Le telecomunicazioni hanno svolto un ruolo fondamentale nel connettere le persone a livello globale, trasformare le società e stimolare la crescita economica. Con l’aumento esponenziale del consumo di dati, il congiunto aumento della domanda di connettività wireless e la continua implementazione di nuove tecnologie di rete, una gestione ed un utilizzo efficiente dello spettro è diventato sempre più complesso ed altrettanto fondamentale.
Lo spettro è infatti una risorsa limitata su cui fanno affidamento gli operatori di telecomunicazioni per fornire servizi wireless. Lo spettro radio è suddiviso in diverse bande di frequenza, ciascuna assegnata per scopi specifici come la comunicazione mobile, la radiodiffusione e i servizi satellitari.
Effetti dell’IA sulla gestione dello spettro
Man mano che l’ambiente wireless diventa più congestionato, sfruttare tecnologie come l’intelligenza artificiale per comprendere l’utilizzo delle risorse frequenziali e trarre informazioni da set di dati ampi e complessi può contribuire a favorire un uso più efficiente delle risorse radio e facilitare la definizione di nuove tecniche e approcci di condivisione delle frequenze per consentire la coesistenza tra utenti e servizi.
Il 13 luglio 2023, la Federal Communications Commission (“FCC”) e la National Science Foundation (“NSF”) hanno co-ospitato un workshop su “Le opportunità e le sfide dell’intelligenza artificiale per le reti di comunicazione e i consumatori” [1].
Nell’ambito del workshop è stato evidenziato che l’intelligenza artificiale può essere utilizzata per migliorare l’efficienza dello spettro in un ambiente radio sempre più congestionato insegnando ai dispositivi wireless a gestire le trasmissioni in modo indipendente, consentendo così un miglior utilizzo dello spettro senza la necessità di un amministratore centrale per la gestione della condivisione dello spettro stesso.
I benefici della gestione dello spettro basata sull’IA
L’intelligenza artificiale, in particolare l’apprendimento automatico avanzato, avrà vari usi nel settore wireless, tra cui ad esempio la mitigazione delle interferenze, l’ottimizzazione e la gestione della rete, L’intelligenza artificiale potrà, inoltre, essere utilizzata per massimizzare l’affidabilità e la robustezza delle reti di comunicazione. Nell’ambito del workshop è stato anche evidenziato che l’intelligenza artificiale può essere sfruttata per proteggere i consumatori dalle chiamate robotiche illegali, ripristinando la fiducia dei consumatori nelle reti di comunicazione.
Il procedimento investigativo della FCC
Il workshop ha preceduto un procedimento investigativo avviato dall’FCC il 3 agosto 2023 per esplorare la fattibilità, i vantaggi e i limiti di tecniche come l’intelligenza artificiale per comprendere l’effettivo utilizzo dello spettro [2].
L’obiettivo del procedimento dell’FCC è quello di valutare come utilizzare l’intelligenza artificiale per migliorare le reti wireless statunitensi. In particolare, l’FCC sta valutando come utilizzare l’intelligenza artificiale per prevedere quali frequenze verranno utilizzate, dove verranno utilizzate e per quanto tempo verranno utilizzate man mano che la disponibilità dello spettro diventa più scarsa. Nell’ambito del procedimento l’FCC ha voluto valutare come l’intelligenza artificiale possa migliorare la pianificazione della rete wireless rendendo le implementazioni virtualizzate più efficienti e come l’intelligenza artificiale possa aiutare le persone con disabilità a trarre vantaggio dalle comunicazioni moderne.
Nelle risposte al procedimento è stato sottolineato che l’intelligenza artificiale (AI) e l’apprendimento automatico (Machine Learning, ML) offrono risultati promettenti nella valutazione di grandi set di dati e nel fornire approfondimenti sull’uso dello spettro nel tempo, sulla banda e nella locazione geografica.
Gli ostacoli all’implementazione dell’IA per la gestione dello spettro
Una sfida probabilmente significativa per l’utilizzo dell’IA/ML, tuttavia, è il rilevamento coerente dello spettro: sebbene le tecniche di AI/ML funzionino bene quando esiste un’abbondanza di dati provenienti da una suite di sensori omogenei, possono avere difficoltà a gestire set di dati diversi da sensori altamente diversi, ad esempio dispositivi portatili e sensori satellitari, che hanno campi visivi notevolmente diversi. Le tecniche di AI/ML possono anche essere compromesse da dati distorti, come sensori e set di dati che si concentrano sui centri abitati, ma contengono dati minimi per aree a bassa densità di popolazione o ambienti marittimi.
Nelle risposte al procedimento è stato anche evidenziato che l’uso di ML/AI dovrebbe essere intrapreso con cautela, con l’implementazione solo in ambienti controllati in cui la parte responsabile ha un rapporto diretto con gli utenti coinvolti nella valutazione dei dati.
A tale riguardo, gli algoritmi ML/AI sono già in uso oggi nelle piattaforme di rete degli operatori. Questo utilizzo è ritenuto appropriato perché è strettamente controllato: quando gli operatori utilizzano i propri dati per ottimizzare l’uso dello spettro, dispongono di controlli di sicurezza adeguati per garantire un accesso limitato alle informazioni di rete proprietarie del cliente.
IA e l’analisi dei dati nelle reti tlc
La gestione dello spettro basata sull’intelligenza artificiale utilizza algoritmi di apprendimento automatico per ottimizzare l’allocazione dello spettro, monitorare le interferenze e prevedere l’utilizzo della rete. Analizzando grandi quantità di dati in tempo reale, gli algoritmi di intelligenza artificiale possono prendere decisioni intelligenti e automatizzare attività complesse, riducendo l’intervento umano e migliorando l’efficienza complessiva.
Per produrre modelli il più possibili affidali, l’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico richiedono dati sufficienti per completare il processo di formazione. Senza dati sufficienti, un modello di machine learning può soffrire di una condizione chiamata overfitting. La mancanza di set di dati sulle risorse frequenziali sufficientemente grandi e di alta qualità è considerata come un ostacolo per l’apprendimento automatico in questo ambito.
IA e gestione efficiente dello spettro: gli elementi chiave
Sintetizzando, gli elementi chiave in cui l’impiego dell’intelligenza artificiale può migliorare l’efficienza delle telecomunicazioni attraverso la gestione dello spettro sono:
Allocazione intelligente dello spettro
Algoritmi basati sull’intelligenza artificiale possono analizzare grandi quantità di dati per determinare l’allocazione ottimale dello spettro disponibile. Gli operatori di telecomunicazioni devono assegnare con giudizio le frequenze ai diversi servizi per evitare interferenze e ottimizzare la capacità della rete. Considerando fattori quali la copertura geografica, la domanda degli utenti, la potenza del segnale, i modelli di traffico e i modelli di interferenza, l’intelligenza artificiale può allocare dinamicamente le frequenze a diversi servizi e utenti.
Inoltre analizzando fattori come il comportamento degli utenti, la posizione e l’ora del giorno, gli algoritmi di intelligenza artificiale possono prevedere la domanda futura e ottimizzare di conseguenza l’allocazione dello spettro. Questo approccio proattivo alla pianificazione dello spettro aiuta gli operatori di telecomunicazioni a stare al passo con i problemi di congestione della rete e a fornire una connettività coerente alle richieste dei propri utenti.
Gestione efficiente delle interferenze
Le interferenze provenienti dalle reti vicine possono avere un impatto significativo sulle prestazioni dei servizi wireless. I sistemi di gestione delle interferenze basati sull’intelligenza artificiale possono identificare e mitigare tali interferenze in tempo reale. Analizzando i modelli e regolando dinamicamente i parametri di trasmissione, gli algoritmi di intelligenza artificiale possono mitigare le interferenze e ottimizzare le prestazioni della rete, garantendo una migliore esperienza utente.
In questo contesto, con gli strumenti basati sull’intelligenza artificiale, gli operatori di telecomunicazioni possono automatizzare il processo di monitoraggio, scansionando continuamente lo spettro per rilevare interferenze o usi non autorizzati. Gli algoritmi di intelligenza artificiale possono identificare rapidamente le anomalie e avvisare gli operatori in tempo reale, consentendo loro di intraprendere tempestivamente le azioni correttive necessarie. Questo approccio automatizzato garantisce un utilizzo ottimale delle risorse dello spettro, riducendo al minimo i tempi di inattività e migliorando le prestazioni complessive della rete.
Manutenzione predittiva e rilevamento guasti
Gli algoritmi di intelligenza artificiale possono analizzare i dati di rete per prevedere potenziali guasti o guasti delle apparecchiature prima che si verifichino. Monitorando gli indicatori chiave di prestazione e sfruttando le tecniche di machine learning, l’intelligenza artificiale può identificare in modo proattivo le anomalie e avviare le attività di manutenzione. L’intelligenza artificiale può analizzare lo storico dei dati della rete e prevedere potenziali guasti alle apparecchiature o la congestione della rete. Ciò consente agli operatori di eseguire una manutenzione proattiva.
Ottimizzazione delle aste dello spettro
Gli algoritmi di intelligenza artificiale possono inoltre aiutare le autorità di regolamentazione a ottimizzare le aste dello spettro prevedendo i modelli di domanda e impostando ii giusti parametri d’asta. Ciò garantisce un’assegnazione equa ed efficiente delle risorse dello spettro ai diversi operatori.
L’implementazione di soluzioni di gestione dello spettro basate sull’intelligenza artificiale offre quindi numerosi vantaggi sia agli operatori di telecomunicazioni che agli utenti finali:
- Prestazioni di rete migliorate: gli algoritmi AI ottimizzano l’allocazione dello spettro e mitigano le interferenze, portando a prestazioni di rete migliorate, maggiore throughput dei dati e riduzione della latenza.
- Utilizzo efficiente dello spettro: condividendo dinamicamente le risorse dello spettro, l’intelligenza artificiale consente un utilizzo più efficiente delle bande di frequenza limitate, consentendo agli operatori di servire più utenti contemporaneamente.
- Risparmio sui costi: la manutenzione predittiva basata sull’intelligenza artificiale aiuta a ridurre i tempi di inattività e a ottimizzare l’allocazione delle risorse, con conseguenti risparmi sui costi per gli operatori e una migliore qualità del servizio per gli utenti finali.
- Esperienza utente migliorata: monitorando continuamente lo spettro e gestendo in modo proattivo i problemi di interferenza, l’intelligenza artificiale garantisce un’esperienza utente fluida e ininterrotta, in particolare nelle aree densamente popolate.
Conclusioni
L’intelligenza artificiale è emersa come un punto di svolta in vari settori e il settore delle telecomunicazioni è uno di questi. Sfruttando la potenza dell’intelligenza artificiale per la gestione dello spettro, gli operatori delle telecomunicazioni possono ottimizzare le prestazioni della propria rete, ridurre i costi e migliorare l’esperienza dei clienti.
L’intelligenza artificiale ha il potenziale per rivoluzionare la gestione dello spettro delle telecomunicazioni automatizzando e semplificando vari processi, consentendo alle società di telecomunicazioni di utilizzare le proprie risorse di spettro in modo più efficace.
Gli algoritmi di intelligenza artificiale analizzano grandi volumi di dati per identificare le risorse dello spettro sottoutilizzate e allocarle per soddisfare la crescente domanda. Ciò aiuta le aziende di telecomunicazioni a sfruttare al meglio lo spettro disponibile, consentendo migliori prestazioni di rete senza investimenti aggiuntivi.
Con la gestione dello spettro basata sull’intelligenza artificiale, le aziende di telecomunicazioni possono esplorare nuovi modelli di guadagno, come la condivisione e il leasing dello spettro, offrendo il loro spettro non utilizzato ad altri operatori. Ciò non solo ottimizza l’utilizzo dello spettro ma genera anche ulteriori flussi di entrate.
