RETI DI DATI
RETI DI DATI.
– Evoluzione del computing e delle reti wireless. Il cittadino digitale e le infrastrutture della banda larga. La società digitale, la sicurezza dei dati, l’Internet delle cose. Bibliografia. Webgrafia
Le r. di d. caratterizzano ormai gli aspetti più diversi della società dell’era digitale. Grazie alla miniaturizzazione della tecnologia, ai costi decrescenti e alle capacità elaborative sempre più potenti, le tecnologie dell’informazione e della comunicazione (ICT,Information and Communication Technology) sono diventate, per eccellenza, le più pervasive. I profondi cambiamenti dell’attuale contesto socioeconomico, dovuti al proliferare delle reti digitali e delle ICT, hanno di
fatto modificato le basi dell’organizzazione delle società avanzate (finanza, trasporti, sanità, educazione, cultura, turismo, relazioni e gruppi sociali) e offrono un impulso straordinario a quelle in via di sviluppo.
I modelli che hanno descritto l’evoluzione delle tecnologie ICT, basati sulla terna reti-dati-applicazioni, sono tutt’ora rappresentativi: le reti permettono le comunicazioni, i dati fluiscono attraverso le reti per divenire informazioni, le applicazioni o servizi utilizzano l’informazione come asset. Prendendo come riferimento questa semplice schematizzazione è possibile sistematizzare una trattazione dei principali e più recenti fenomeni e tendenze tecnologiche che, nell’ultimo decennio, hanno caratterizzato le r. di d. che governano la società dell’era digitale: fotonica e semiconduttori, mobile computing, Internet of things, social networking, big data, software apps e cloud.
Evoluzione del computing e delle reti wireless. – Il termine computing designa in modo generico le tecnologie per il trattamento dei dati digitali. L’espressione mobile computing viene invece utilizzata per riferirsi alle apparecchiature per l’accesso ai dati prive di vincoli sulla posizione fisica dell’utente o delle infrastrutture coinvolte. La categoria dei computer portatili, in particolare, ha subito una rapida evoluzione nell’ultimo decennio, dando origine a una ampia classe di categorie di computer (mobili) a basso ingombro come laptop, net/notebook, palmari, tablet, fino agli smartphone e così via. In contemporanea, altri dispositivi digitali di piccole dimensioni, già diffusisi nel decennio precedente (fotocamere digitali, lettori MP3, telefoni cellulari, navigatori GPS, Global Positioning System), hanno visto un accrescimento delle capacità di computing e delle possibilità di interconnessione alla rete, generando un mercato nuovo in cui il confine tra computer e altri dispositivi (fissi o mobili) è divenuto sfumato.
L’evoluzione delle tecnologie di accesso mobile, giunta alla quarta generazione (4G), ne è stata una delle determinanti principali. Le tecnologie per l’accesso wireless hanno seguito percorsi evolutivi orientati ad aumentare le prestazioni e l’efficienza della connettività in ambiente mobile. La prima generazione ha adempiuto fondamentalmente ai servizi di chiamata vocale mobile di base, mentre la seconda generazione (2G) ha introdotto la capacità e la copertura di rete a garantirne la diffusione di massa. A queste ha fatto seguito la terza generazione (3G), nel decennio appena trascorso, che ha ricercato nell’accesso ai dati, a velocità sempre più elevata, la chiave di volta per allineare l’esperienza dell’utente della banda larga, tipica del mondo fisso (wired), al mondo mobile (wireless).
Con banda larga, infatti, ci si è riferiti principalmente in passato a una connessione alla rete che consenta il supporto per dati, voce e video a elevato livello e affidabilità, tipicamente resa disponibile dalla connettività ad alta velocità delle linee cablate di terra, come i servizi via cavo basati su tecnologie digital subscriber line, come, per es., l’ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). Oggi, sempre più, sono invece i canali radio, la cosiddetta banda larga mobile, a spingere la fruizione dei servizi affermatisi sul mercato dei computer e di Internet anche sui dispositivi mobili di ultima generazione.
Dal 2005, dal punto di vista tecnologico, si è andato sviluppando un percorso di convergenza delle tecnologie mobili per quanto concerne l’interfaccia radio e l’architettura di rete; tale comunanza è rappresentata da: architettura di rete dominante basata su Internet protocol (IP); forma d’onda definita dalla tecnica dell’OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access).
Le soluzioni tecnologiche basate sul binomio IPOFDMA rappresentano il viatico verso la piena convergenza, che ha abilitato la connettività ubiqua dei servizi multimediali oggi disponibili. Il rilevante cambiamento, quello da WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) a OFDMA, è stato il più significativo negli standard dopo quello dal TDMA (Time Division Multiple Access) al WCDMA, occorso durante il passaggio dal 2G – comprendente gli standard GSM (Global System Mobile), GPRS (General Packtet Radio Service), EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution) – al 3G – comprendente gli standard UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), HSPA (High Speed Packet Access), CDMA2000 (Code Division Multiple Access). La scelta di OFDMA è stata guidata dalla domanda di maggiore efficienza spettrale e basso costo per singolo bit trasferito. Inoltre, la tecnologia WCDMA ha una limitazione di scala, in banda, che l’OFDMA risolve dividendo l’alta velocità di flusso dati, in più flussi di dati a velocità più bassa ma su canalizzazioni di frequenza separate e contemporanee. Nei ricevitori si ricombinano questi flussi di velocità ‘inferiore’ per costruire un flusso di dati equivalente ad ‘alta velocità’ (Ergen 2009).
Il diffondersi delle tecnologie wireless 4G – WiMAXm 802.16m (Worldwide interoperative for Microwave Access), l’Ultra mobile band e, soprattutto, la Long term evolution, LTE – per la connessione mobile a larga banda, ha contribuito definitivamente a facilitare l’avvento di una nuova generazione di dispositivi di calcolo sempre più piccoli, leggeri e a basso consumo energetico, che enfatizzano fortemente la caratteristica di poter essere connessi alla rete. Termini come pervasive computing e cyber physical systems(CPS) sono stati coniati per indicare la possibilità di accedere alla rete e a sistemi di memorizzazione ed elaborazione dati praticamente in tutti i contesti e attraverso una varietà di dispositivi eterogenei. In questo, l’hardware è divenuto una merce a basso costo, quasi una commodity, con il valore reale che risiede sempre più nel software, nelle applicazioni (app) e nei dati. (ECSEL Joint Undertaking 2014).
Analogamente anche la parte fissa ha percorso nell’ultimo decennio un’evoluzione significativa. Wi-Fi (Wireless Fidelity) è la modalità privilegiata di accesso a Internet, a banda larga, dei dispositivi di connessione senza cavi in un’area locale (sia essa indoor oppure outdoor). Wi-Fi utilizza la trasmissione wireless (tramite antenne) per inviare informazioni convertendo i flussi dati acquisiti, tipicamente da Internet, sempre in un segnale radio, come nel mobile. Wi-Fi è stato lanciato sul mercato prima del 2000, quando un comitato internazionale di standardizzazione fu istituito allo scopo. IEEE802.11 è stato il nome attribuito a un insieme di standard utilizzati per impostare una Wireless local area network (WLAN). Wi-Fi utilizza come bande di frequenza principali per la connessione radio 2,4 GHz (standard 802.11b) e 5 GHz (standard 802.11a). La banda centrata su 2,4 GHz è stata utilizzata dalla maggior parte dei dispositivi ad accesso wireless, prevalentemente indoor, prima del 2010. L’anno 2009 ha visto affermarsi la versione finale di 802.11n, che si presentava (ed è ancora) più veloce e più affidabile rispetto alle precedenti, in quanto basata sull’utilizzo di più antenne e più flussi di dati simultanei. La tecnica Multiple input multiple output (MIMO), che descrive l’uso di più antenne per migliorare la comunicazione, ne è stato l’elemento caratterizzante e vincente, aumentando la capacità di trasferimento dati, senza la necessità di una maggiore larghezza di banda o di un’ulteriore potenza di trasmissione.
La versione 801.11ac (nel 2012) ha reso il Wi-Fi 5 GHz ancora migliore: quattro volte superiore rispetto alla velocità del Wi-Fi 801.11n e maggiore larghezza di banda. La novità, in questo caso, è stata rappresentata dal concetto del beamforming, affermatosi anche nel mondo delle telecomunicazioni commerciali (oltre che nei campi della radaristica). Beamforming significa focalizzazione spaziale dei segnali modulati e trasmissione dei dati concentrati verso una direzione. Facili da installare, semplici da utilizzare ed economici, i Wi-Fi access points (o gateways) sono ormai divenuti in casa, ufficio o negli hotspots pubblici il modo più comodo e veloce per accedere a Internet dai dispositivi mobili.
Il cittadino digitale e le infrastrutture della banda larga. – La popolazione è sempre più on-line, alle prese con un’esperienza digitale personalizzata e conscia del controllo della propria privacy. I moderni ‘cittadini digitali’ si aspettano informazioni e servizi disponibili in modalità continua, mobile e multimediale. Controllo e personalizzazione della propria esperienza digitale caratterizzano la user-experience. Alcuni interagiscono con l’ambiente digitale direttamente e volontariamente, per mezzo di un dispositivo personale, altri lo fanno loro malgrado indirettamente ma anche inconsciamente, attraverso l’ambiente digitale e le reti che li circondano: dispositivi (per es., bancomat), sensori (per es., videocamere) e interfacce (per es., cellulari) distribuiti nell’ambiente. Un ruolo centrale in questo sviluppo lo ha avuto la rete fissa a banda larga e, ove già disponibile, quella a banda ultra larga. Quest’ultima permetterà a breve, grazie alla fibra ottica, di portare Internet a 100 Mbit/s (e oltre) e di abilitare con testualmente la nascita di smart grids, cioè reti elettriche intelligenti che nei Paesi economicamente più evoluti so no utilizzate per ottimizzare consumi e distribuzione dell’energia, grazie all’utilizzo di particolari CPS, quali gli smart meters, offrendo servizi di connettività aggiuntivi.
Ai livelli standard attuali, la fibra ottica offre una velocità di trasmissione di 30 Mbit/s in download e di 3 Mbit/s in upload garantiti. Inoltre, la tecnologia sviluppata negli ultimi anni, rende disponibili soluzioni come la Fiber to the cabinet (FTTCab), che consente l’utilizzo in contemporanea di numerose attività a elevato carico di dati, da parte di più utenti. Per es., permette a una famiglia media europea (Achieving the objectives, 2014), nello stesso momento, di giocare on-line in modalità multiplayer con prestazioni elevate, guardare video in streaming e in full HD senza attese o interruzioni, condividere contenuti come foto, video e musica in tempo reale, su tutti i dispositivi di casa.
La FTTCab è un’architettura di rete di nuova generazione, ossia una vera e propria struttura che porta la fibra ottica fino al cabinet, cioè l’armadio stradale, che dista in media 500 m dalle abitazioni; il collegamento dal cabinet con le utenze finali può essere poi effettuato semplicemente attraverso il classico cavo in rame. I vantaggi di questa soluzione sono numerosi: maggiore velocità di realizzazione dell’infrastruttura, minori disagi per i cittadini, costi inferiori rispetto ad altre soluzioni tecnologiche basate su fibra ottica.
La FTTCab si va affiancando alla tecnologia FTTH (Fiber To The Home), che permette già oggi di portare la fibra ottica presso abitazioni e uffici con collegamenti fino a 100 Mbit/s in download e 10 Mbits/s in upload. Quest’ultima soluzione tecnologica è però molto costosa dal punto di vista infrastrutturale, a causa delle opere civili necessarie per connettere le centrali degli operatori di telecomunicazione con icabinets di distribuzione e di smistamento, e maggiormente, per connettere questi ultimi alle case e uffici degli utenti finali. Tale problematica ha indotto una riconsiderazione delle soluzioni ADSL installate tra gli anni Novanta e gli inizi del nuovo millennio, sfruttando nuovi protocolli e tecnologie e una diversa banda di frequenza (moltiplicando le portanti tra 2,2 MHz e 12 MHz, invece di continuare a utilizzare quelle inferiori a 2,2 MHz impiegate per ADSL/ADSL2), al fine di utilizzare i cavi in rame in modo più efficiente, aumentandone la capacità portante. Per es., la Very-high-bit-rate digital subscriber line 2 (VDSL2, standardizzato nel 2005 dall’ITU-T G.993.2) ha permesso inizialmente di portare la banda portante massima raggiungibile con l’ADSL2 da 20 a 50 Mbit/s (su distanze inferiori a 500 m). In seguito è stato possibile, nelle sue versioni più recenti (vectoring, standardizzato nel 2010 nella versione ITU-T G.993.5, e G.fast, ratificato nel 2014 come ITU-T G.9700 e G.9701), raggiungere soglie di un ordine di grandezza superiore, fino a circa 500 Mbit/s (su distanze inferiori a 100 m).
In particolare, la soluzione convergente che sembra affermarsi è la FTTCab/VDSL2 (con l’obiettivo di coprire il 40-50% della domanda), riservando alla quota parte di popolazione con requisiti di connessione in ultraband (stimabile nel 10-20%) la connessione FTTH e alla rimanente porzione (circa il 30-40%) soluzioni correnti di tipo DSL (Digital Subscriber Line), satellitare o coperte da altre tecniche wireless emergenti, come LTE advanced.
La società digitale, la sicurezza dei dati, l’Internet delle cose. – I governi delle nazioni più avanzate sono alle prese con grandi investimenti infrastrutturali nella sfida di sostituire il più possibile il lavoro amministrativo tradizionale con servizi digitali. Gli ambienti intelligenti che saranno prevalenti tra qualche tempo (smart cities, intermobilità aria-terra-mare, e-government ecc.) offriranno opportunità, informazioni e sicurezza crescenti. La difesa è un settore in cui i governi, inoltre, stanno sviluppando nuove r. di d. a supporto dei sistemi di sicurezza convenzionali, per contrastare le nuove minacce informatiche. La necessità di difendersi da tali attacchi (in particolare per le infrastrutture critiche), può davvero cambiare la politica di difesa degli Stati. Le nuove minacce verranno da ‘criminali digitali’ generalmente proiettati ad accumulare ricchezza attraverso mezzi illegali, anch’essi sempre più digitali, mentre gli attacchi cyber (di matrice terroristica o eversiva) saranno destinati a provocare danni e disagi alle infrastrutture nazionali (European Commission 2014).
La resilienza contro gli attacchi cyber (degli hacker di basso profilo o dei gruppi di attivisti organizzati) dovrà essere una proprietà intrinseca di tutti i servizi e le infrastrutture digitali. Il monitoraggio delle r. di d. e la capacità di individuare le minacce (cyber-intelligence) saranno alcune delle principali attività dei servizi di difesa e sicurezza globali. Le reti wireless, in particolare, con i loro gateways di accesso, offrono debolezze attraverso le quali è possibile intromettersi nelle comunicazioni e dirottare o intercettare anche una connessione protetta. Una pratica conosciuta come wardriving fa partecipare utenti muniti di un computer, di una scheda di rete e di un dispositivo GPS attraverso le zone a connettività locale wireless, identificando le coordinate esatte della rete. Queste informazioni sono dirottate per scopi non legali o per intercettare il collegamento fra un computer e un particolare hotspot (le cui tipiche misure di sicurezza sono scarse). Poiché nella maggior parte dei casi le reti wireless sono collegate a Internet, le intrusioni sono tese ad accedere gratuitamente alle connessioni ad alta velocità. In quest’ultimo caso il wardriving rientra nell’accezione più generica di thiefing. Nel decennio scorso sono stati sviluppati sistemi crittografici per proteggere le reti Wi-Fi, quali il Wi-Fi protected access(WPA) progettato per utilizzare lo standard IEEE 802.1x e gestire l’autenticazione dei clients e dei servers e la distribuzione di differenti chiavi per ogni utente. I dati sono ci-frati con l’algoritmo di cifratura a flusso RC4 con chiave a 128 bit e un vettore di inizializzazione a 48 bit. Ma tutto ciò non è sufficiente. Il cittadino stesso è chiamato oggi in causa per modificare quei comportamenti quotidiani che le r. di d. determinano come nuove vulnerabilità alla sicurezza; si intendono ivi accorgimenti non tecnologici, quali per es., cambio regolare delle password (personali e di accesso ai gateways), impostazione di aree riservate (attraverso il filtraggio degli indirizzi MAC dell’hardware), installazione di firewalls sui dispositivi mobili, installazione di software antivirus contro spyware e trojan.
Le r. di d. saranno importanti anche per altre materie fondanti l’organizzazione delle nazioni, per es. nell’istruzione, principalmente in due modi: nel consentire metodi didattici avanzati e come soggetto in sé. A oggi, il sistema educativo della scuola e delle università sta sperimentando modi nuovi di fruire e utilizzare l’esperienza d’uso delle ICT a fini didattici e di ricerca, con insegnamenti strutturati alla prossima generazione di ‘giovani digitali’. Le scuole primarie, poi, potranno diventare luoghi ad alta tecnologia con le r. di d. utilizzate ‘nativamente’ negli aspetti dell’apprendimento. Tali cambiamenti sono guidati da forze sociali e non più solo tecnologiche, tra cui l’uso massivo dei social network e dell’e-commerce.
I sistemi di trasporto, inoltre, dovranno essere utilizzati in futuro in modo più efficiente, in linea con la generale tendenza alla riduzione dei costi energetici e della necessità di utilizzare le infrastrutture esistenti in modo più sostenibile. Già oggi sono stati sviluppati, grazie all’integrazione di cyber-physical systems e approcci di high performance computing, treni e metropolitane pressoché autonomi caratterizzati da sensori ed elevati standard di sicurezza in grado di rispettare le tabelle di marcia e fermata in modalità driverless, ripianificare piani di marcia, comunicare tra di loro (machine-to-machine) e con le diverse entità di controllo del traffico. Il prossimo passo sarà quello del settore automobilistico che, grazie agli investimenti dell’ultimo decennio negli embedded systems, potranno permettere alle automobili autonome di muoversi liberamente per le smart cities e adempiere a mansioni tipo consegna della posta e merce, logistica, trasporto pubblico e privato (ARTEMIS Industry association & ITEA Office association 2013).
L’Internet of things, infine, sarà il punto focale, integrando nuovi sensori biologici, miniaturizzazione e nanoelettronica, fotonica, robotica e nuovi paradigmi software a supporto degli sviluppi per i big data,il clouds e l’embedded high performace computing. I ‘sensori delle cose’, infatti, generano dati in modalità ubiqua e su larga scala dimensionale e spaziale, che necessitano di specifiche tecniche di trattamento incentrate sui big data per estrarne conoscenza utilizzabile, ivi incluse le tecniche di gestione e di immagazzinamento dei dati (per il recupero delle informazioni), attraverso lo sviluppo di algoritmi e software specifici basati su calcoli di tipo parallelo e utilizzo delle tecnologie e architetture del cloud (CONNECT Advisory Forum 2014). Questi ultimi aspetti sono strettamente correlati tra loro, in quanto sarà determinante che le r. di d., alla base della società dell’era digitale, evolvano coerentemente tenendo in conto anche aspetti di etica, privacy, sicurezza e inclusione sociale.
Bibliografia: M. Ergen, Mobile broadband: including Wi-MAX and LTE, New York 2009.
Webgrafia: ARTEMIS Industry association & ITEA Office association, ITEA ARTEMIS-IA high level vision 2030: opportunities for Europe, the impact of software innovation on revenue and jobs, 2013, http://www.artemis-ia.eu/publication/ download/publication/907/file/ARTEMISIA_Vision_2030.pdf; CONNECT Advisory Forum, H2020 ICT R&D&I beyond 2015, 2014, http://ec.europa.eu/information_society/newsroom/cf/dae/document.cfm?action=display&doc_id=7050; ECSEL Joint Undertaking, 2015 Multi Annual Strategic Research and Innovation Agenda for the ECSEL Joint Undertaking, 2014, http://www.artemis-ia.eu/publication/download/publication/993; European Commission, Next generation computing roadmap, 2014, http://ec.europa.eu/information_society/newsroom/cf/dae/ document.cfm?doc_id=6637; Achieving the objectives of the digital agenda for Europe (DAE) in Italy: prospects and challenges, Report of the President’s expert team, 2014, http://www.governo.it/backoffice/allegati/74621-9208.pdfz. Tutte le pagine web si intendono visitate per l’ultima volta il 3 settembre 2015.