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SETTEMBRE 2024 FIELDBUS & NETWORKS 47 Fieldbus & Networks dispositivi terminali (user equipment) comunicano in modalità wireless con le stazioni di trasmissione radio (base station). Nelle reti private vi sono antenne per uso interno o esterno, che presentano un design simile ai Wlan access point. Le base station si collegano a loro volta mediante ponti radio o cavi in rame o fibra di vetro (backhaul) con il centro di elaborazione dati centrale (net- work core). Il network core delle reti private è costituito da un dispositivo locale da 19” nella sala server, che funge da elemento di comunicazione centrale della rete ed è responsabile del routing dei dati utili verso altre utenze wireless, o del loro inoltro a Internet. Si occupa inoltre della gestione e autenticazione dei singoli collegamenti. È importante che la trasmissione dei dati avvenga in una rete privata situata nei locali dell’azienda, in quanto è proprio questo elemento a garantire una comunicazione affidabile con latenza minima e maggiore affi- dabilità contro i guasti, poiché le vie di trasmissione sono brevi e l’operatore ha piena sovranità sulla rete (si veda figura 3). Ridotto onere di cablaggio in reti estese Una rete 5G privata utilizza una frequenza di banda concessa in licenza: è que- sto ciò che distingue la tecnologia da soluzioni senza licenza come Wlan. L’uso esclusivo offre un controllo nettamente maggiore della gamma di funzioni, un utilizzo più efficiente della tecnologia e una migliore prioritizzazione delle utenze di comunicazione. Non esistono, per esempio, circostanze limitanti, per cui oc- corre garantire la coesistenza con altre utenze wireless, nella gamma priva di licenza. Questo aspetto costituisce un vantaggio per il 5G, in particolare in pre- senza di un numero elevato di utenze wireless in un’area ristretta. Inoltre, la rete mobile consente l’utilizzo di celle notevolmente più grandi in applicazioni outdoor. Sia che si tratti della copertura di campi d’aviazione, porti o grandi im- pianti di processo, tutto è possibile con un numero nettamente inferiore di base station, riducendo così notevolmente l’onere di cablaggio rispetto a soluzioni wireless tradizionali. Il 5G supporta, inoltre, un ampio numero di applicazioni attraverso un’unica infrastruttura. Con attenzione all’eMBB è possibile implementare applicazioni video, manutenzione remota di macchine o innovative soluzioni AR (Augmented Reality); mMTC entra in gioco, in particolare, nella logistica o nel facility mana- gement in loco. Grazie a questa caratteristica è possibile controllare mezzi di trasporto, o trasmettere valori di consumi quali acqua, corrente o gas, rispar- miando energia. Gli utenti sono tuttavia principalmente interessati alle funzioni uRLLC per la comunicazione sul campo: nei robot si evita il carico meccanico di catene portacavi; le parti dell’impianto possono essere riorganizzate senza dover adattare il cablaggio alla comunicazione. Inoltre, i veicoli a guida auto- matica (AGV) possono scambiarsi dati tra loro oppure impiegando sensori fissi. È anche possibile ipotizzare l’outsourcing dell’intera intelligenza di tutte queste utenze in un sistema server centrale, in modo da ridurre i costi delle attrezzature e incrementare la scalabilità. Il 5G collega quindi numerose applicazioni in un’u- nica infrastruttura wireless e, grazie all’onere ridotto di cablaggio in reti estese, si ottiene un ROI (ritorno dell’investimento) in tempi rapidi. Inoltro rapido e affidabile di piccoli pacchetti di dati Negli esempi precedenti si parla, tra l’altro, di una trasmissione sicura dei dati da un veicolo a guida automatica a un sensore di sicurezza fisso o ad altri AGV. Se questo è possibile, l’AGV non deve più affidarsi soltanto ai sensori installati su di sé, con cui può muoversi solo a vista. Grazie a informazioni supplementari, provenienti da fonti esterne, il veicolo può attraversare zone pericolose a piena velocità senza incorrere in una collisione con una persona dietro a una curva, o scontrarsi con altri AGV a un incrocio. La base di tutto ciò è la comunicazione fieldbus sicura tra il controllore dell’AGV e le altre utenze mediante protocollo Profisafe, il profilo di sicurezza di Profinet (si veda figura 4). I pacchetti di dati I/O ciclici, da inoltrare a intervalli brevissimi con elevata affi- dabilità, si dimostrano particolarmente importanti nella trasmissione wireless. Un time-out attiverebbe infatti un arresto di emergenza, e gli addetti all’AGV dovrebbero disinserire manualmente l’alimentazione del veicolo. Inoltre, questa comunicazione si basa sul Layer 2 del modello di riferimento OSI; il livello di sicurezza del modello scambia dati tramite indirizzi MAC in una rete chiusa e non è possibile eseguire il routing di queste informazioni. Lo scambio dati mediante una rete 5G attuale richiede, tuttavia, un routing, in quanto la rete opera sul Layer 3 e gli AGV, le celle robot o la rete di produzione usano una rete a se stante. Il Layer 3 rappresenta il livello di interconnessione e funziona con indirizzi IP per lo scambio dati anche oltre i confini della rete. Pertanto, la trasmissione dati deve avvenire mediante un tunnel di Layer 2 che collega l’AGV con un altro AGV e alla rete di telefonia mobile, oppure a quella cablata in produzione. Il tunnel incapsula i dati del collegamento del Layer 2 nel pacchetto IP, per cui può successivamente essere eseguito il routing alla loro destinazione, dove vengono decapsulati. Il tunnel dovrebbe garantire un risparmio di risorse, in modo che non vi siano colli di bottiglia nella comunicazione. Fig.3 - Struttura e componenti di una rete di telefonia mobile privata Fig.4 - Schema della comunicazione Profisafe di un AGV con un sensore di sicurezza fisso in un punto pericoloso; il tunnel Gretap collega entrambe le reti sul Layer 2 mediante la rete di telefonia mobile