Il traffico delle comunicazioni senza fili
Quando usiamo uno smartphone, ci colleghiamo al Wi-Fi o utilizziamo il navigatore satellitare trasmettiamo informazioni in un modo che, a differenza di una lettera o di un più rudimentale segnale di fumo, non riusciamo a vedere. Eppure, i segnali wireless riempiono lo spazio in una fitta rete di frequenze, rendendo possibili molti aspetti della nostra quotidianità. Ce ne parla Paolo Barsocchi, ricercatore dell'Istituto di scienza e tecnologie dell'informazione "A. Faedo" del Cnr
Segnali invisibili che attraversano lo spazio senza bisogno di percorrere binari, strade o linee elettriche. Sono i segnali wireless, o senza fili, oggi essenziali per comunicare, orientarci, lavorare, gestire servizi, ma anche monitorare ambienti e supportare l'assistenza, la mobilità e la sicurezza. Tecnologie nuove che, come ci racconta Paolo Barsocchi, ricercatore dell’Istituto di scienza e tecnologie dell'informazione "A. Faedo" (Isti) del Cnr, affondano le proprie basi teoriche in un mondo molto diverso da quello che conosciamo oggi. "La storia delle comunicazioni wireless è una sorta di staffetta scientifica: Faraday, circa due secoli fa, ci ha insegnato a immaginare lo spazio attraversato da campi invisibili; alla fine dell’800, Maxwell ha descritto matematicamente le onde elettromagnetiche ed Hertz le ha prodotte e misurate in laboratorio; poco tempo dopo, Marconi le ha usate per comunicare a distanza; Shannon, a metà del secolo scorso, ci ha dato il linguaggio moderno per capire come codificare, trasmettere e ricostruire l'informazione".
Da Marconi, che aveva previsto il carattere dirompente della sua “telegrafia senza fili”, siamo arrivati oggi al Wi-Fi, al Gps, al 4G e al 5G. “Ogni passaggio ha prodotto un cambiamento sociale: prima la comunicazione di massa, poi la mobilità, quindi Internet ovunque, fino agli oggetti connessi e agli ambienti intelligenti”, specifica l’esperto.
Ma come funzionano le comunicazioni senza fili? Per trasmettere le informazioni si sfruttano le onde elettromagnetiche, variazioni opportunamente modulate di campi elettrici e magnetici che si propagano nello spazio. “Il dato fisico - una voce, un'immagine - viene trasformato in informazione digitale, cioè tradotto e memorizzato in forma elettronica. Successivamente, un dispositivo converte il dato digitale in un segnale radio, modificandolo, o ‘modulandolo’, per trasportare bit e pacchetti di dati. Il segnale viene, infine, ricevuto da un'antenna che lo interpreta, corregge eventuali errori e ricostruisce l'informazione originale”, spiega Barsocchi. "Lo spettro elettromagnetico è come una grande autostrada invisibile, nella quale ogni tecnologia viaggia su corsie diverse: radio, Wi-Fi, Bluetooth, Gps e reti cellulari usano porzioni differenti dello spettro, in particolare le frequenze radio e le microonde. Tutte queste tecnologie convivono nello stesso spazio seguendo delle regole. Lo spettro radio è infatti organizzato da norme, standard e protocolli. Alcune frequenze sono assegnate a usi specifici, altre sono condivise; vi sono poi alcuni dispositivi che rimettono ordine, in modo da ridurre le interferenze, scegliere il canale migliore, ritrasmettere i dati persi e adattarsi alle condizioni dell'ambiente".
Una gestione complessa di un traffico invisibile che richiede reti, algoritmi, standard internazionali e moltissima ricerca, come puntualizza il ricercatore: “Per l'utente ogni comunicazione sembra semplice e immediata: si preme ‘invia’ e il messaggio arriva. In realtà, dietro un semplice gesto, come mandare una foto o aprire una mappa, c’è un sistema nervoso invisibile collegato tramite antenne, satelliti, router, sensori, reti cellulari, protocolli di comunicazione e sistemi di elaborazione dei dati: non lo vediamo, ma permette al mondo fisico e a quello digitale di percepirsi, scambiarsi informazioni e reagire".
Oggi non comunicano solo le persone, ma anche sensori, edifici, veicoli, dispositivi indossabili e infrastrutture, oggetti e ambienti che raccolgono informazioni e scambiano dati in modo autonomo. È il cuore dell'Internet of Things, l’Internet delle cose, tra gli ambiti di ricerca del gruppo di Barsocchi, che sottolinea: "Una casa può rilevare cambiamenti nelle abitudini di una persona anziana, un dispositivo indossabile può raccogliere parametri sanitari, un edificio può adattarsi alle esigenze di chi lo attraversa”.
Le applicazioni concrete sono molte: dall'assistenza alle persone alla navigazione guidata all'interno di edifici come ospedali, musei o aeroporti; dall'agricoltura digitale alla sicurezza in ambienti difficili, fino alle comunicazioni affidabili per settori critici. “L'obiettivo non è sostituire le persone, ma offrire strumenti di supporto. In alcune applicazioni - si pensi alla telemedicina - un ritardo o un errore nella trasmissione può avere conseguenze importanti. Per questo la ricerca lavora su reti capaci di adattarsi al contesto, ridurre gli errori e garantire prestazioni elevate anche in condizioni difficili”, specifica il ricercatore, che conclude: "In futuro le reti saranno sempre più pervasive, intelligenti e integrate con l'Intelligenza Artificiale. Le future generazioni mobili, dal 5G avanzato al 6G, non serviranno solo a scaricare dati più velocemente, ma a rendere possibile una comunicazione continua tra persone, oggetti e ambienti, supportando sempre più le azioni quotidiane di ognuno di noi".
Fonte: Paolo Barsocchi, Istituto di scienza e tecnologie dell'informazione "Alessandro Faedo", e-mail: paolo.barsocchi@isti.cnr.it