The Catcher In The Sand

5G – generația a 5-a de comunicații fără fir (‘wireless’) în rețelele celulare digitale a ajuns să susțină primele examene ale realității. 2020 este anul de încercare a proiectului care cu un deceniu în urmă fusese demarat sub numele de ‘Orizont 2020’. Este un moment potrivit pentru a trece în revistă stadiul actual al dezvoltării și punerii în exploatare a noii generații de echipamente și de aplicații, a aminti visurile și specificațiile tehnice schițate la începutul deceniului și a vedea ce a devenit realitate și care sunt greutățile și problemele cu care se confruntă inginerii și consumatorii.

Despre 5G a început să se vorbească începând cu 2008, în perioada în care 4G nu era încă finalizat. Primul grup de studiu a fost format în Coreea de Sud, iar în 2012 au fost lansate proiectele METIS și JOIN ale Uniunii Europene. Activitatea formală de standardizare internațională a început în 2013, odată cu formarea grupurilor de studiu ale ITU, care au redactat specificațiile tehnice în paralel cu cele ale tehnologiei micro-celulare care stă la baza generației 5G. De-a lungul anilor, în rubrica CHANGE.WORLD am relatat despre progresele grupului International Mobile Telecommunications -2020 (IMT-2020), care a publicat primul grupaj de specificații tehnice în 2015. Acestea includeau:

      viteză maximă de transfer a datelor – 20 Gbps la descărcare (‘download’ – spre utilizator) și 10 Gbps la încărcare (‘upload’ – spre rețea)

      viteză garantată măsurată de utilizator în 95% din timp – 100 Mbps la descărcare și 50 Mbps la încărcare

      timpul de transmisie pe rețea – sub 4 ms (1ms în unele scenarii)

      mobilitate (păstrarea conectivității pentru utilizatori în mișcare) până la viteza de 500 km/h

      densitate – până la 1 milion de utilizatori pe km pătrat

      eficiență energetică egală sau mai bună decât 4G

Cum funcționează rețeaua 5G? Una dintre cerințele fundamentale în telecomunicații este interoperabilitatea între generații, care să permită o tranziție treptată și continuarea folosirii de către prestatorii de servicii și de către utilizatori a echipamentelor existente, atâta vreme cât ele fac față necesităților lor. Rețeaua de acces va combina simultan, deci, stații de transmisie 5G, 4G și poate și din generațiile precedente. Pentru a atinge cerințele de viteză și densitate ale noii generații, spectrul de frecvențe folosit de 5G a fost împărțit în trei game de frecvențe. Din punct de vedere fizic, cu cât frecvența este mai mare (mai ‘înaltă’), cu atât distanța acoperită este mai mică. Gama cea mai joasă de frecvențe 5G este contingentă cu gama superioară de frecvențe 4G. Vitezele și densitățile definite de cerințele 5G sunt realizate cu o tehnologie numită ‘celule mici’ într-o gamă de frecvențe echivalente cu lungimi de undă de ordinul milimetrilor (mmWave cells), asociate în grupuri (‘clusters’). Traficul celulelor mici este agregat în macro-celule cu antene folosind o tehnologie numită MIMO (multiple input – multiple output), care permite transferul paralel pe frecvențe alternate din spectrul alocat tehnologiei. Asocierea celulelor de transmisie cu serverii de date va permite transferul de informații în volume uriașe, cu câteva ordine de mărime superioare tehnologiilor precedente.

Care sunt domeniile de aplicabilitate ale rețelelor 5G? Standardele internaționale definesc trei domenii principale de utilizare pentru 5G:

      Enhanced Mobile Broadband (eMBB) pune accent pe serviciile de telecomunicație existente, oferind viteze superioare și timpi de răspuns reduși

      Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC) pune accent pe misiuni critice în care este necesară funcționarea robustă și fără întrerupere a rețelei

      Massive Machine Type Communications (mMTC) pune accent pe scalabilitate, permițând interconectarea unui număr mare de obiecte de cost redus și cu o durată de viață extinsă

Aceste domenii de aplicabilitate acoperă o gamă largă de servicii. Amplificarea performanțelor funcțiilor telecom și internetice permit aplicații de genul ‘Internetului tactil’ și amplifică semnificativ eficacitatea și capacitatea aplicațiilor de realitatea virtuală. Automatizările industriale utilizând roboți, transporturile inteligente inclusiv vehiculele autonome și dronele, precum și serviciile de urgență sunt trei categorii de aplicații critice care vor putea fi instalate și operate cu o siguranță crescută. În fine, scalabilitatea interacțiunilor dintre mașini va permite dezvoltarea exponențială a Industriei Obiectelor (IoT), cu numeroase aplicații în automatizarea caselor inteligente, și monitorizarea calității apei și aerului pentru îmbunătățirea condițiilor mediului ambiant.

Care sunt frânele și riscurile principale care pot întârzia introducerea generației a 5-a? O parte dintre ele sunt legate de politică și în special de ‘războiul comercial’ dintre Statele Unite și China. Apariția tehnologiei 5G a găsit China într-un moment favorabil pentru a-și face prezența simțită într-un domeniu nou, în care guvernul și companiile chineze au investit resurse uriașe. Rezultatul este că firme precum Huawei au devenit lideri ai pieții de echipament de telecomunicație, concurând, și în unele domenii depășind, firmele americane, scandinave, japoneze și coreene concurente. Embargoul decretat împotriva echipamentelor 5G din China, în general, și celor ale firmei Huawei, în special, de către Statele Unite, urmat și de o parte din aliații ei, segmentează piața și riscă să taie lanțurile de aprovizionare globale. Periculoasă este extinderea acestor conflicte în lumea standardelor. Standardizarea 5G nu este finalizată. Ea se desfășoară în prezent în trei organizații internaționale despre care am scris de multe ori în articolele acestei rubrici – International Communication Union (ITU), 3rd Generation Partnership Project (3GPP) și Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). În fiecare dintre ele (și încă în câteva alte organizații) are loc standardizarea unor domenii specifice din expertiza fiecăreia, și în fiecare există riscul ca standardele să întârzie sau să nu fie niciodată aprobate. Rezultatul ar fi echipamente și servicii incompatibile, cu alte cuvinte un telefon sau alt dispozitiv 5G fabricat într-un loc nu este garantat să funcționeze în alte locuri din lume.

Semne de întrebare serioase au apărut și în legătură cu riscurile aduse de 5G pentru sănătatea publică și a utilizatorilor. Aceste aspecte trebuie studiate și luate foarte în serios. 5G înseamnă noi game de frecvențe și energii superioare de transmisie. Pot ele influența sănătatea consumatorilor sau a celor care se află în apropierea antenelor? Răspunsul este în acest stadiu – probabil că nu, dar nu există 100% siguranță. Din punctul de vedere al frecvențelor, creșterea acestora duce, așa cum am văzut, la scăderea razei de acțiune, și cu atât mai mult a razei în care radiațiile pot avea vreun efect asupra organismelor vii, inclusiv celor umane. De asemenea, trebuie ținut cont de faptul că în cazul tehnologiei 5G nu este vorba despre radiații ionizante, care ar putea influența legăturile chimice, inclusiv genera mutații genetice, atacând structura ADN. Radiațiile ne-ionizante sunt similare celor la care sunt expuși utilizatorii telefoanelor celulare sau tabletelor cu legătură wireless. Istoric, când fiecare dintre aceste tehnologii a fost introdusă au fost exprimate îngrijorări similare. Dar, ca să fim corecți până la capăt, nici în cazurile rețelelor locale wireless, sau ale telefoanelor celulare 3G, 4G și acum 5G proba timpului nu este completă. Doar la câteva decenii după introducerea acestor tehnologii vom putea trage concluzii definitive despre existența sau nu a unor efecte nocive. Până atunci, trebuie să ne asumăm riscurile, dar acestea nu par să fie mai ridicate în cazul tehnologiei 5G față de generațiile precedente.

2020 este un an cheie în progresul rețelelor 5G. Introducerea lor a început în 2019, aplicațiile încep să devină accesibile, testele au loc deja sau sunt planificate să înceapă în acest an în peste 30 de țări. Apar aparate pentru utilizatori, servicii comerciale, aplicații care folosesc forța și performanțele specifice generației a 5-a. Cei patru mari furnizori de servicii de comunicații din Statele Unite (AT&T, Sprint, T-Mobile, Verizon) au început introducerea rețelelor 5G în anul 2019 și continuă în ritm accelerat expansiunea acestora. Situația este similară în Regatul Unit. China a lansat o rețea națională operativă și a început să comercializeze servicii la 1 noiembrie 2019. În octombrie 2019, erau anunțate 129 de aparate 5G provenind de la 59 de producători în 15 formate (telefoane mobile, tablete, echipamente de birou, hotspots). Mașinăria de marketing s-a pus și ea în vânzare, iar știrile despre conflictele politice doar contribuie la amplificarea publicitară.

Ne aflăm în zorii erei 5G.

(Articolul a apărut iniţial in revista culturală ‘Literatura de Azi’ – http://literaturadeazi.ro/)

Dacă Pământul ar fi fost descoperit de o civilizație extra-terestră în anul 1800, vizitatorii ar fi găsit că peste 90% din populație locuia în mediul rural. Orașele erau în marea lor majoritate de mici dimensiuni, cu populații de câteva mii sau zeci de mii de locuitori. Abia în 1810 populația Londrei avea să treacă pragul de un milion, atins până atunci în istorie doar o singură dată de Roma antică, în secolul 2 î.e.n. Aveau să urmeze, de-a lungul secolului XIX, Beijing (în 1855) și New York (în 1875). Marile metropole au rămas excepții până în zorii secolului 20. Dacă descoperirea ar avea loc astăzi, extratereștrii ar număra 55% din populația Terrei locuind în orașe. Concentrarea în metropole s-a accentuat. Numai în China ultimilor 30 de ani au apărut 25 de mari orașe cu populații de peste 5 milioane de locuitori fiecare. Instituțiile ONU prevăd că la mijlocul secolului 21, aproape 70% din populația Pământului va locui în orașe. Dacă această tendința continuă și vizitatorii vor ajunge la noi pe la sfârșitul secolului, este foarte probabil să găsească aici o planetă a orașelor, o civilizație în care marea majoritate a populației trăiește în mari metropole. Cum vor arăta ele? Cum va fi viața oamenilor, cum se va desfășura interacțiunea socială, economică, umană? Metropolele de astăzi sunt bântuite de mari probleme – vor fi ele rezolvate satisfăcător? Vor apărea altele noi? Vom încerca să atingem în acest articol al rubricii CHANGE.WORLD câteva dintre aspectele esențiale ale urbanisticii viitorului, acordând atenție specială științei și tehnologiei implicate în dezvoltarea orașelor. Este, desigur, o invitație la discuție.

Una dintre sursele principale ale problemelor din marile orașe contemporane este legată de răspândirea tentaculară a acestora pe mari suprafețe, în fapt conglomerate rezultate de cele mai multe ori din contopirea neplanificată a mai multor orașe sau din înghițirea cartierelor mărginașe și a localităților suburbane de către metropole. Lipsa de coordonare și de planificare a avut ca rezultat crearea unui nivel de trafic intens între zonele rezidențiale, locurile de muncă, școli, spitale sau surse de servicii, ceea ce a devenit o problemă cronică a majorității aglomerațiilor urbane. Infrastructurile utilitare sunt depășite. Orașele de astăzi sunt super-congestionate din punctul de vedere al transporturilor, acestea creează poluare, care afectează sănătatea locuitorilor, consumă timp și duc la o scădere a calității generale a vieții. Nu ajută faptul că orașe planificate în prima jumătate a secolului 20 (în cel mai bun caz) sunt obligate să facă față unor nivele de trafic de zeci de ori mai mari decât cu câteva decenii în urmă. Bucureștiul este un exemplu pe care îl cunoaștem cu toții. Dar nu este singurul. Numărul automobilelor proprietate particulară care străbat șoselele Chinei (și majoritatea sunt înmatriculate în orașe) a crescut în 40 de ani de la zero la 190 de milioane. Modelul american, generalizat în America de Nord după cel de-al doilea război mondial, conform căruia visul fiecărei familii era să aibă o casă particulară în suburbii, reprofilând centrele orașelor (‘downtown’) ca centre administrative, financiare, de afaceri avea rațiunea sa și răspundea unei alte crize, cea a suprapopulării urbane din primele decenii ale secolului 20. Motive bune, unele similare, au rezultat în fenomene asemănătoare în primele decenii ale dezvoltării orașelor din China după 1979, când o populație imensă a făcut tranziția de la sate spre marile orașe, precum Beijing sau Shanghai. Această migrație de populație va continua, în deceniile următoare se estimează că vor trece de la viață rurală la cea urbană încă 300 de milioane de chinezi, un număr de locuitori mai mare decât întreaga populație a Statelor Unite. China are în acest domeniu avantajul unei planificări centralizate a dezvoltării urbane, care încearcă astfel să controleze și fenomenele sociale. Planul ‘Orașelor de Smarald’ inițiat în 2016, în China, prevede rezervarea de terenuri în orașe pentru agricultura locală și spații verzi, străzi înguste și pietonale, dezvoltarea transportului public accesibil tuturor.

Skidmore, Owings & Merrill (SOM) este o firmă globală de arhitectură, urbanism și inginerie, una dintre cele mai importante de acest fel din lume, cu un portofoliu cuprinzând mii de proiecte în 50 de țări. A fost fondată la Chicago în 1936, de Louis Skidmore și Nathaniel Owings; în 1939 li s-a alăturat inginerul John O. Merrill. Firma și-a deschis cel de-al doilea centru în New York în 1937 și, de atunci, s-a extins în toată lumea, având birouri în San Francisco, Los Angeles, Washington, D.C., Londra, Hong Kong, Shanghai, Mumbai și Dubai. În aprilie 2019, SOM a colaborat cu revista National Geografic pentru a schița proiectul unui oraș al viitorului. Câteva elemente esențiale: dezvoltarea este ghidată de ecologie; sursele de apă sunt însoțite de sisteme de colectare, purificare, tratament și reutilizare; energia este ‘verde’ și reutilizabilă, toată infrastructura fiind carbon-neutră; reziduurile sunt recirculate și devin surse de materii prime; mobilitatea oamenilor se bazează în principal pe transport public automat și de mare viteză, la nivelul solului și aerian; alimentația este generată în mare parte local, orașele devenind și centre de producție agricolă; economia este în mare parte automatizată și on-line; orașele sunt compuse din grupări (cartiere, ‘clusters’) cu construcții de înălțimi variabile, cu spații verzi și agricole în centru sau împrejur; fiecare cartier include toate serviciile de bază ca și o structură economică, permițând folosirea forței de muncă locale pentru minimizarea circulației de navetă; din punct de vedere cultural și socio-economic, este încurajată diversitatea în cadrul fiecărei grupări.

 Fiecare dintre aceste principii este susținut de propuneri concrete care folosesc tehnologii existente sau care urmează să fie proiectate și extinse. Câteva exemple sunt folosirea energiilor solare și eoliene ca surse principale, vehicule autonome și transporturi inteligente automatizate din proiectare și în operare, reciclarea intensivă automată a apei și a reziduurilor, zone verzi extinse compuse din ferme agricole și grădini urbane, construcții modulare, minarea urbană (refolosirea în construcții a materialelor din clădirile demolate). Fantezie? Utopie? Desigur, când planificarea este centralizată și este vorba despre construirea de noi orașe, lucrurile par, în teorie, mai simple. Spun ‘în teorie’, deoarece niciunul dintre orașele concepute și construite de la zero în ultimul secol, de la Brasilia, trecând prin Dubai și până la metropolele noi ale Chinei nu și-a dovedit încă viabilitatea în timp, și unele au dat naștere unor probleme noi. În plus, în multe alte cazuri se pleacă de la orașe existente, fiecare cu problemele sale, și tranzițiile pot fi și mai complexe. Am ales să descriu pe scurt problemele, realizările actuale și planurile a trei orașe pe care le-am vizitat, pe care le cunosc și pe care le îndrăgesc: Paris, Tokyo și Singapore.

Voi începe cu Parisul și cu o frază auzită acum câteva zile, rostită de Jean Nouveau, unul dintre cei mai cunoscuți arhitecți francezi și ai lumii în acest moment. Discutând cu Claire Chazal în emisiunea ‘Passage de Culture’, la postul de televiziune France 5, Jean Nouveau spunea că ‘stilul este permanența unei atitudini intelectuale’. Transportând această zicere în realitatea urbană a Parisului, căpătăm acel amestec de monumentalitate și de șarm, de istorie și de plăcere a vieții, de cultură galică, libertate și diversitate, care reprezintă pentru mine și pentru mulți alții Parisul. Orașul are însă și problemele sale – o circulație infernală la orele de vârf, probleme sociale și contraste economice între centru și periferii, aglomerație și poluare. Soluții au fost propuse de mulți, una dintre cele mai celebre este Plan Voisin, prezentată în 1925 de Le Corbusier, un fel de precursor al modelului de ‘turnuri în parcuri’, pe care se bazează și propunerile SOM și ale altor arhitecți contemporani. Problema acelui plan, din fericire niciodată aprobat spre realizare, era că dorea să radă de pe fața Pământului o mare parte din centrul existent al Parisului de pe malul drept al Senei și să-l înlocuiască cu 18 mari turnuri cu o înălțime de peste 200 de metri, ‘prisme translucide plutind în aer’, legate prin căi pietonale la suprafață și prin legături de transport aeriene. Proiectele mai noi (cum este ‘Paris 2050’ al firmei Vincent Callebaut Architectures) au adoptat o viziune mai evoluționistă, plecând de la și conservând ceea ce merită să fie păstrat din Parisul de astăzi și din cel istoric. Obiectivul este realizarea unui „oraș inteligent”, incluzând mai multe clădiri înalte cu producție de energie pozitivă, prin integrarea unor tehnologii diverse de producere a energiei. Compus din opt structuri cu mai multe utilizări, plasate în diverse locuri din Paris, planul se străduiește să abordeze problemele majore de durabilitate care afectează fiecare cartier, oferind în același timp funcții cheie pentru oraș. Clădirile existente sunt prezervate și extinse pe principii ecologice și de independență energetică.

  Când vorbim despre mega-orașe, exemplul care vine imediat în minte este cel al capitalei Japoniei, Tokyo. Cu 37 de milioane de locuitori, zona metropolitană Tokyo este cea mai populată din lume. Dintre aceștia, 10 milioane de locuitori folosesc în orice zi de lucru rețeaua de transport metropolitană, una dintre cele mai sofisticate și mai complexe din lume, deținând probabil recordurile mondiale aparent contradictorii ale lungimii liniilor (aproape 5000 de km), aglomerației și punctualității. Într-un fel, este un caz special, un oraș care s-a născut și a renăscut de trei ori în decursul a 130 de ani. Întemeiat în 1889 pentru a servi drept capitală imperială, în apropiere dar totuși distinct de orașul Edo, capitala shogunilor între 1603 și 1868, orașul avea inițial o populație de 1,69 de milioane de locuitori. I-a fost sortit să fie distrus în mare parte din temelii de două ori în decursul secolului 20: în 1923 (când populația avea 5,41 milioane de locuitori), la marele cutremur Kanto, care a distrus peste 300 de mii de clădiri și în care și-au pierdut viața peste 100 de mii de locuitori; și în bombardamentele americane de la sfârșitul celui de-al doilea război mondial, când populația atinsese 8 milioane de locuitori. Continua extindere a metropolei a demonstrat că este posibilă construirea unui sistem de transport care să facă față creșterii populației, dar a pus în evidență și prețul. Sistemul de tracțiune este electric, iar 30% din electricitatea din Japonia provine din surse nucleare (cu riscurile demonstrate de accidentul din 2011) și cam tot restul, din surse convenționale poluante. Notabilă este și evoluția standardelor de construcție. Tokyo nu este un oraș frumos arhitectonic. O mare parte din el a fost construit după 1945, din materiale ieftine, dar rezistente și ușoare, și construcțiile nu erau mai înalte de 3-4 etaje. Doar după 1990 în Japonia a început să se construiască la înălțime, când constructorii și arhitecții au fost siguri că au fost atinse standarde suficiente de siguranță. Istoria arată că viitorul cutremur de proporții din Japonia este inevitabil și pregătirile sunt făcute pentru a evita catastrofele și pierderile masive de vieți omenești. Încă o caracteristică importantă merită să fie menționată. Japonia este o țară omogenă din punct de vedere etnic. Tokyo este, de fapt, cel mai divers oraș al țării, dar nici aici populația ne-japoneză nu depășește 10%. Odată cu îmbătrânirea populației (rata natalității este cea mai redusă din lumea dezvoltată), Tokyo va fi nevoit să treacă în viitoarele decenii printr-un proces de diversificare culturală mult mai intens decât în alte părți ale lumii.

Ultimul caz pe care doresc să-l menționez este cel al orașului Singapore. Situat la extremitatea Peninsulei Malaieze, Singapore este un oraș-insulă și o țară-oraș. Înainte de 1965, anul când Singapore a devenit o țară independentă, era un port de tranzit și punct de importanță strategică datorită vecinătății cu strâmtoarea Singapore care desparte continentul asiatic de Indonezia, dar economic nu era mult mai mult decât un port de pescari. În ceva mai mult de jumătate de secol, a devenit unul dintre centrele economice ale lumii, admirat pentru dezvoltarea economică rapidă, dar și pentru planificarea urbană și pentru calitatea vieții. Din multe puncte de vedere, Singapore anticipează unele elemente de dezvoltare, experimentează și introduce în avans principii și tehnologii care vor fi folosite pe scară largă de alte orașe ale viitorului. Pentru a descongestiona centrul orașului, Singapore a introdus taxe care fac prohibitivă folosirea automobilelor particulare în zonele aglomerate. Sistemul de locuințe publice acordă prioritate tinerilor profesioniști care aleg să locuiască în zonele recomandate pe baza criteriilor de optimizare urbană. Singapore este una dintre țările cele mai avansate în desalinizarea apei și în construcția de clădiri ‘verzi’ care se auto-susțin energetic și sunt dotate cu vegetație, inclusiv culturi agricole în pantă sau chiar pe verticală. Orașul nu este lipsit de problemele sale, o parte datorate geografiei insulare care înseamnă resurse naturale inexistente sau foarte limitate, plus pericolele legate de creșterea nivelului oceanului planetar. Populația relativ mică și sistemul politic al insulei-oraș înlesnesc însă deciziile rapide și aplicarea lor consistentă. Singapore poate fi privit ca un laborator de experimentare al unora dintre principiile și tehnologiile orașelor viitorului.

(Articolul a apărut iniţial in revista culturală ‘Literatura de Azi’ – http://literaturadeazi.ro/)