4G contro 5G: Qual è la differenza e come il settore industriale può beneficiarne?

• Confronto tra 4G e 5G nell'applicazione industriale
• Come il 5G trasformerà la connettività nelle linee di produzione e sosterrà i modelli di business di Industrie 4.0
• Vantaggi del 5G per il settore industriale

L'introduzione della rete di comunicazione 5G è stata un evento di grande rilevanza per la comunità industriale per diverse ragioni. Il 5G rappresenta la prima rete wireless di massa progettata specificamente per il settore industriale, a differenza delle versioni precedenti che erano fortemente orientate verso la rete cellulare. Per comprendere l'importanza di una rete wireless dedicata al settore industriale, è utile iniziare con un confronto tra ciò che era disponibile con la versione precedente (4G) e il 5G.

Le principali differenze

Per realizzare l'automazione industriale promessa da Industria 4.0, è fondamentale uno scambio di dati quasi istantaneo. Questo scambio può avvenire sia tra macchine che tra macchine e cloud, ma il successo del trasferimento dipende da una rete che offra bassa latenza e alta capacità di banda.

Altri aspetti da considerare nel confronto delle opzioni di rete includono l'ambiente dello stabilimento e la sua ubicazione. Gli ambienti industriali sono caratterizzati da muri rinforzati e onde elettromagnetiche generate come sottoprodotti dei processi industriali. Questi muri e le strutture situate in aree remote rappresentano ostacoli significativi all'uso di reti wireless in contesti industriali.

Le reti 4G sono strutturate in modo centralizzato e si affidano a grandi torri o stazioni per fornire le comunicazioni wireless che le caratterizzano.

Questa centralizzazione implica che, quanto più una struttura si trova distante dall'infrastruttura di rete, tanto più il trasferimento dei dati diventa inaffidabile.

Inoltre, il 4G ha incontrato difficoltà nel garantire trasferimenti di dati a bassa latenza e con alta capacità di banda su lunghe distanze e attraverso muri rinforzati. Di conseguenza, molte strutture hanno continuato a preferire le reti cablate, che offrivano una stabilità superiore rispetto alle reti wireless 4G.

Il motivo principale per lo sviluppo delle reti 5G era superare tutti gli ostacoli legati all'uso del 4G nelle linee di produzione. A differenza del 4G, che si basa su torri o stazioni centralizzate, il 5G utilizza unità decentralizzate o piccole celle che possono essere posizionate in aree remote, avvicinandosi così alle strutture industriali. Queste celle sono più compatte e consumano significativamente meno energia rispetto alle stazioni 4G tradizionali, rendendole più semplici da installare.

L'impiego di unità di celle compatte e di un'infrastruttura maggiormente decentralizzata offre al 5G un metodo più esteso e meno oneroso per garantire connettività alle strutture situate in aree remote. La prossimità delle unità di celle alle zone industriali e alle aree isolate assicura inoltre un accesso più affidabile alle reti wireless, essenziale per supportare i modelli di business di Industrie 4.0.

Confronto tra 4G e 5G

Nell'ambito delle applicazioni industriali delle reti wireless, i fattori da valutare quando si mettono a confronto le opzioni di rete wireless di due generazioni diverse comprendono:

Questo criterio si riferisce alle velocità di upload e download dei dati di entrambe le opzioni di rete e alla loro capacità di supportare trasferimenti di dati in tempo reale.

Le reti 4G LTE offrono generalmente velocità di picco di circa 100-300 mbps a seconda della vicinanza di una risorsa a una stazione di rete. Anche se questa velocità è abbastanza per supportare i processi industriali, la vicinanza e gli ambienti industriali influenzano la sua affidabilità. Le reti 5G offrono velocità di circa 10-30 Gbps, il che vuol dire circa da 10 a 20 volte di più della rete 4G media.

L'aumento esponenziale della velocità di download e upload che il 5G offre per garantire l'affidabilità della connettività batte il 4G e le connessioni cablate.

L'interconnettività dipende dalla velocità e dall'affidabilità con cui i dati vengono trasferiti da un endpoint o asset industriale a un altro e viceversa. Idealmente, una rete affidabile deve garantire una bassa latenza.

Il 5G è attualmente la definizione di una rete a bassa latenza che assicura che i dati viaggino a velocità prossime al tempo reale, supportando così le applicazioni industriali che richiedono comunicazioni in tempo reale. Rispetto alla latenza offerta dal 4G, le reti 5G offrono un tasso di latenza che è da 4 fino a 5 volte più veloce, consentendo il trasferimento di grandi pacchetti di dati. La latenza eccezionalmente bassa che offre il 5G è ideale per realizzare modelli di business Industrie 4.0 che si basano su grandi trasferimenti di dati.

Questo criterio si concentra sul numero di risorse o dispositivi che una rete può supportare prima di accumulare ritardi o una notevole riduzione dei suoi livelli di velocità e latenza.

L'applicazione dell'IoT industriale, l'edge computing, i dispositivi smart e gli HMI all'interno delle strutture industriali richiedono ampie reti che supportino migliaia di dispositivi. Le reti 4G sono in grado di supportare circa centomila dispositivi per chilometro quadrato, anche se quando sono a piena capacità si verificano problemi di latenza. Le reti 5G espandono la connettività che offre il wireless a un milione di dispositivi per chilometro quadrato.

Quindi il 5G offre l'accesso alla connettività di un numero di dispositivi fino a 10 volte superiore a quello che può supportare il 4G. L’ampia connettività che il 5G offre, supporta i miliardi di dispositivi connessi che si prevede saranno in funzione quando più imprese abbracceranno Industrie 4.0.

Le operazioni industriali dipendono da grandi quantità di energia per funzionare in modo ottimale. Le bollette del consumo energetico sono una parte significativa del costo totale di produzione di una struttura media. Una rete più efficiente dal punto di vista energetico riduce i costi generali totali.

Le reti 5G utilizzano il 90% in meno di energia per ogni bit di dati trasferiti rispetto alle reti 4G. La riduzione dell'uso di energia è abbastanza grande, il che lo rende uno dei motivi principali per cui molte strutture industriali intendono trarre vantaggio dalle reti 5G. La riduzione delle spese energetiche porterà a una riduzione dei costi di produzione che può essere trasferita ai consumatori di prodotti industriali.

Si riferisce alla quantità di dati che una rete può supportare quando si trasferiscono dati in tempo reale. Il processo industriale produce grandi set di dati che devono essere trasferiti in modo affidabile per fornire una completa automazione.

Le aree industriali dedicate evitano di usare il 4G per esigenze di ampie reti a causa della lentezza del trasferimento dei dati. Immaginate un'area con centinaia di impianti industriali e migliaia di beni che si affidano a una rete wireless centralizzata. La velocità di trasferimento dei dati è destinata ad essere influenzata dal volume di dispositivi che richiedono i suoi servizi. Le reti 5G sono state sviluppate per gestire una larghezza di banda mille volte superiore a quella supportata dal 4G.

Conclusione

Il 5G è la nuova generazione di reti wireless disponibili per l'uso pubblico. Questa quinta iterazione offre un percorso più stabile, affidabile e scalabile per le strutture industriali per raggiungere i loro obiettivi di Industrie 4.0 rispetto al 4G. La bassa latenza e l'elevata larghezza di banda che il 5G garantisce dovrebbero essere la forza trainante per l'implementazione di concetti che si basano sull'interconnettività e l'interscambio di grandi quantità di dati.