TELECOMUNICAZIONI

TELECOMUNICAZIONI.

– Nuove sfide: dalla sorgente informativa all’utenza. Sorgente dell’informazione. Connessione. Utente. Interdisciplinarità come chiave applicata. Bibliografia

Nuove sfide: dalla sorgente informativa all’utenza. – Le t. hanno subito nell’ultimo quinquennio un cambiamento così drastico da far seriamente dubitare oggi dell’esistenza stessa del termine. Alle t. sempre più diffusamente ci si riferisce parlando di Information and communications technology (ICT). Negli ultimi anni anche nei corsi di studio universitari specificamente dedicati alle t. è in atto la ricerca di una nuova identità, spesso accompagnata da un cambio di denominazione: ingegneria dell’informazione e, più recentemente, ingegneria di Internet sono i corsi di studio dove si impartiscono molti dei contenuti dei precedenti corsi in ingegneria delle telecomunicazioni. In realtà, la trasformazione delle t. è molto più radicale e drastica di quanto una diversa denominazione, comunque sempre di natura tecnica, possa rappresentare. Il progresso tecnologico, che non si è mai interrotto in questo settore, ha certamente contribuito a questo cambiamento; ma è soprattutto a livello di erogazione, contenuti, fruizione e percezione sociale dei servizi che il termine telecomunicazioni appare oggi inadeguato a esprimere un modo nuovo – ancora in piena evoluzione, ricco di sfumature ma anche di contraddizioni – di essere collegati e, dunque, di esistere.

Questo settore è sicuramente migrato da un ambito squisitamente tecnologico a uno in cui la commistione tra specificità tecniche e aspetti di carattere marcatamente interdisciplinare è inevitabile per fornire un quadro adeguato della materia.

Per comprendere la metamorfosi delle t. e le sfide che detto cambiamento implicitamente o esplicitamente porge, è bene riferirsi a uno schema semplice, ma efficace, del collegamento tra due entità. Esistono tre macroelementi che rappresentano tale collegamento: la sorgente d’informazione, il fruitore dell’informazione e la connessione tra sorgente e fruitore. Anche se ognuno dei tre blocchi concettuali racchiude al suo interno molte e variegate funzioni, tale schema rappresenta l’essenza e la finalità stessa delle telecomunicazioni. L’evoluzione tecnologica e concettuale prima menzionata sta riguardando tutti e tre i blocchi del modello, in alcuni casi in modo graduale, in altri dirompente. L’esperto di t., per rendere efficace il proprio contributo, è chiamato a entrare in tutti i blocchi, adeguandone la struttura, la tecnologia e, se necessario, la teoria, per riflettere la profonda metamorfosi che le t. stesse stanno attraversando.

Sorgente dell’informazione. – La sfida evolutiva insita nel primo blocco, la sorgente di informazione, è forse la più complessa, poiché implica la rivisitazione di una teoria storica e forse considerata inamovibile dagli esperti del settore: la teoria dell’informazione di Claude Shannon. In particolare, la sorgente informativa ha subito profondi mutamenti concettuali, prima che strutturali, rendendo necessaria una caratterizzazione e misura dell’informazione (entropia) che tengano conto delle implicazioni della rivoluzione Internet nella generazione e distribuzione della informazione stessa.

Nella sua formulazione, la ‘nuova’ entropia di sorgente dovrà tenere conto di alcuni elementi scaturiti da Internet, quali: la più o meno estesa e consapevole confluenza di sorgente e fruitore dell’informazione; la conseguente possibile interferenza tra sorgente e utente; il significato dell’informazione (intelligence) e non solo la sua occorrenza statistica.

Una sorgente di informazione caratterizzata accuratamente è garanzia di efficacia e sicurezza dell’intero sistema di comunicazione basato sullo scambio informativo dei dati di detta sorgente. Un ulteriore elemento è la caratterizzazione del legame tra informazione e sistema di memorizzazione e recupero dell’informazione stessa, ‘persa’ nell’enorme volume di dati (big data).

Connessione. – Le sfide insite nella connessione tra sorgente informativa e fruitore dell’informazione (utente) sono variegate e riguardano, tra l’altro, l’architettura di rete, la tipologia di nodi, le gamme di frequenza, la convergenza dei servizi. Un aspetto particolarmente interessante nell’evoluzione della rete è legato alla presenza sempre più capillare e prevalente del software, rispetto all’hardware, per molte delle funzioni, in particolare quelle di controllo.

Nel mondo dei ricevitori radio si sta assistendo da vari anni all’innovativo sviluppo di una flessibilità multistandard degli apparati, grazie alla capacità di riprogrammazione del loro hardware attraverso il software (SDR, Software Defined Radio). Tale approccio ha estesi contorni applicativi in ambito sia civile sia militare. Con un principio simile allo SDR, è in corso un cambiamento epocale in termini di relazione tra hardware e software nello sviluppo, gestione e prestazioni delle reti di telecomunicazioni.

Software defined networking (SDN) è il nome dell’ambizioso e innovativo paradigma in cui i nodi di rete diventano programmabili e, in qualche modo, disgiunti dall’hardware che li realizza. Un sofisticato meccanismo di astrazione e interfacce di controllo è alla base dello sviluppo di questo concetto, e, dunque, della virtualizzazione della rete.

In tale ottica, l’infrastruttura fisica di rete viene organizzata in partizioni virtuali, in modo da consentire a varie funzioni di controllo e relative applicazioni di impiegare le partizioni assegnate. In tal modo, sulla stessa infrastruttura hardware insistono varie reti virtuali, prettamente basate su elementi software (software-driven). Tale meccanismo comporta una grande flessibilità nella configurazione, gestione ottimale e protezione delle risorse di rete, attraverso una centralizzazione della logica di controllo. Il paradigma SDN al momento è in fase di sviluppo nelle reti terrestri, ma in una visione proiettata nel futuro del blocco di connessione tra sorgente e fruitore dell’informazione dovrà riguarda re anche il segmento spaziale. Costellazioni di satelliti, progettati in modo innovativo e flessibile prevalentemente basato sul software (come anzidetto, software-driven), costituiranno porzioni integrate della rete complessiva, fornendo complementarietà e una naturale riserva (back-up) allo SDN terrestre.

A fronte di una tendenza alla centralizzazione del controllo, si assiste, invece, a una distribuzione e allocazione in strutture remote (cloud) dei dati dell’utente stesso. Nonostante i numerosi aspetti, non completamente risolti, legati alla sicurezza dei dati confinati in strutture non direttamente controllabili dalle stesse, la memorizzazione dei dati nella ‘nuvola’ è un altro degli elementi di enorme cambiamento concettuale, ancor prima che tecnologico, della ICT. L’impatto sulle dimensioni e sul peso dei dispositivi in mano all’utente è solo uno degli elementi tangibili di questo nuovo approccio. Come nel caso dello SDN, la componente spaziale della rete in una visione futura potrà essere di supporto al cloud terrestre, offrendo alle strutture hardware di memorizzazione e ai meccanismi software di gestione dei dati delle sezioni terrestri una complementarietà e una naturale funzione di back-up.

Un elemento importante nello sviluppo della reti di t. integrate terrestri-satellitari così concepite è l’impiego di gamme di frequenza elevate (EHF, Extremely High Frequency), che garantiscono la disponibilità di bande estese con la possibilità di un’efficace protezione dei dati e dell’intero sistema grazie alla sofisticata tecnologia necessaria per lo sviluppo dell’hardware (technology-selective approach). La gamma dei 30 GHz è già commerciale, mentre sono in corso attività di sperimentazione delle promettenti gamme di 40-50 GHz (banda Q/V) e 75-110 GHz (banda W).

L’Italia è da sempre all’avanguardia nelle missioni satellitari di t. per l’esplorazione di gamme estese di frequenza elevata. I satelliti SIRIO (1977), ITALSAT F1 (1991) e F2 (1996) hanno sperimentato con successo gamme elevate di frequenza per esperimenti di propagazione e di comunicazione, rendendo disponibili alla comunità internazionale dati propagativi fino a 50 GHz e di comunicazionefino alla gamma 20-30 GHz. È in volo da luglio 2013 il satellite ALPHASAT dell’Agenzia spaziale europea (ESA, European Space Agency), che imbarca un esperimento italiano di t. (finanziato dall’Agenzia spaziale italiana, ASI) nella gamma 40-50 GHz (TDP5). Vanno altresì menzionati gli approfonditi studi con prototipazione di alcuni apparati finanziati dall’ASI su satelliti in gamma W.

Per quanto concerne le sezioni mobili dell’infrastruttura di comunicazioni, la quarta generazione (4G) è già in corso e si lavora alla quinta (5G). I sistemi 4G sono caratterizzati dallo standard LTE (Long Term Evolution) e LTE-advanced, con banda larga (mobile broadband) e velocità comparabili con i sistemi x-ADSL: per es., un’ora di video in alta definizione (HD) è scaricabile in 6 minuti. Il 4G ha sofferto di ritardi strutturali che ne hanno rallentato la diffusione. Lo sforzo per il 5G è volto a evitare le difficoltà patite dalla generazione precedente e il relativo standard LTE. Le prestazioni richieste alle nuove reti mobili sono enormi: potenziamento della diffusione di servizi, quali lo streaming audio/video e la capacità di fornire una qualità legata al traffico voce in mobilità impeccabile, ma anche soluzioni tecnologiche in grado di evitare disturbi alla comunicazione per l’impiego di varie frequenze e interferenze, tra cui, di particolare rilevanza, quello con gli apparecchi televisivi. Gli utenti, in crescita vertiginosa, si stima che entro il 2018 toccheranno i 6 miliardi.

La quinta generazione, che si colloca temporalmente nella decade 2020-30, ambisce a fornire all’utente in mobilità una connettività ubiqua e un’esperienza simile all’utente stanziale collegato in fibra, che comporterebbe, per es., lo scaricamento di un’ora di video HD in soli 6 secondi. Nel 5G dovrà realizzarsi la convergenza tra comunicazione, computazione, elaborazione e gestione dei dati in modo del tutto indifferente alla condizione mobile o stanziale dell’utente. Un paradigma che si poteva solo sognare pochi decenni or sono.

Un ulteriore scenario evolutivo delle t., che riguarda sia il blocco di connessione sia il terminale di utente, è l’integrazione tridimensionale tra le comunicazioni ‘pure’, i dati di posizionamento e quelli derivanti da sensori. Già nel-l’ultima decade si era sviluppata una crescente sinergia tra i sistemi di comunicazione, in particolare derivanti da reti mobili, e i servizi di posizionamento prodotti dal sistemi GNSS (Global Navigation Satellite System), quali il GPS. L’integrazione NavCom (Navigazione e Comunicazione) conferiva al dato di posizione, distribuito dai satelliti del sistema GNSS in modalità diffusiva (broadcasting) verso i ricevitori degli utenti, una capacità di interazione e distribuzione e dunque una migliore efficacia del dato stesso nei vari ambiti applicativi.

L’integrazione di tipo bidimensionale (comunicazioni e navigazione) si sta evolvendo più recentemente in una versione tridimensionale, in cui alle due precedenti funzioni viene aggiunta la raccolta di dati da sensori di varia natura e finalità (sensing), che completa il quadro con le informazioni rilevate dai sensori stessi. In tale scenario, il blocco di connessione trasporta dati assai variegati, rispetto al ‘puro’ contenuto di t., in quanto integrati con informazioni di posizione e di rilevazione da sensori che ampliano lo scenario applicativo in modo così ampio e veloce da avere come unica limitazione l’immaginazione di chi propone l’applicazione stessa. Nell’integrazione tridimensionale Nav-ComSensing la componente di comunicazione può essere fornita da elementi terrestri, satellitari o aerei della rete. Per la componente sensoristica, i dati possono essere raccolti da elementi piccoli e a basso costo, ma anche da complessi sistemi di rilevamento terrestri o satellitari.

Utente. – La profonda trasformazione delle t. descritta in precedenza ha forse la sua più chiara manifestazione in tutto ciò che riguarda il fruitore dell’informazione (utente) e i dispositivi con cui tale fruizione avviene. L’utente ha certamente assistito a cambiamenti epocali, ma squisitamente tecnologici, come, per es., il completamento della transizione da televisione analogica a televisione digitale nella diffusione terrestre (in Italia lo switch off è terminato nel luglio 2012, dopo un quadriennio di passaggio graduale a livello geografico). Tuttavia è nel rapporto tra utente e relativo dispositivo che si assiste ai cambiamenti senza precedenti nel significato della parola telecomunicazioni.

I dispositivi intelligenti, quali lo smartphone, combinano alle funzionalità tipiche della telefonia cellulare capacità proprie dei computer, quali il calcolo, la memorizzazione e la connessione a Internet. I computer portatili a tavoletta (tablet), invece, dalla specifica funzionalità di personal computer diventano a loro volta telefoni cellulari, se opportunamente dotati della relativa scheda. Entrambi i dispositivi hanno ampie funzionalità multimediali, che consentono con elevata qualità la riproduzione di musica, foto e video. In tal modo, neppure troppo gradualmente, tali dispositivi sono divenuti elementi essenziali della quotidianità dell’utente, plasmandone la modalità di interazione, attraverso i social network (v.) e le applicazioni supportate dai dispositivi stessi, e il senso profondo del ‘comunicare’ che in molti casi ha portato a sostituire il colloquio telefonico con un intenso scambio di dati e/o di messaggi vocali inviati in modo differito su Internet (per es., per mezzo della diffusa applicazione WhatsApp).

Questo, tuttavia, è solo l’inizio. I dispositivi sono basati sull’impiego di un sottoinsieme dei cinque sensi dell’utente (principalmente vista, udito e, in misura marginale, tatto). L’integrazione sistematica di olfatto e gusto nei sensi supportati dal dispositivo potrà arricchire il contenuto informativo scambiato tra gli utenti, aumentando l’efficacia di tutti i sistemi di ICT basati sul possesso esclusivo o prevalente dell’informazione (information dominance). Il dispositivo può portare l’utente anche alla percezione di una realtà aumentata, attraverso l’impiego di speciali elementi indossabili (come gli occhiali), oppure consentire una percezione più realistica del corrispondente con cui si ‘comunica’ grazie alla generazione locale di ologrammi. Uno scenario non troppo futuribile vede la crescente sinergia tra le funzionalità del dispositivo e la realizzabilità delle stesse attraverso l’opportuno impiego del corpo dell’utente. Si può giungere così a concepire dispositivi body-related e a progettare t. basate sull’impiego del corpo umano (human bond communications). Questa visione porta alla personalizzazione estrema del dispositivo nonché al superamento di alcune limitazioni esistenti nell’interazione con il dispositivo stesso. Una di tali limitazioni riguarda, per es., la dimensione delle dita troppo grandi rispetto ai tasti di un dispositivo fisico di dimensioni contenute.

Un passo ulteriore nel futuro porta a immaginare una forte interazione tra le funzioni cerebrali del fruitore dell’informazione e le funzionalità del dispositivo (fisico o body-related) d’utente. Non è impensabile giungere all’ipotesi di comandi eseguiti dall’utente verso il dispositivo attraverso la sfera cerebrale ed emotiva. Un dispositivo così concepito supera il mero ambito tecnologico, rendendo necessaria una nuova definizione di tutto ciò che ruota intorno alla tecnologia. In particolare, la standardizzazione relativa alle t. e ai relativi dispositivi dovrà in tal caso tenere conto di delicati elementi legati non solo alla privacy ma anche all’etica.

Interdisciplinarità come chiave applicata. – Si è detto che il termine telecomunicazioni ha perso il suo significato originario per entrare in una dimensione le cui potenzialità e il cui impatto sono stati ancora solo parzialmente esplorati. Nonostante ciò, mai come oggi le nuove t. e le relative sfide tecnologiche appaiono destinate a un futuro brillante e duraturo, in quanto capaci di abilitare una serie straordinaria e apparentemente illimitata di applicazioni nei più disparati ambiti multidisciplinari. Nella concezione dei sistemi mobili 5G si delinea la totale convergenza tra il mondo tecnologico delle t., intese nell’accezione più completa e integrata (NavComSensing), e le applicazioni legate al mondo dell’energia (smart grid), della salute (e-health), della qualità della vita quotidiana dell’utente in ambiti personali (smart car, smart house) e di svago (smart entertainment), con applicazioni specifiche quasi impensabili già con l’impiego di dispositivi d’utente convenzionali. Si può solo provare a immaginare gli innumerevoli scenari applicativi costruibili con l’evoluzione dei dispositivi d’utente basati sull’impiego dei cinque sensi, la realtà aumentata con integrazioni olografiche, la struttura body-related fino a quella basata sul comando cerebro-emotivo. Dispositivi di tale portata consentiranno una tale pervasività della ICT nel quotidiano degli esseri umani da diventare essenziali nella risoluzione delle sfide per il miglioramento della qualità della vita e dei limiti nella conoscenza dei fenomeni fisici. In un futuro non troppo remoto, grazie ai dispositivi a comando cerebro-emotivo, si riuscirà magari ad avere un margine di previsione sufficiente a sopravvivere massicciamente a calamità naturali e non, terremoti compresi.

Bibliografia: C.E. Shannon, A mathematical theory of communication, «The Bell system technical journal», 1948, 27, pp. 379-423 e 623-56; B. Jerman-Blazic, Four scenarios for future evolution of the Internet, «IEEE Technology and society magazine», 2011, 30, 4, pp. 39-46; B.H. Juang, Quantification and trans mission of information and intelligence-history and outlook, «IEEE Signal processing magazine», 2011, 28, 4, pp. 90-101; Advanced networks, algorithms and modeling for earthquake prediction, ed. M. Buscema, M. Ruggieri, Aalborg 2011; C. Bonifazi, M. Ruggieri, A. Paraboni, The DAVID mission in the heritage of the SIRIO and ITALSAT satellites, «IEEE Transactions on aerospace and electronic systems», 2012, 38, 4, pp. 1371-76; C. Sacchi, T. Rossi, M. Ruggieri et al., Efficient waveform design for high-bitrate W-band satellite transmissions, «IEEE Transactions on aero-space and electronic systems», 2012, 47, 2, pp. 974-95; M. De Sanctis, T. Rossi, S. Mukherjee et al., Future perspectives of the Alphasat TDP#5 telecommunication experiment, IEEE Aero-space conference, 2013, pp. 1-9; A. Manzalini, V. Vercellone, M. Ullio, Software defined networking: sfide e opportunità per le reti del futuro, «Notiziario tecnico-Telecom Italia», 2013, 1, pp. 3143, http://www.telecomitalia.com/content/dam/telecomitalia/it/archivio/documenti/Innovazione/NotiziarioTecnico/2013/n12013/ NT1-4-2013.pdf (27 ott. 2015); M. Ruggieri, R. Prasad, M. De Sanctis et al., Integration of communications, navigation, sensing and services for quality of life: challenges, design and perspectives, in Communications, navigation, sensing and services, ed. L.P. Ligthart, R. Prasad, cap. 2, Aalborg 2013.