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Standard e collaborazioni internazionali

Claudio Bianco, Mauro Boldi, Luca Pesando

Per tornare al Notiziario Tecnico TIM 2-2023

6Green

Hexa-X

In questo capitolo si esaminano le attività in ambito di standardizzazione e le collaborazioni internazionali sul tema delle “Green Networks”, declinato in particolare come “sostenibilità” delle soluzioni implementate, un tema molto presente anche, ad esempio, nella definizione dei futuri sistemi 6G. Dopo una introduzione generale, si esaminano gli standard per Cloud, data centers, rete fissa e successivamente quelli per rete mobile. Due schede su progetti finanziati relativi al tema “green” completano il capitolo.

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Standard collaborazioni ...

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Tra i gruppi di standard citiamo in particolare ETSI TC EE [1] “Environmental Engineering” ed ITU-T, specialmente con lo “Study Group” 5, dedicato a “Environment, climate change and circular economy” [2] dove l’attività di TIM è stata più ampia negli ultimi anni, anche con ruoli di riferimento nella stesura delle specifiche e delle raccomandazioni dei due SDO. Questi due gruppi lavorano spesso in sinergia tra loro, con alcune specifiche/raccomandazioni congiunte e tecnicamente allineate. Sugli aspetti di rete fissa, l’ISG F5G (Fixed 5G) in ETSI si occupa di efficienza energetica di reti in fibra (superiore a quella mobile), con incremento dell’usabilità per ulteriore efficientamento. Anche questo ISG lavora in sinergia con ITU-T, SG15, specialmente per lo standard FTTR (Fiber to the Room). È necessario in futuro definire in questi ambiti opportune metriche di misura. Di rilievo è anche l’attività in 3GPP, e specialmente nel gruppo SA5, che vede alcune attività specifiche sul tema “Green Networks”. In particolare, a partire dalla Release 17 [3], SA5 ha lavorato su meccanismi di management e API standardizzate per misure di efficienza su apparati e reti, e in Release 18 ha in programma di estendere gli studi anche a reti virtualizzate.
Altri gruppi presidiati sono:

GSMA, che a Giugno 22022 ha definito un set di misure e Key Performance Indicators (KPIs) per l’efficienza di reti mobili [4]. GSMA collabora anche con Gesi, specialmente su temi di rete fissa, ma con metodologie simili a quelle della rete mobile;
NGMN Alliance, che ha pubblicato a Febbraio 2023 un report [5] incentrato su metodologie per la riduzione dei consumi e l’incremento dell’efficienza;
Open RAN MoU, insieme a Vodafone, Telefonica, DT e Orange, con attività principale su Open RAN, con il tema dell’efficienza in evidenza, come si rileva anche dal report in cui si evidenza la necessità di monitorare e misurare i consumi delle reti [6];
ETNO Sustainable Development Working Group – Energy Task Force, che discute le politiche europee sugli ESG ed elabora best practices e benchmarks sulle migliori pratiche di sostenibilità in ambito TL C ed ICT [7].

Per gli standard occorre infine citare UNI EN ISO 50001. È uno standard che fornisce linee guida per ottimizzare l’uso dell’energia e promuovere la sostenibilità aziendale. La norma promuove un approccio per l’ottimizzazione dell’uso dell’energia, consentendo all’azienda di identificare aree di miglioramento e di implementare azioni correttive mirate. TIM è certificata ISO 50001 dal 2014, dimostrando il suo impegno a migliorare continuamente le prestazioni energetiche. Ad integrazione, si riportano anche alcune attività che sono in corso su progetti finanziati e che riguardano temi di efficienza e sostenibilità. TIM è coinvolta nella serie di progetti Hexa-X ed Hexa-X-II, aventi l’obiettivo di definire in pre-standardizzazione il futuro sistema 6G. Nel fare ciò, un posto di grande rilievo è riservato alla sostenibilità, e alle “Green Networks”. Anche il progetto “6GREEN” studia soluzioni di efficientamento delle reti future, specialmente a livello di core network.

Attività per Cloud, datacenter, rete fissa

Per le attività di standardizzazione tecnica in ambito rete fissa, data center e Cloud occorre segnalare le già citate attività congiunte di ETSI EE ed ITU-T SG5, enti impegnati nel rendere disponibili specifiche incentrate sul tema dell’efficienza energetica ed ambientale.
Vanno evidenziate le seguenti raccomandazioni:

ETSI ES 203 475 / ITU-T L.1315 - Standardization terms and trends in energy efficiency;
ETSI EN 303 471 - Energy Efficiency measurement methodology and metrics for Network Function Virtualisation (NFV);
ETSI ES 203 539 / ITU T L.1361 - Measurement method for energy efficiency of Network Functions Virtualisation (NFV) in laboratory environment;
ETSI EN 303 470 - Energy Efficiency measurement methodology and metrics for servers;
ETSI ES 203 136 - Measurement methods for energy efficiency of router and switch equipment;
ETSI EN 303 215 / ITU-T L.1310 - Measurement methods and limits for power consumption in broadband telecommunication networks equipment;
ITU-T L.1304 - Procurement Criteria for Sustainable Data Centres;
ITU-T L.1305 - Data centre infrastructure management system based on big data and artificial intelligence technology.

Per le infrastrutture a servizio degli apparati TLC ed ICT, quali i sistemi di alimentazione, le batterie ed il condizionamento, si segnalano le seguenti specifiche:

ETSI EN 300 019 series - Environmental condition for equipment and site;
ETSI EN 300 119 series - Mechanical and Thermal management;
ETSI TS 103 553-1/2/3 (ITU-T L.1020/L.1021/L.1023) - Part 1: Overview of energy storage//Part 2: Battery/Part 3: Supercapacitor;
ITU-T L.1210 - Sustainable power-feeding solutions for 5G networks;
ITU-T L.1380/L.1381/L.1382/L.1383 - Smart energy solution for telecom sites/for data centres/for telecommunication room/for cities and home applications;
ETSI EN 300 132 series – AC and DC power feeding (compresa la nuova architettura “up to 400 VDC for TLC/ICT loads”, tematica su cui è attivo anche il CEI in ambito CT320);
ETSI TS 103 685 - Liquid cooling solutions for Information and Communication Technology (ICT) infrastructure equipment.

Nella Fig.1 si riporta un esempio di architettura di alimentazione per apparati in rete di accesso, raccomandata da ITU-T L.1382.

Figura 1: Architettura di alimentazione per apparati in rete di accesso raccomandata da ITU-T L.1382

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Per le attività congiunte ETSI EE/ITU-T SG5 in corso, si segnala l’attività di sviluppo del nuovo standard “Liquid Cooling Solution for High density BBU”, di cui si riporta uno schema nella Fig.2.

Figura 2: Schema per 5G BBU spray liquid cooling system

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Un altro importante fronte di attività congiunta è rappresentato dalla revisione degli standard della serie ETSI ES 202 336, che copre gli aspetti di monitoraggio e controllo dei sistemi di alimentazione e condizionamento e dei parametri ambientali ed energetici degli apparati ICT (i.e. Part 12: “ICT equipment power, energy and environmental parameters monitoring information model”).
Il tema della Economia Circolare è sviluppato, invece, con le seguenti raccomandazioni:

ITU-T L.1022 - Circular Economy: Definitions and concepts for material efficiency for Information and Communication Technology;
ITU-T L.1023 - Assessment method for circular scoring;
ITU-T L.1450 - Methodologies for the assessment of the environmental impact of the ICT sector;
ITU-T L.1470 - GHG trajectories for the ICT sector compatible with the UNFCCC Paris Agreement;
ITU-T L.1471 - Guidance and criteria for ICT organizations on setting Net Zero targets and strategies.

Si evidenzia, infine, l’iniziativa promossa dalla JRC (European Commission – Joint Research Center) EU con il “Code of Conduct on Energy Consumption of Broadband Equipment”, che punta a massimizzare l’efficienza energetica degli apparati delle reti di accesso, fissando dei target di consumo massimo (periodicamente aggiornati in funzioni delle evoluzioni tecnologiche) da perseguire da parte dei vari soggetti interessati (manifatturiere ed operatori). Informazioni di dettaglio disponibili [8].

Attività nell’ambito accesso mobile

Per la rete mobile, l’attività negli standard si è concentrata negli ultimi anni in alcuni gruppi, tra i quali in particolare occorre citare ETSI EE, con il gruppo denominato EEPS (“Environmental affairs”) per i temi della sostenibilità di reti ed apparati ed il gruppo denominato M-ICT (“Mobile ICT devices”) per i dispositivi mobili. Inoltre, anche in 3GPP, in particolare nel gruppo SA5 sono presenti attività su metodi di misura e soluzioni di efficientamento per la rete mobile, in liaison con i comitati in ETSI EE ed ITU-T SG5. Per quanto riguarda ETSI-EE, di particolare rilevanza sono due specifiche elaborate negli ultimi anni sui metodi e le metriche di misura dell’efficienza energetica delle stazioni radio e delle reti mobili. Per la parte di stazioni radio valgono le specifiche ES202706 [9] e TS102706-2 [10]; la ES202706 definisce metodi “statici” di misura dei consumi e dell’efficienza di stazioni radio dal GSM all’LTE (per il 5G NR vale la TS 103786), laddove con statico si intende il livello di carico di traffico in corrispondenza del quale si eseguono le misure di consumo (tipicamente con livelli low, medium e high opportunamente definiti nella specifica).
È definito (si veda la Fig.3) il set-up di misura sia in condotta che in irradiazione, e per ogni sistema radio i parametri specifici di set-up della stazione radio, compreso il caso di multi-standard.

Figura 3: Test set-up dei consumi di una stazione radio secondo la specifica ES202706 per il caso di un solo settore, in condotta e in irradiazione

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Uno specifico test report è definito nella specifica, ed usato in alcune normative di settore, con tutte le informazioni da riportare per la valutazione dei consumi e il confronto delle performance dei vari costruttori delle stazioni radio. La specifica TS102706-2 estende la ES202706 al caso di condizioni di traffico “dinamiche”, ovvero con variazioni temporali pre-definite. Il banco di misura in questo caso è più complesso ed è riportato in Fig.4.

Figura 4: Test set-up dei consumi di una stazione radio secondo la specifica TS102706-2 con il metodo “dinamico”

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Questa seconda specifica integra la precedente offrendo una visione più “realistica” dei consumi di una stazione radio, per quanto con un sistema di misura più complesso. Passando ai consumi della rete di accesso, e alla definizione delle metriche di efficienza energetica, ETSI EE (e corrispondentemente, ITU-T) ha definito una specifica ad hoc, la ES203228 [11]. Quest’ultima, di cui TIM ha curato la redazione sia in ETSI che in ITU-T (dove equivale alla L.1331 [12]), introduce da un lato criteri di misura dei consumi della rete di accesso mobile, dal GSM al 5G NR, dall’altro criteri di misura del traffico generato nella stessa rete, eliminando eventuali ridondanze, per determinare l’efficienza energetica complessiva con alcune metriche. Inizialmente le metriche erano basate, nelle prime versioni della specifica, sul rapporto tra traffico e consumi (bit/Joule), ma più recentemente altre metriche sono state introdotte, ad esempio il rapporto tra area di copertura e consumo, oppure considerando anche latenza e numero di clienti connessi, per il 5G in particolare. La specifica seleziona una rete “under-test”, come rappresentata nella Fig.5, e su quella calcola consumi, traffico e gli altri parametri menzionati per tutti i siti, siano essi macro, micro o altre celle.

Figura 5: Rete considerata per le misure di consumo e efficienza secondo la specifica ES203228/ITU-T L.1331

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Da questa rete si effettua poi una estrapolazione per l’intera rete che si vuole considerare, ad esempio, l’intera rete in un ambito simile a quello della rete “under-test”, per minimizzare il numero di misurazioni da effettuare. L’esito della estrapolazione può essere poi utilizzato per confronto con altre reti o altre aree. Un report standard è anche definito per evitare ambiguità. L’attività de gruppi in ETSI e ITU descritti è svolta in “liaison” con l’SA5 in 3GPP. In questo ambito sono in corso alcune attività relative all’efficienza energetica delle reti 5G, in particolare la definizione di Key Perfomance Indicator (KPI) per l’efficienza energetica di gNB, della 5G Core network e delle relative slice per eMBB, URLLC, MIoT, etc. Il gruppo si occupa anche della definizione di KPI per il consumo energetico di reti 5G, e di “network function” (NF) relative, anche nel caso di NF virtualizzate (VNF). In queste definizioni, avendo la liaison in essere con ETSI/ITU, SA5 fa uso delle stesse metriche definite in quell’ambito e riportate in precedenza in questo paragrafo. Infine, il gruppo SA5 si occupa anche di use case e soluzioni orientate al risparmio energetico per il 5G, e tra queste, a titolo di esempio, varie implementazioni di switch-off controllati in corrispondenza di periodi di basso carico.
Documenti di interesse per SA5 sono il TS28.310 [13] e il TS28.554 [14].

Conclusioni

La sostenibilità delle future reti è un tema analizzato in molti aspetti, sia per le reti esistenti e la loro gestione, che per le reti innovative che ci attendiamo nei prossimi anni, il cui progetto non può che essere ispirato al contenimento dei consumi e alla efficienza nel suo complesso. In questo contesto, le attività di standardizzazione e quelle più propriamente di ricerca finanziata rivestono un ruolo fondamentale nel guidare il processo di definizione e di monitoraggio della sostenibilità quale parametro di progetto e di ispirazione per le telecomunicazioni del futuro. In questa sezione si sono pertanto presentate le attività di standard seguite da TIM, sia per la parte di Cloud/data centers/rete fissa, che per le reti mobili. Si sono inoltre brevemente illustrati due progetti, Hexa-X e 6Green, finanziati dalla Commissione Europea, che si occupano del tema per gli aspetti dell’innovazione verso le reti dei prossimi anni.

Bibliografia

ETSI EE https://www.etsi.org/committee/ee
ITU-T SG5 https://www.itu.int/en/ITU-T/studygroups/2017-2020/05/Pages/default.aspx
Specifica 3GPP 28.813 Specification # 28.813 (3gpp.org)
GSMA Metriche per Mobile ESG-Metrics-for-Mobile-February-2023.pdf (gsma.com)
NGMN KPI Target Values https://www.ngmn.org/wp-content/uploads/230222_NGMN_GFN_KPIs_Target_Values-V1.0.pdf
TIP project Joint MoU joint-mou-white-paper-mwc-2023.pdf (telecominfraproject.com)
ETNO Sustainable Development https://etno.eu/working-groups/sustainable-development.html
JRC Code of Conduct https://e3p.jrc.ec.europa.eu/communities/ict-code-conduct-energy-consumption-broadband-communication-equipment
Specifica ETSI ES 202706-1 https://www.etsi.org/deliver/etsi_es/202700_202799/20270601/01.07.01_60/es_20270601v010701p.pdf
Specifica ETSI TS102706-2 https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/102700_102799/10270602/01.05.01_60/ts_10270602v010501p.pdf
Specifica ETSI ES203228 https://www.etsi.org/deliver/etsi_es/203200_203299/203228/01.04.01_60/es_203228v010401p.pdf
Raccomandazione ITU-T SG5 L.1331 https://www.itu.int/rec/T-REC-L.1331
3GPP TS28.310 https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=3550
3GPP TS28.554 https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=3415

Acronimi

API Application Programming Interface

BBU Base-Band Unit

CEI Comitato Elettrotecnico Italiano

EE ETSI Environmental Engineering Technical Committee

EEPS ETSI EE- Product Specifications

ESG Environmental Sustainability Goals

ETNO European Telecommunications Network Operators’ Association

ETSI European Telecommunications Standards Institute

EU European Union

FTTR Fiber to the Room

GFN Green Future Networks

GHG GreenHouse Gas Emissions

GSMA GSM Association

ISG Industry Standard Group

ISO International Organization for Standardization

ITU International Telecommunication Union

JRC Joint Research Center (group)

KPI Key Performance Indicator

NF Network Function

NFV Network Function Virtualization

NGMN Next Generation Mobile Networks (group)

NR New Radio

RAN Radio Access Network

SDO Standard Developing Organization

SG Study Group

TIP Telecom Infra Project

URLLC Ultra Reliable Low Latency Communications

VNF Virtual Network Function