la comunità SatCom è riuscita ad introdurre l’uso del satellite nel piano d’azione del Third Generation Partnership Project (3GPP), un accordo di collaborazione tra enti mirato alla standardizzazione di sistemi di telecomunicazione.

All’interno di tale contesto, l’obiettivo fondamentale è quello di identificare scenari e adattamenti tecnologici che consentano l’inclusione di un componente di rete non terrestre (Non Terrestrial Network – NTN) nell’ecosistema 5G.

Parallelamente allo sviluppo delle reti 5G terrestri, si è visto, negli ultimi anni, anche una forte diffusione dei sistemi IoT che hanno portato alla nascita del Narrowband IoT (abbreviato in NB-IoT), una tecnologia LPWA (Low Power Wide Area) che offre una copertura ottimale per dispositivi con scambio di dati limitato nel lungo periodo in grandi ambienti, riducendo drasticamente i consumi energetici.

Le due circostanze di cui sopra implicano la necessità di adattare tale standard NB-IoT alla comunicazione satellitare.

In tale contesto innovativo, si inseriscono i progetti 5G4Space e NB-IoT4Space, finanziati dall’ESA.

5G4Space si è concentrato sull’adattamento agli scenari satellitari delle tecnologie di comunicazione dello strato fisico, sviluppate e studiate nell’ambito del 3GPP per i sistemi 5G, e sulla loro realizzazione su piattaforme hardware e software. Nello specifico, i risultati del progetto costituiscono un primo passo per la costituzione di una rete 5G che consideri l’uso della componente satellitare consentita dall’adozione di opportune modifiche ai protocolli di trasmissione, ovvero quell’insieme di regole e procedure che consentono di stabilire una connessione e instaurare una comunicazione corretta tra due utenti.

NB-IoT4Space è un progetto con l’obiettivo di sviluppare un dimostratore in cui la comunicazione tra un utente NB-IoT e un satellite è funzionalmente verificata. In questo contesto, le analisi preliminari condotte hanno dimostrato che tale standard può essere utilizzato anche da sistemi satellitari esistenti; esiste tuttavia una difficoltà nello sviluppo di un nodo di comunicazione a bordo del satellite per consentire l’integrazione dei sensori utente che utilizzano questa tecnologia in quanto viene usato uno standard non concepito per le comunicazioni satellitari. Obiettivo e sfida del progetto è quella di superare tale limitazione rendendo la tecnologia utilizzabile con tale meccanismo.

Il futuro delle telecomunicazioni ambisce pertanto a garantire una copertura completa e una connettività continua grazie alla realizzazione di reti ibride terrestri-satellitari, che permetterà a qualsiasi mezzo di trasporto di connettersi tramite dispositivi molto piccoli o al massimo paragonabili ad un telefono portatile. La mobilità, quindi, migliorerebbe significativamente avendo a disposizione una notevole quantità di informazioni in tempo reale permettendo di mitigare rischi e pericoli, migliorare la circolazione e ottimizzare i percorsi e i tempi di percorrenza con un conseguente beneficio a livello di consumi ed emissioni, che si traduce perciò in minore impatto ambientale.

La coesistenza tra rete terrestre e satellitare permetterebbe agli apparati connessi alla rete 5G di elaborare e gestire un gran flusso di dati con la possibilità di fornire i servizi più disparati agli utenti in base alle proprie esigenze. L’interconnessione tra i veicoli e la stessa rielaborazione fatta da intelligenze artificiali di dati come, ad esempio, le condizioni del traffico in tempo reale, garantirebbe agli automobilisti un comfort di viaggio senza precedenti migliorando la qualità della vita, in particolare in quei tragitti casa-lavoro che sono spesso sorgenti di una forte componente di stress. Appare evidente, perciò, che l’inclusione della comunicazione satellitare è fondamentale per poter garantire l’esistenza ed efficienza dei servizi ipotizzati. Per sottolineare tale concetto si potrebbe pensare ad esempi specifici che mettano appunto in luce i suddetti benefici di una comunicazione satellitare.

Primo esempio è costituito dalla guida autonoma. In questa situazione il veicolo, dovendo instaurare una comunicazione continua con i veicoli circostanti e con le infrastrutture stradali, avrà bisogno di una copertura sempre assicurata in ogni punto del tragitto ed in grado di gestire flussi di dati massicci e rielaborarli in tempo reale.

Altro esempio che permette di mettere in luce l’aspetto positivo di una tale realizzazione è l’Urban Air Mobility (UAM) con cui si intende l’insieme di dispositivi come droni senza pilota per il trasporto merce e persone, per la gestione della sicurezza pubblica o per gli interventi di emergenza e protezione civile; in tale ambito appare evidente come la comunicazione satellitare sia fondamentale per assicurare copertura soprattutto in quota.

Inoltre, fattore comune a tutti gli scenari, la connessione punto multipunto, istaurata tutte le volte che messaggi e/o comandi devo essere spediti ad una pluralità di terminali, è intrinsecamente più vantaggiosa dal punto di vista tecnico/economico se operata da sistemi satellitari, in conseguenza delle ampie coperture che il satellite può garantire per singola unità.

Similmente agli aspetti messi in luce finora, che riguardano i benefici dell’introduzione del 5G satellitare da un punto di vista generale, anche l’utilizzo specifico dello standard NB-IoT in ambito spazio può svolgere un ruolo chiave per la realizzazione di determinati servizi per la mobilità.

Ad esempio, se si pensa al controllo e monitoraggio delle reti di trasporto, come il tracciamento di container in qualsiasi modalità di trasporto (terra, mare, aria), l’impiego di una rete satellitare a supporto dell’IoT è sicuramente di vitale importanza, dovendo nello specifico di tale esempio tracciare in tempo reale oggetti su grandi distanze in scala anche planetaria. Inoltre, la realizzazione delle cosiddette smart cities, nelle quali si potrebbe usufruire di servizi per la mobilità quali monitoraggio del traffico, tracciamento dei trasporti, gestione dei parcheggi, richiede analoghe prestazioni del sistema di telecomunicazioni.

In conclusione, l’integrazione di reti terrestri e satellitari potrebbe consentire il compimento di paradigmi peculiari del 5G, ossia la massiccia presenza di dispositivi IoT e la generazione di grandi volumi di dati e loro trasmissione in tempo reale, rendendo possibile l’utilizzo di servizi che costituiscono un grande passo avanti per la mobilità. Vincere tale sfida è sempre più prossimo grazie alla collaborazione fra industrie, centri di ricerca ed agenzie spaziali che continuano a dare il loro prezioso contributo nell’ambito delle telecomunicazioni.

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