5G Standalone: cos'è e quali sono le differenze rispetto all'attuale 5G

A pieno regime si potrà parlare di una vera e propria infrastruttura mobile di quinta generazione, oggi siamo nella fase della 5G Non-Standalone (NSA), che banalmente potremmo tradurre come "non autonoma". "Nel caso del 5G Non Standalone la connessione 5G non può esistere autonomamente", spiega Massimo Basile, Head of Networks and Managed Services Pre-sales di Ericsson per l'Italia e il Sud Est Mediterraneo. "La rete 5G si appoggia in tutto e per tutto alla rete sottostante 4G, sia per gestire la connessione radio che per la commutazione dei servizi (core network). Un terminale 5G NSA, ne consegue, deve essere sempre e comunque collegato alla rete 4G, anche quando sta scambiando dati attraverso la rete 5G. Mentre una connessione 4G può rimanere in piedi da sola, quella 5G NSA no, pertanto in assenza del 4G non ci può essere nemmeno il 5G."

5G SA - 5G NSA: le differenze e i motivi della natura duplice

Ericsson, in qualità di fornitore dei principali operatori mobili, sa bene che il principale vantaggio del 5G NSA, per gli operatori, è nel riutilizzo della rete esistente 4G. "Tutta la gestione della segnalazione, l'instaurazione della chiamata e così via, sono gestite dalla radio e core network 4G", sottolinea Basile. "Con la 5G NSA si aggiunge alla stazione radio 4G una radio 5G operante nelle nuove frequenze per fornire così agli utenti 5G NSA accesso alla capacità aggiuntiva e si fa un semplice upgrade software della core network 4G".

Non è da sottovalutare questa fase poiché ha permesso di accelerare l’introduzione del 5G sul mercato evitando la realizzazione di una nuova core network 5G più complessa. In questo modo si sono anticipati i tempi di circa due anni - lo sparo dello starter invece che nel 2018 sarebbe slittato al 2020, e considerata la pandemia forse al 2021.

Secondo molti operatori è stata una strada quasi inevitabile a causa della limitata copertura e disponibilità (iniziale) delle frequenze 5G. "La presenza del 4G garantisce continuità del servizio e performance più stabili", assicura Basile. "Inoltre un terminale connesso in 5G NSA può combinare il flusso di dati del 5G con quello del 4G, beneficiando di una velocità di connessione e capacità superiori. Il 5G NSA ha dei limiti, ma nella fase iniziale dell’implementazione del 5G questi sono ampiamente superati dai benefici". Dopodiché è bene chiarire che con il perfezionamento della copertura del 5G "il passaggio alla Standalone diventerà necessario per sfruttare al massimo le potenzialità del nuovo standard".

I vantaggi della 5G Standalone

L'architettura 5G Standalone prevede che la rete 5G sia in tutto e per tutto autonoma. "Ovvero che possa esistere un terminale 5G connesso ad una rete radio 5G, a sua volta connessa ad una core network 5G senza altri intermediari", puntualizza Basile. "Con la Standalone esiste solo il 5G, le tecnologie precedenti non vengono interessate dalla connessione ma esistono solo come ripiego, quando la copertura 5G è assente".

I migliori benefici si avranno nella possibilità di accesso e connettività alle reti, riduzione della latenza, incremento della copertura, sicurezza e anche riduzione dei consumi delle batterie degli smartphone. Insomma, tutto ciò che è stato ampiamente illustrato nelle sperimentazioni diventerà realtà: dalla medicina a distanza, alla agricoltura computerizzata fino alle fabbriche wireless. Senza contare ovviamente la possibilità di raggiungere prestazioni in download e upload superiori, e una velocità di picco più immediata.

Le differenze a livello di velocità e autonomia

Un sistema 5G SA è decisamente più semplice poiché l'eventuale smartphone si collega a una sola rete, invece che due – nella 5G NSA entra in ballo sempre anche quella 4G. Tutto questo si traduce in procedure di connessione più veloci. "Inoltre un terminale 5G SA consumerà meno la batteria, perché ha necessità di tenere in piedi una sola connessione, non deve dialogare con entrambe le reti 4G e 5G", spiega Basile. "La maggiore velocità con cui la connessione 5G SA può essere stabilita ha ricadute positive sulla qualità del servizio: in NSA quando l’utente avvia una nuova connessione, ad esempio fa partire un download, questa inizierà in 4G per poi passare al 5G dopo un po’ di tempo, piccolo ma non trascurabile, durante il quale le prestazioni della connessione saranno quelle del 4G".

Tendenzialmente questo ritardo non è un problema se si devono scaricare grandi quantità di dati: si parte leggermente più tardi ma poi la velocità aumenta. Altro caso invece quando si parla di piccole quantità di dati frequenti, come ad esempio i messaggi Whatsapp, singole foto inviate o mail. Il rischio è che prima che venga abilitata la connessione 5G si completi tutto in 4G; in mezzo secondo infatti potrebbe essere tutto terminato.

"E questo non è soltanto legato alla limitata copertura del 5G, ma è intrinseco alla modalità operativa del 5G NSA. Un terminale 5G SA scambierà dati sempre e solo tramite la rete 5G, accedendo immediatamente, senza 'ritardi' alle prestazioni e capacità del nuovo standard, riducendo anche il carico sulla rete 4G pre-esistente a vantaggio degli utenti 4G", conclude Basile.

Cosa cambia a livello di sicurezza

Il 5G viene considerato uno standard di comunicazione mobile più sicuro poiché implementa non solo tutte le funzionalità già incluse nella 4G ma impiega protocolli di sicurezza a livello core network aggiornati. Di fatto abbandona quelli vecchi come l’SS7 o il Diameter usati per le tecnologie 4G e precedenti.

"Solo in architettura Standalone è possibile beneficiare interamente dei meccanismi di sicurezza più avanzati del 5G; in modalità NSA, infatti, la connessione è sempre in piedi attraverso la rete 4G pre-esistente, quindi con la sicurezza del 4G", assicura Basile. "Attenzione, anche il 4G è una tecnologia molto sicura, quindi non c’è da preoccuparsi, ma il ragionamento è importante in prospettiva, quando nelle reti 5G passeranno servizi particolarmente avanzati, come la telemedicina o la chirurgia a distanza".

Latenza (qualcuno ha detto videogiochi?)

Gli appassionati di videogiochi storicamente sanno bene quanto sia importante la latenza soprattutto nel multiplayer o nel cloud gaming. In verità è una misura della reattività della rete alle nostre richieste. "Più bassa è la latenza, più veloce la rete è a rispondere", spiega il manager.

"Solo con latenze molto basse è possibile realizzare servizi come il controllo a distanza di un veicolo in movimento, che sia una auto o un drone, oppure manovrare una scavatrice da remoto, o il robot-chirurgo in sala operatoria connesso senza fili", aggiunge Basile. "È proprio l'architettura SA che rende possibile raggiungere i livelli di latenza minimi da 1 ms promessi dal 5G, poiché si abbandona la rete di vecchia generazione e la architettura end to end è più semplice, dall’utente alla applicazione".

Cloud nativo e slicing

La 5G Core inoltre, l’elemento chiave della rete 5G Standalone, è realizzata interamente in architettura a servizio (SBA), con software cloud nativo. Questo garantisce la flessibilità ideale per gestire in modo molto più preciso e potente lo slicing, la realizzazione di reti virtuali all’interno delle reti reali.

Le cosiddette "network slice" permetteranno agli operatori di dedicare parte delle loro reti a specifici servizi garantendone qualità e performance. I servizi che transiteranno in una slice dedicata risulteranno isolati da quelli di altre slice, migliorando la sicurezza (i servizi non interferiranno fra loro) e garantendo la qualità grazie a una capacità garantita.

Il percorso di avvicinamento: da 5G NSA a 5G SA

Il tema centrale per la transizione è legato alla copertura. Il primo passo dovrà essere quello di implementare le frequenze del 5G ovunque si intendano lanciare nuovi servizi basati su Standalone, che siano aree localizzate o limitate per reti private, oppure su larga scala.

"Il mobile broadband, ad esempio, andrebbe offerto in 5G SA solo quando la copertura del 5G sarà paragonabile a quella del 4G, pena il rischio di inficiare le prestazioni a causa di una copertura discontinua", prevede Basile. "Una volta disponibile una buona rete radio 5G, gli operatori dovranno attivare la core 5G (o 5GC), da affiancare alla core network attuale che gestisce il 4G ed il 5G NSA". Ericsson in tal senso propone la cosiddetta "Dual Mode Core", in grado di gestire simultaneamente le reti tradizionali 4G e 5G NSA, e le reti 5G Standalone.

C'è però un paradosso. "Un utente 5G SA potrebbe godere di una velocità di connessione inferiore a quella di un utente 5G NSApresente nella stessa rete", aggiunge Basile. Il motivo si deve al fatto che l'utente 5G SA può accedere solo alla rete 5G mentre quello 5G NSA, grazie alla "Dual Connectivity" può godere della combinazione del flusso dei dati ricevuto dalle reti 4G e 5G insieme.

"Un modo semplice per risolvere il problema è quello di disattivare il 4G in alcune delle attuali frequenze e dedicarle al 5G (refarming, NdR.). Una operazione 'brutale' che va a discapito dell’utenza 4G che vedrà ridotta la velocità e la capacità, e che gli operatori vogliono evitare visto che per molti anni ancora il traffico 4G sarà la componente dominante sul totale".

Ericsson propone per questa criticità la tecnologia Dynamic Spectrum Sharing (DSS), "che permette di usare la stessa frequenza contemporaneamente per il 4G e il 5G grazie ad un sofisticato algoritmo che ogni millisecondo decide quale utente servire". Con il DSS gli utenti 4G potranno continuare ad usufruire del servizio esistente mentre quelli 5G avranno accesso ad una capacità maggiore anche in modalità SA.

"Molti operatori stanno attivando il DSS proprio per prepararsi ad una configurazione ottimale della rete in tutte le modalità", spiega Basile. "In alcune reti il DSS è stato anche attivato in aree prive della copertura delle frequenze aggiuntive del 5G (midband). In queste aree il DSS permette di offrire un servizio 5G con prestazioni paragonabili a quelle del 4G pre-esistente. In futuro disporre di una connessione 5G anche nelle aree dove sono presenti solo le frequenze utilizzate oggi dal 4G grazie al DSS permetterà di mantenere una connessione 5G stabile in mobilità, soprattutto in Standalone, con i relativi vantaggi in termini di latenza e sicurezza. Presumibilmente poi gli operatori porteranno in tali aree anche le frequenze aggiuntive del 5G per offrire maggiore velocità e capacità quando necessaria".

La prospettiva insomma è di assicurare il perenne collegamento in 5G sfruttando le nuove frequenze e temporaneamente il DSS per le frequenze pre-esistenti del 4G.

Gli attuali smartphone 5G sono compatibili con il 5G SA?

La maggior parte degli smartphone 5G in vendita supporta sia 5G NSA che 5G SA. L'unica criticità è che per i primi modelli in circolazione non basta il supporto SA, ma deve esserci anche "l'autorizzazione" o lo sblocco da parte dell'operatore; ecco spiegato il motivo per cui nelle pagine web ufficiali di questi vi sono riferimenti ai modelli compatibili. Per il futuro però ci si attende che tutti i dispositivi SA funzioneranno in tutte le reti SA senza necessità di test particolari.

Ad ogni modo se la rete è 5G SA e il terminale supporta solo 5G NSA verrà visto come un normale terminale 4G. Chi avesse già acquistato uno smartphone che supporta solo 5G NSA non deve preoccuparsi, secondo Ericsson. "Gli operatori potranno mantenere attivo il servizio 5G NSA parallelamente al 5G SA: le due architetture possono tranquillamente coesistere", dichiara Basile. "Non sono all’orizzonte problemi quindi per chi avesse acquistato uno smartphone di prima generazione compatibile solo con 5G NSA. Almeno per qualche anno".

Quando avremo una 5G Standalone?

La transizione verso la 5G SA è iniziata da poco tempo, ed Ericsson come altri fornitori sta mettendo in gioco diverse tecnologie per affrontare questa fase nella modalità più flessibile. "La 5G RAN Ericsson è in grado di supportare NSA e SA simultaneamente, nelle stesse stazioni radio, e l’upgrade di una rete 5G RAN da NSA a SA può essere fatto da remoto, mediante un semplice aggiornamento software", ricorda Basile. "Inoltre la tecnologia DSS, come spiegato precedentemente, faciliterà l’introduzione dell’SA migliorando la capacità e la copertura del servizio. A livello core network Ericsson offre una 5G Core cloud native, in architettura Service Based e capace di gestire, grazie alla Dual Mode Core, anche il traffico tradizionale 5G NSA, 4G etc."

In sintesi Ericsson oggi è fornitore di circa 80 reti 5G commerciali in 40 Paesi, di cui 5 sono realizzate già in architettura 5G Standalone. I mercati asiatici, in particolare la Cina – che avrebbe voluto evitare la 5G NSA – sono più avanti. Così come gli Stati Uniti. "In Europa prevediamo a breve di accendere le prime reti Standalone. Nei nostri mercati c’è un fortissimo interesse in particolare per i vantaggi che la SA porterà per le applicazioni industriali", conclude Basile. "Molti operatori europei stanno parzialmente ritardando gli investimenti in attesa che emergano nuovi servizi e la relativa domanda con il rischio di ritrovarsi con la 4G intasata dato che il traffico sta crescendo del 50% l'anno. È un po' come il paradosso dell'uovo e della gallina. Spesso nei mercati europei si aspettano i servizi per investire sulla rete; in Asia e Nord America si punta a investire subito sulle reti per stimolare l'innovazione e l'offerta di nuovi servizi".

Ok, ma con quali servizi verrà attivata la 5G SA nei prossimi tempi? Nel breve periodo è possibile che i primi ad accelerare i tempi per migrare ad una architettura 5G SA siano i servizi fixed wireless access. Gli operatori mobili invece saranno stimolati a fornire servizi su reti 5G SA soprattutto in ambito business e industriale. Quando la copertura 5G sarà sufficientemente capillare, che sia per aree geografiche, come le città, oppure sull’intero territorio nazionale, il 5G SA verrà anche utilizzato per il mobile broadband ed il consumer sebbene, riconosce Basile, “oggi, a parte il gaming e le sue esigenze di latenza, servizi consumer che richiedano alte velocità da 5G SA non ci sono ancora.”. Esistono però esigenze di capacità che comunque spingeranno gli operatori a mettere in campo le nuove frequenze per il 5G e investire nella realizzazione delle reti 5G.

In sintesi, si tratta di trasformare l'attuale necessità di capacità in un'opportunità di business. "L'abbiamo già sperimentato in passato con le precedenti generazioni di rete. Non bisogna attendere una killer application per progredire sulle infrastrutture", avverte Basile di Ericsson. Il killer in fondo è già tra noi: è la nostra bramosia di connettività ad alte prestazioni.

Articolo originariamente pubblicato su hdblog.it