Il progetto IN mira a supportare l’industria italiana dell’automazione perseguendo una ricerca interdisciplinare teorica e applicata per le reti di comunicazione in ambienti industriali, con una visione sia a medio che a lungo termine. Questo obiettivo sarà raggiunto esplorando sia le tecnologie legacy che le nuove tecnologie a supporto dei severi requisiti che caratterizzano i casi d’uso industriali e che talvolta non possono essere soddisfatti dal 5G ma devono seguire la standardizzazione 6G.

IN fa parte dello Spoke: 5 – Industrial and Digital Transition Networks 

PI di progetto: Roberto Verdone

Il progetto IN ha identificato cinque casi d'uso industriali (UC) di riferimento che definiscono il quadro generale di ricerca di tutte le attività e ha definito la procedura interna per introdurre eventualmente altre UC in futuro.
 
Queste 5 UC si riferiscono ad applicazioni industriali attuali e future come i controllori di movimento, il monitoraggio dei processi, i pannelli di controllo mobili, i robot mobili e la gestione degli asset degli impianti e derivano da discussioni dettagliate con l'industria manifatturiera italiana, oltre che dall'analisi della documentazione standard.
 
Inoltre, nell'ambito del progetto, è stato definito un gruppo iniziale di 23 attività di ricerca con obiettivi chiari. Esse mirano a produrre risultati scientifici, sotto forma di pubblicazioni, brevetti e dimostratori per convalidare il ruolo delle telecomunicazioni negli ambienti industriali.
 
Finora sono stati rilasciati cinque deliverable, due dei quali dedicati alla definizione e alla caratterizzazione (requisiti, tecnologie abilitanti chiave, ecc.) delle UC, mentre gli altri due includono una prima serie di risultati teorici derivanti dalle 23 attività e l'ultimo è il primo deliverable che riassume le attività di divulgazione del progetto (post sui social network, incontri, interventi a conferenze, ecc.)
 
Tuttavia, il progetto ha anche fornito un importante contributo alle strutture previste per il laboratorio Spoke 5 che verrà costruito, per supportare lo sviluppo di proof-of-concepts rilevanti per l'industria e orientati al 6G.
 
Il progetto sta avviando la fase di definizione di un primo Proof-of-Concepts che sarà realizzato in sinergia con il progetto MOSS e si terrà a Villa Griffone.
I risultati chiave del progetto IN includono: 
  1. l'identificazione e la caratterizzazione (in termini di descrizione, requisiti e tecnologie abilitanti) di 5 casi d'uso industriali (UC)
  2. avvio di 23 attività di ricerca interdisciplinare
  3. presentazione dei cinque deliverable riguardanti una descrizione dettagliata delle UC scelte, una panoramica sull'evoluzione tecnologica delle reti industriali verso il 6G e una prima serie di risultati teorici derivanti dalle 23 attività, oltre a un report sulle attività di disseminazione di IN
  4. presentazione di una prima serie di pubblicazioni scientifiche
  5. presentazione di un'idea innovativa alla corrispondente missione RESTART 3
  6. definizione delle strutture previste per il laboratorio Spoke 5 che comprenderà, tra l'altro, droni, veicoli a guida automatica, superfici intelligenti riconfigurabili e strumentazioni ad alta frequenza per la caratterizzazione dei segnali radio
  7. discussioni con 2 Consorzi industriali italiani per promuovere le attività del progetto
  8. realizzazione di 1 webinar con uno stakeholder esterno al mondo produttivo (ne seguiranno altri), e
  9. registrazione di 7 pillole video per diffondere le attività del progetto a un ampio pubblico
  10. organizzazione di una sessione speciale relativa al tema del progetto durante la conferenza "IEEE Metrology for Industry 4.0 & IoT".
  11. organizzazione di un workshop di un giorno insieme ad altri tre progetti europei (TIMES, 6G-SHINE e TERRAMETA) in cui sono state presentate le principali attività dei quattro progetti attraverso interventi tecnici.
I risultati scientifici includono (i), (ii), (iii), (iv), (x), (xi), mentre (i), (v), (vi), (vii), (viii), (ix) sono considerati industriali/esplorabili, a dimostrazione dell'ampiezza e dell'impatto del progetto. In termini di risultati innovativi, i contributi più significativi del progetto IN sono:
  1. Architetture di rete sicure fin dalla progettazione: sfruttando strutture di apprendimento federato, in cui i dispositivi industriali imparano a eseguire compiti in modo distribuito e incorporando entità corrispondenti nell'architettura di rete (ad esempio, il server dei parametri), la comunicazione dei dati può essere limitata alla trasmissione di modelli di intelligenza artificiale anziché di dati grezzi, migliorando così la sicurezza dei dati.
  2. Attività teoriche e sperimentali rilevanti per il settore: a seguito di ampie discussioni con aziende industriali e sessioni di brainstorming interne, il progetto ha identificato cinque casi d'uso chiave di interesse: controllo-controllo tra controller di movimento, monitoraggio di processo, pannelli di controllo mobili, robot mobili in ambienti interni all'edificio e robot mobili e gestione/controllo delle risorse dell'impianto in ambienti esterni all'edificio. Le attività del progetto si concentrano sulla promozione dell'innovazione in queste applicazioni, con l'obiettivo anche di sviluppare cinque Proof of Concept (PoC) per testare il potenziale di varie idee teoriche in contesti del mondo reale. I PoC presenteranno algoritmi di analisi dei dati, tecniche di localizzazione multitecnologia, collegamenti radio ad alta frequenza e l’interazione tra AI e 5G;
  3. Network of Digital Twin: il progetto guida la proposta di esplorare l'integrazione dei Network Digital Twins (NDT) nell'infrastruttura di telecomunicazioni esistente, sfruttando tecniche avanzate di modellazione, simulazione e analisi per abilitare processi automatici per migliorare l'efficienza operativa, la resilienza e le decisioni -procedure di realizzazione. I dati misurati dalla rete (il sistema reale osservato) possono includere dati geografici/geometrici, modelli di canale, caratteristiche dei nodi di rete, indicatori chiave di prestazione (KPI), dati MDT (minimizzazione dei test di guida), indicatori di valore chiave (KVI) e altro. Il progetto si concentrerà sullo sviluppo di un quadro completo per la creazione e la gestione degli NDT, comprendendo aspetti quali l'acquisizione dei dati, la costruzione del modello, la sincronizzazione e la visualizzazione. Gli NDT forniranno una rappresentazione accurata della rete, abilitando funzionalità come il monitoraggio proattivo, la manutenzione predittiva e le strategie di ottimizzazione. Inoltre, il progetto indagherà l’intreccio degli NDT con altri DT, come quelli che rappresentano beni fisici (ad esempio, negli stabilimenti industriali o nelle città) o condizioni ambientali. Infine, saranno sviluppati banchi di prova che prevedono l'integrazione del concetto NDT con le architetture O-RAN. La disponibilità di piattaforme di "dati aperti" accurate e aggiornate faciliterà l'ottimizzazione dei costi e la collaborazione tra i domini applicativi e le parti interessate.
  4. Attrezzature da laboratorio orientate al 6G: il progetto ha contribuito attivamente all'identificazione delle potenziali attrezzature che possono potenziare il laboratorio Spoke di Bologna per esperimenti di tipo 6G. Ciò include UAV, robot mobili, generatori di segnali, strumenti di acquisizione di segnali, analizzatori di reti vettoriali (VNA) e altro ancora.
In termini di risultati innovativi, i contributi più significativi del progetto IN sono:
  1. Pianificazione consapevole dell'importanza: all'interno di un quadro di apprendimento federato, il progetto sta sviluppando algoritmi intelligenti per programmare le apparecchiature utente (UE) in base all'"importanza" dei modelli IA che trasmettono al server dei parametri. Questo approccio mira a massimizzare i parametri prestazionali come l’accuratezza e il tempo di convergenza.
  2. Analisi end-to-end delle reti industriali: il progetto sta conducendo valutazioni end-to-end round-trip-time (RTT), che comprendono tutti gli elementi di una rete industriale. Ciò include i tempi di elaborazione dei dispositivi, la latenza introdotta dalla 5G Radio Access Network (RAN) e dalla 5G Core Network (CN) e il tempo di inferenza degli algoritmi della Deep Neural Network (DNN). Queste valutazioni mirano a determinare se le prestazioni fornite da cinque diverse architetture di rete 5G e diversi algoritmi di pianificazione sono sufficienti per applicazioni critiche per la sicurezza industriale.
  3. Simulazioni end-to-end full-stack: il progetto sta sviluppando un simulatore end-to-end full-stack completo per valutare le prestazioni delle reti radio mobili per applicazioni industriali. Diverse attività di ricerca utilizzano gli stessi strumenti di simulazione. Questo approccio prevede la definizione di KPI specifici dell’applicazione, modelli di canale, traffico e mobilità, protocolli e architetture di rete, strumenti di intelligenza artificiale e approcci definiti dal software. Se i risultati saranno promettenti, questo strumento potrà essere proposto all’intera comunità industriale e di ricerca italiana come piattaforma open source.
  4. Comunicazioni THz: il progetto sta valutando il ruolo delle comunicazioni wireless basate su THz negli ambienti industriali, concentrandosi su nuove forme d'onda in grado di far fronte ai disturbi intrinseci di questa banda (ad esempio, rumore di fase), sicurezza del livello fisico, modellazione dei canali e pianificazione radio . Sono necessarie modifiche significative a causa dell’inclusione di nuovi elementi di rete chiamati superfici riflettenti intelligenti (IRS) che dovrebbero essere adeguatamente configurate per rimodellare il canale radio.
Come evidente, il progetto è multidisciplinare con l’obiettivo primario di incidere in modo significativo sull’industria italiana dell’automazione. Pertanto, l’obiettivo sociale è l’ecosistema industriale, dove l’introduzione di tecnologie, infrastrutture, algoritmi e procedure radiomobili può ridurre al minimo i tempi di inattività, migliorare l’efficienza, la sicurezza e le prestazioni dell’intero impianto industriale, aumentando così i ricavi.

Papers:
An End-To-End Analysis of Deep Learning-Based Remaining Useful Life Algorithms for Satefy-Critical 5G-Enabled IIoT Networks, Lorenzo Mario Amorosa, Nicolò Longhi, Giampaolo Cuozzo, Weronika Maria Bachan, Valerio Lieti, Enrico Buracchini, Roberto Verdone, The 2023 Annual IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (IEEE PIMRC 2023)  

Dynamic MEC Resource Management for URLLC in Industry X.0 Scenarios - a Quantitative Approach Based on Digital Twin Networks, Marco Becattini, Laura Carnevali, Giovanni Fontani, Leonardo Paroli, Leonardo Scommegna, Maryam Masoumi, Ignacio de Miguel, Fabrizio Brasca, Metrology for Industry4.0 & IoT (METROIND) 2024  

A Macroscopic Ray-based Model for Reflective Metasurfaces, E.M. Vitucci, M.Albani, S.Kodra, M. Barbiroli, V. Degli-Esposti, 24th edition of the International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA 2023), 9-13 October 2023 in Venice, Italy. 
Il progetto è estremamente attivo nel includere partner industriali nella sua attività. In particolare sono state intraprese le seguenti azioni:
  1. Il Cascade Call per il progetto, intitolato Technologies, Algorithms, and Protocols for Use Cases of Industrial Networks (TAP-IN), è stato meticolosamente progettato per includere 4 partner industriali e 3 centri accademici. IN mira a coinvolgere attivamente i partner industriali nella definizione sia dei quadri teorici che delle attività sperimentali. Inoltre, TAP-IN incorporerà un altro partner industriale attraverso un accordo specifico per supportare lo sviluppo di Proof of Concept (PoC).
  2. L'unico partner industriale, TIM, è stato coinvolto fin dalla nascita di IN per fornire: (i) suggerimenti, indicazioni e linee guida per tutte le attività teoriche; (ii) partecipazione ad attività di diffusione; (iii) selezione dei contributi che potrebbero influenzare l'evoluzione degli standard 3GPP; e (iv) promozione, supporto e contributo alla proposta del Digital Twin.
  3. Organizzazione di webinar con relatori invitati dal mondo dell'industria (Birex, Robopac-Aetna, Huawei).
Partner di programma: Partner bandi a cascata:
Il progetto IN mira a sostenere l’industria italiana dell’automazione attraverso la ricerca teorica e applicata interdisciplinare nelle reti di comunicazione per l’Industria 4.0. Ciò comporta l’esplorazione di tecnologie esistenti e nuove per soddisfare i requisiti dei casi d’uso industriali, a volte oltre la standardizzazione da 5G a 6G. I dimostratori illustreranno i vantaggi del 6G per i flussi di lavoro e le applicazioni del settore. Attualmente sono stati delineati i casi d'uso industriali primari, conducendo una ricerca con 44 pubblicazioni generate. Le discussioni con i consorzi industriali italiani mostrano interesse per i risultati. Gli sforzi di divulgazione includono presentazioni a conferenze internazionali, video informativi e webinar. I piani futuri prevedono l’espansione delle attività e la presentazione delle potenzialità della quarta rivoluzione industriale attraverso idee, algoritmi, processi e prototipi.
Publications
  • Expected: 36
  • Accomplished: 33
  • Readiness level: 235,71%
Joint Publications
  • Expected: N/A
  • Accomplished: N/A
  • Readiness level: N/A
Talks/Dissemination Events
  • Expected: 6
  • Accomplished: 3
  • Readiness level = 128,57%
Realizing Demo/PoCs 
  • Expected: 6
  • Accomplished: 0
  • Readiness level = 0 % (as expected)
Project Meetings
  • Expected: 12
  • Accomplished: 10
  • Readiness level = 214,29 % 
Patents/Innovations  
  • Expected: 1
  • Accomplished: 1
  • Readiness level = 257,14 % 
Open-source contributions
  • Expected: 0
  • Accomplished: 0
  • Readiness level: 0 % 
Standardization contributions
  • Expected: 0
  • Accomplished: 0
  • Readiness level: 0 % 
Altri KPI di progetto:
  • Editing journal special issues Expected: 3 Accomplished: 0 Readiness level = 0 % (work in progress)
  • Workshop Organization Expected: 3 Accomplished: 1 Readiness level = 80 %
  • Organizing PhD School Expected: 2 Accomplished: 0 Readiness level = 0 %
  • Experimental Trials Expected: 15 Accomplished: 0 Readiness level = 0 %
  • Start-Up Expected: 1 Accomplished: 0 Readiness level = 0 %
  • Contributing to Education & Training initiatives Expected: 15 Accomplished: 1 Readiness level = 16 %
  • Recording Video Clips Expected: 15 Accomplished: 7 Readiness level = 112%
  • M1.1 Identification of use-cases and requirements
    Expected: 1
    Accomplished: 1
    Readiness level = 100 %
  • M7.1 Definition of outdoor PoC
    Expected: 1
    Accomplished: 1
    Readiness level = 100 %
  • M5.1 Availability of informative data
    Expected: 1
    Accomplished: 0
    Readiness level = 0 %
  • M7.2 Availability of HW/FW platform for outdoor PoC
    Expected: 1
    Accomplished: 0
    Readiness level = 0 %
  • M3.1 Definition of network planning for IN
    Expected: 1
    Accomplished: 0
    Readiness level = 0 %
  • M4.1 Definition and validation of multi-purpose radio access protocols
    Expected: 1
    Accomplished: 0
    Readiness level = 0 %
  • M7.3 Definition of indoor PoC
    Expected: 1
    Accomplished: 0
    Readiness level = 0 %
  • M2.1 Exhaustive simulations of O-RAN in IN
    Expected: 1
    Accomplished: 0
    Readiness level = 0 %
  • M6.1 Definition and validation of RF design for IN
    Expected: 1
    Accomplished: 0
    Readiness level = 0 %
  • M7.4 Availability of HW/FW platform for indoor PoC
    Expected: 1
    Accomplished: 0
    Readiness level = 0 %

Proposte di collaborazione:

Il progetto IN copre un’ampia serie di argomenti nel campo dell’Industrial Internet of Things (IIoT), di cui si riporta un elenco non esaustivo:

  • Architetture e ottimizzazioni di reti radio mobili
  • Applicazione dell’intelligenza artificiale per le comunicazioni wireless
  • Pianificazione della rete
  • Analisi dei dati
  • Implementazione di tecniche di trasferimento di potenza wireless
  • Progettazione di soluzioni Radio-over-Fiber
  • Sviluppo di Proof of Concepts

Pertanto, IN è alla continua ricerca di collaboratori, come stakeholder industriali, PMI e consorzi che possano condividere le loro esigenze, competenze e visioni per elaborare ulteriormente il ruolo delle telecomunicazioni per il settore manifatturiero italiano. Inoltre, IN prevede sinergie con altri attori del settore delle telecomunicazioni, come operatori di rete, produttori, università e centri di ricerca e sviluppo, per integrare le loro competenze nei lavori del progetto o definire tendenze innovative di ricerca teorica o applicata.

È possibile avanzare proposte di collaborazione sul progetto contattando il PI del progetto. 

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