Aggiornamenti sulla disattivazione delle reti 2G, 3G, 4G LTE

Con il tramonto di alcune reti cellulari e la crescita delle reti 5G, l'intero panorama della connettività cellulare sta cambiando. Per le aziende che hanno implementato dispositivi basati su reti ora obsolete, le domande oggi riguardano l'aspettativa di vita di tali reti, la durata delle reti 4G LTE e se il 5G sarà presto maturo abbastanza per le loro esigenze. Questo articolo intende approfondire e rispondere a queste domande.

Perché le reti passano di moda

Gli operatori devono essere in grado di riutilizzare lo spettro per far crescere nuove reti e fornire ai clienti una tecnologia più veloce e più reattiva. La vecchia infrastruttura 2G/3G deve lasciare il posto a nuove reti e ciò significa che i vecchi dispositivi cellulari non saranno più utilizzabili e dovranno essere ritirati.

Sono due le metriche che contano in questo contesto:

1. Efficienza dello spettro, misurata in bit al secondo/Hz. Questo è un indicatore dell'efficienza del trasferimento dei dati per ogni larghezza di banda disponibile. La modulazione, gli schemi di codifica e la correzione degli errori giocano un ruolo fondamentale. Gli schemi di modulazione di ordine superiore come il 64-QAM e il 256-QAM comunemente usati nel 4G LTE permettono di trasferire i dati in bit/Hz fino a 8 volte superiore rispetto al 2G o al 3G.
2. Latenza. È il ritardo che intercorre dalla richiesta alla risposta ed è un indicatore di quanto sia reattiva una rete cellulare. Grazie agli aggiornamenti della rete cellulare e della tecnologia, la latenza è scesa da qualche secondo nei primi giorni del 2G e da qualche centinaio di millisecondi nel 3G a una manciata di millisecondi nelle reti 4G LTE e si anticipa una latenza minima nelle future reti 5G Standalone (SA).

La buona notizia è che il 4G LTE sarà disponibile per almeno un altro decennio e coesisterà con le reti 5G. Questo articolo fornirà aggiornamenti sul tramonto delle reti 2G e 3G e sulle prospettive delle reti 4G LTE e 5G per supportare chi stia pianificando il proprio percorso di migrazione.

Le prospettive sul tramonto del 2G

Figura 1: Tutti i principali operatori nordamericani elimineranno gradualmente il 2G entro la fine del 2021. (Immagine per gentile concessione di Digi)

Negli Stati Uniti, i grandi operatori sono già in procinto di chiudere i battenti sul servizio 2G:

• AT&T ha interrotto la manutenzione delle reti 2G nel 2016
• T-Mobile chiuderà il sipario sul 2G nel dicembre 2020
• Verizon Wireless eliminerà gradualmente anche la sua rete 2G CDMA entro la fine del 2020
• Sprint abbasserà la saracinesca sulla sua rete 2G CDMA nel dicembre 2021

Tuttavia, ancor prima che queste reti 2G siano completamente disattivate i dispositivi 2G non funzioneranno più in modo ottimale. Ecco cosa aspettarsi:

1. I dispositivi cellulari 2G possono ancora connettersi alla rete, ma non sarà possibile attivare nuovi dispositivi.
2. Questi dispositivi probabilmente non funzioneranno come in passato, in quanto gli operatori riattrezzeranno lo spettro per far spazio alle nuove reti in arrivo.

Altrove nel mondo:

• Bell Canada ha già disattivato le reti 2G nel 2018
• Altri operatori canadesi, come Telus e Rogers, hanno già cessato il supporto del 2G
• In Europa, il 2G avrà un'ancora di salvezza ancora per un po'. Vodafone intende supportare il servizio 2G almeno fino al 2025. Tuttavia nel frattempo inizierà probabilmente a riattrezzare lo spettro.

Le prospettive sul tramonto 3G

Figura 2: I principali operatori nordamericani prevedono di eliminare gradualmente il 3G entro la fine del 2022. (Immagine per gentile concessione di Digi)

Come le reti 2G, anche le reti 3G utilizzano uno spettro che in ultima analisi sarà necessario per supportare il 4G LTE, per questo gli operatori ne stanno pianificando l'eliminazione graduale. Inoltre, i dispositivi 3G hanno limitazioni di velocità, pari a circa 3 Mbps al massimo. Al contrario, il 4G LTE è più veloce e utilizza lo spettro in modo più efficiente, il che significa che più dispositivi possono condividere lo spettro disponibile.

I piani attuali dei principali operatori sono i seguenti:

• Verizon disattiverà la sua rete CDMA alla fine del 2020
• AT&T prevede di chiudere la propria rete 3G nel febbraio del 2022 e i cellulari 3G non possono già più essere attivati
• T-Mobile prevede di eliminare la propria rete 3G entro la fine del 2021
• Le reti 3G di Sprint saranno disattivate nel dicembre del 2022 e i dispositivi 3G non potranno più essere attivati

Questo è dunque un momento ideale per valutare le distribuzioni di dispositivi 4G LTE, argomento che sarà discusso in seguito.

Le prospettive delle reti 4G LTE

Figura 3: Mentre il 2G e il 3G saranno presto eliminati, nell'immediato futuro non si prevede che il 4G sarà eliminato. (Immagine per gentile concessione di Digi)

Anche se il 4G LTE sarà prima o poi obsoleto, nessuno si aspetta che ciò avverrà prima di un altro decennio o più nel futuro. Le imprese che oggi pianificano le distribuzioni di IoT possono star certe che le reti LTE avranno una fattibilità a lungo termine.

Infatti, non solo ci vorrà almeno un decennio o più prima che il 5G superi completamente il 4G, ma il 4G LTE fornisce tutta la larghezza di banda di cui la maggior parte delle applicazioni ha bisogno oggi – ed è una scelta molto più economica. Il 4G LTE (acronimo di Long Term Evolution) condividerà in modo molto efficace lo spettro con le reti 5G mentre queste crescono, con molti dispositivi che nel corso del tempo sono stati sviluppati sia con funzionalità 4G che 5G.

Oggi, il 5G è prerogativa solo dei primi utilizzatori che sono disposti a pagare un prezzo superiore - perché è una novità e perché consente di eseguire prove precoci e limitate. Come per tutte le nuove tecnologie, è necessario un importante sviluppo incrementale per consentire un'adozione diffusa.

Considerazioni chiave per l'adozione del 5G

Ecco alcune considerazioni importanti per aiutare a pianificare la migrazione dei sistemi attuali:

• Le reti 5G sono all'avanguardia, ma la copertura oggi è limitata e l'infrastruttura di rete deve evolvere per offrire la visione 5G di "una rete onnipresente per tutti i casi d'uso".
• Le tecnologie come 5G mmWave non sono ideali in aree con ostacoli presenti, come edifici o fogliame fitto, o in luoghi con frequenti precipitazioni di pioggia o neve. Anche il vetro a doppio strato può bloccare un segnale di 5G mmWave.
• A causa della necessità di maggior sviluppo e più test per garantire la vitalità del segnale, così come la densità dei nodi, la disponibilità completa del 5G avverrà nei prossimi 3-5 anni e forse più, a seconda dell'area geografica.

Figura 4: Il 5G consentirà velocità di trasmissione dati più elevate, maggiore densità di dispositivi e minore latenza. (Immagine per gentile concessione di Digi)

• Come il 4G LTE, il 5G consiste nell'adottare un approccio evolutivo a lungo termine e nel fornire un valore incrementale lungo il percorso. Questo è palese se si guardano le specifiche della tecnologia, che sono raggruppate nelle release dal 3^rd Generation Partnership Project (3GPP):
  • La 3GPP Release 15 è stata la prima release 5G nel dicembre 2018, focalizzata sulle basi e sulla banda larga mobile potenziata (eMMB, ossia, su applicazioni ad alta velocità).
  • La Release 16 (anche detta 5G Fase 2) è stata rilasciata nel luglio 2020. Si è concentrata sul controllo mission-critical, ma si è anche evoluta nell'eMMB.
  • La Release 17 è prevista per la fine del 2021/inizio 2022 e si concentrerà sulla presenza massiccia dell'Internet delle cose (Massive IoT) ed evolverà anche le altre due aree, attraverso una minore latenza e persino la presenza del 5G sui satelliti.
    

La strada condivisa tra 4G LTE e 5G

Mentre gli operatori hanno dovuto disattivare le reti 2G e 3G per ospitare il 4G LTE, questo non è vero per il 4G e il 5G. Il 5G utilizza un nuovo spettro, le onde millimetriche (mmWave), e può funzionare congiuntamente con lo spettro del 4G esistente. Ciò è dovuto alla condivisione dinamica dello spettro (DSS).

Che cos'è la condivisione dinamica dello spettro (DSS)?

DSS è una tecnologia che permette l'impiego sia del 4G LTE che del 5G nella stessa banda di frequenza. Alloca dinamicamente le risorse dello spettro tra le due tecnologie, in base alla domanda dell'utente.

Senza DSS, un operatore con a disposizione 20 MHz di spettro 4G LTE dovrebbe dividere tale spettro, assegnando 10 MHz al 4G LTE e addensando tutti i suoi utenti LTE in tale banda. Il restante spettro di 10 MHz potrebbe essere utilizzato per il 5G, anche se inizialmente solo per un numero contenuto di utenti 5G.

Con DSS, un operatore non deve dividere lo spettro o avere uno spettro dedicato per il 4G LTE e uno per il 5G. Può invece condividere tutti i 20 MHz di spettro tra le due tecnologie. Inizialmente, lo spettro sarà utilizzato principalmente per il 4G LTE, ma con l'aumentare del numero di dispositivi 5G, una fetta sempre maggiore dello spettro sarà utilizzata per il 5G. Alla fine, in un lasso di tempo che si stima di 15-20 anni, quando saranno pochi i dispositivi 4G LTE in uso, la maggior parte se non tutto lo spettro sarà utilizzato per il 5G.

La condivisione dinamica dello spettro permette agli operatori di utilizzare la stessa banda sia per il 4G che per il 5G. Per usare un'analogia con il traffico: invece di costruire strade diverse per autobus e automobili, DSS è come un'unica grande autostrada con corsie separate per le diverse tipologie di veicoli.

Dal 5G non autonomo al 5G autonomo

Molti dispositivi 5G, come i router cellulari, saranno costruiti sia con radio 4G che 5G affinché siano in grado di connettersi a entrambe le reti. Agli albori del 5G, devono prima connettersi al 4G LTE e poi connettersi a una rete 5G se disponibile. Questo comportamento è detto 5G Non-Standalone (NSA).

All'inizio la maggior parte dei dati sarà trasmessa tramite 4G LTE. Tuttavia, con il tempo, via via che la copertura 5G si espanderà e l'infrastruttura cellulare si sposterà al 5G Standalone (SA), sempre più dati saranno trasmessi via 5G e i cellulari potranno connettersi direttamente alla rete 5G senza passare prima per il 4G LTE. Pertanto, per continuare con l'analogia del traffico, il 5G starà al 4G come la corsia di sorpasso in autostrada.

Come si inseriscono LTE-M e NB-IoT nel 5G?

Supponiamo che nel prossimo futuro si desideri installare un grande parco di dispositivi LTE-M o NB-IoT. Questi dispositivi saranno presto obsoleti con la disponibilità del 5G? Non sarebbe meglio aspettare che il 5G si materializzi?

La risposta è che LTE-M o NB-IoT è stata una grande scelta tecnologica, perché, pur essendo tecnologie LTE 4G, sono state sviluppate come parte del paradigma evolutivo a lungo termine di LTE, con il 5G in mente.

All'inizio, LTE-M e NB-IoT sono stati progettati con particolare attenzione al 5G, per far sì che potessero funzionare o coesistere in banda con un sistema 5G. Per questo sono un percorso compatibile con il 5G futuro, più di quanto non sarà il 4G LTE.

Come accennato in precedenza, la Release 17, prevista per la fine del 2021/inizio 2022, sarà la prima incentrata su Massive IoT, nel senso che i chipset e i dispositivi vi faranno presto seguito con una prima disponibilità nel 2022/2023.

Quattro modi per prepararsi al 5G oggi

Che cosa si può fare oggi per prepararsi al 5G? Pensare a un aggiornamento ora o aspettare? Il 5G è davvero necessario oggi? Digi ha ricevuto queste e molte altre domande simili dai clienti. Di risposta, è stato approntato il seguente processo di passi attuabili:

1. Identificare le applicazioni 5G

Identificare le applicazioni in cui una velocità molto superiore e una minore latenza ottimizzerebbero le operazioni. Un esempio lampante sono le applicazioni che sfruttano l'edge computing per l'apprendimento automatico e la manutenzione predittiva.

Le esigenze delle applicazioni cambieranno nei prossimi 5 anni in termini di volume di dati, latenza e requisiti di potenza? Ad esempio, LTE-M e NB-IoT rendono possibili nuovi dispositivi alimentati a batteria e nuovi modelli di business che non erano possibili con il 2G/3G.

Altre domande da porsi: quale livello 5G è necessario? Il 5G sub-6 con una copertura a livello nazionale ma con prestazioni simili al 4G LTE oggi oppure il 5G mmWave ad alta velocità, per lo più disponibile in ambienti urbani densamente popolati? Questo è un fattore importante, perché, come detto in precedenza, non tutto lo spettro sarà disponibile ovunque e la disponibilità di spettro si evolverà nel tempo. Le apparecchiature esistenti possono essere abilitate al 5G o dovranno essere sostituite?

2. Stendere l'inventario dei dispositivi

Capire il percorso evolutivo appropriato dal 4G al 5G aiuterà a pianificare il futuro. Forse oggi sono ancora in uso dispositivi 2G o 3G o l'applicazione usa dispositivi 4G di prima generazione che possono trarre vantaggio da un aggiornamento al 4G LTE con processori più veloci e velocità cellulari 4G Gigabit LTE. In questo caso, si consiglia di guardare ai dispositivi modulari o dispositivi predisposti per il 5G, ovvero che tipicamente hanno la potenza e le interfacce idonee per supportare il 5G tramite un aggiornamento radio.

3. Quantificare il costo o il rischio di mantenere lo status quo

Se i dispositivi 2G o 3G sono ancora in uso, esiste il rischio di perdita di connettività e di interruzioni del servizio a causa di un arresto della rete. I dispositivi 4G LTE sono generalmente considerati accettabili, ma si consideri l'età del dispositivo per valutare se sia opportuno sostituirli o passare già a un dispositivo più recente. I fattori chiave da considerare sono la sicurezza del dispositivo e gli aggiornamenti del firmware. Come sempre, Digi può essere un'ottima guida in queste scelte.

4. Creare un business case per la migrazione

Effettuare un'analisi costi/benefici che mostri quando e se il passaggio a 5G sia una mossa utile. Si pensi alle fasi tecnologiche intermedie significative come parte del piano di migrazione. Ad esempio, si valuti un dispositivo modulare di fascia superiore 4G LTE/predisposto per il 5G che fornisce oggi un percorso di aggiornamento al 5G quando il business case potrà sostenere la migrazione al 5G.

Collaborare con i partner (dispositivi e operatori di reti mobili) per allineare i tempi di disponibilità dei dispositivi e delle reti. Considerare i costi di installazione, ad esempio delle apparecchiature da esterno 5G mmWave.

Pianificare il cambiamento

Oggi, soprattutto nei paesi sviluppati, coloro che si preparano per le distribuzioni di dispositivi hanno un'ottima scelta con il 4G LTE, che ha un'elevata velocità e una latenza ragionevolmente bassa per la maggior parte delle applicazioni.

Nei paesi meno sviluppati, il 4G LTE rimarrà probabilmente lo standard per diversi decenni a venire.

Allo stesso tempo, la copertura di rete 5G crescerà e la tecnologia fornirà in ultima analisi l'altissima velocità e la bassa latenza che saranno determinanti per le tecnologie avanzate come i veicoli a guida autonoma.

I dispositivi 2G/3G invece hanno i giorni contati ed è tempo di pianificare l'inizio di una distribuzione 4G, se non è già in corso. Essere uno dei primi ad adottare il 5G nello spazio commerciale o industriale significa essere un precursore. Contatta Digi per discutere dei piani futuri e per sapere come richiedere assistenza con applicazioni specifiche.