R4R studia l’integrazione di sistemi di alimentazione rinnovabile nell’infrastruttura di accesso alle comunicazioni per aumentare congiuntamente la sostenibilità e la resilienza della rete. Le infrastrutture di comunicazione, abilitate da fonti rinnovabili distribuite combinate con algoritmi intelligenti per l’allocazione delle risorse, diventano sostenibili e resilienti: un obiettivo fondamentale per una società che si affida alle comunicazioni ma che deve affrontare le sfide globali indotte dai cambiamenti climatici.
R4R fa parte dello Spoke 3 – Wireless Networks and Technologies
PI di progetto: Michela Meo
[M1-M6]
Definizione degli scenari di riferimento, con i relativi vincoli.
Strumenti
Definizione degli scenari di riferimento, con i relativi vincoli.
- Business as usual (BAU): scenari urbani densi che integrano soluzioni di energia rinnovabile.
- Disaster management (DM): scenari urbani densi in cui guasti, dovuti a discontinuità dell'alimentazione elettrica o al verificarsi di catastrofi che compromettono l'infrastruttura di distribuzione dell'energia elettrica.
- Sito isolato (IS): un sito in un'area remota o in una regione emergente, in cui l'infrastruttura elettrica non è affidabile o presente.
- Prestazioni e qualità dei servizi di comunicazione
- Consumo energetico ed emissioni
- Resilienza
- Un framework di simulazione per BS alimentati tramite varie fonti energetiche e collegati in una micro-rete in modo che possano scambiare energia, se necessario.
- Un framework per l'ottimizzazione delle fonti di energia dei siti BS.
- Un'analisi preliminare dell'impatto della condivisione di rete sulla sostenibilità.
Strumenti
- Un framework di simulazione per BS alimentati da varie fonti di energia e collegati in una micro-rete in modo che possano scambiare energia, se necessario
- Un framework per l'ottimizzazione delle fonti di energia dei siti BS
- Analisi dei guasti in una porzione di una RAN in funzione
- Modello di consumo energetico derivato da dati reali di una porzione di una RAN in funzione
- Utilizzo di superfici intelligenti riconfigurabili e riconfigurabili per la sostenibilità
Resilienza
L’analisi dell’impatto dei guasti di alimentazione sulla continuità del servizio della Rete di Accesso Radio (RAN) ha dimostrato che dotare le Stazioni Base (BS) di energia generata localmente migliora la resilienza della RAN ai guasti. L'analisi considera la presenza di pannelli fotovoltaici (PV) con o senza unità di accumulo dell'energia. Il potenziale per le BS di condividere l’energia prodotta localmente attraverso una micro-rete non è significativo se tutte le BS sono dotate di pannelli fotovoltaici, poiché sia la domanda di elettricità che la quantità di energia generata sono altamente correlate. Tuttavia, quando solo pochi siti BS generano energia, la presenza di una microrete è fondamentale per aumentare la resilienza. Stiamo sviluppando strategie per la condivisione dell’energia tra BS connesse in una micro-rete, ciascuna con diverse capacità di generazione o stoccaggio dell’energia. La resilienza è un obiettivo chiave per un accesso inclusivo ai servizi di comunicazione. Le strategie che ottimizzano l’uso dell’energia generata localmente in caso di interruzioni dell’alimentazione elettrica aumentano la resilienza in tutto il mondo, soprattutto nelle regioni con reti di distribuzione elettrica inaffidabili, così come nelle aree in cui la transizione verso le reti intelligenti con fonti rinnovabili distribuite aumenta la variabilità della generazione di energia.
Sostenibilità
La sovrapposizione delle infrastrutture di rete comporta notevoli sprechi energetici. Quando la domanda di traffico è bassa, la capacità complessiva dispiegata in un’area supera ampiamente la domanda, soprattutto considerando la presenza di diversi operatori con diverse tecnologie. Stiamo valutando il potenziale impatto sulla riduzione dei consumi energetici e, di conseguenza, sulla sostenibilità dell'utilizzo del roaming tra operatori che coprono la stessa zona. Ridurre l’energia necessaria per far funzionare le RAN attraverso la cooperazione tra gli operatori contribuisce alla sostenibilità dei servizi di comunicazione, che a sua volta aiuta a mitigare il cambiamento climatico.
Risultati scientifici:
L. Badia, A. Gandelli, "A Comparison of Status Update Optimization and Microgrid Management" CGEE (International Conference on Clean and Green Energy Engineering), 2023
D. Renga, M. Ni, M. Ajmone Marsan, M. Meo, "Network Sharing to enable sustainable communications in the era of 5G and beyond," IEEE International Conference on Communications (ICC): Green Communication Systems and Networks Symposium, June 2024
A, Cabrera-Tobar, F. Grimaccia, S. Leva, "Energy Resilience in Telecommunication Networks: A Comprehensive Review of Strategies and Challenges" Energies 2023, 16(18)
L’analisi dell’impatto dei guasti di alimentazione sulla continuità del servizio della Rete di Accesso Radio (RAN) ha dimostrato che dotare le Stazioni Base (BS) di energia generata localmente migliora la resilienza della RAN ai guasti. L'analisi considera la presenza di pannelli fotovoltaici (PV) con o senza unità di accumulo dell'energia. Il potenziale per le BS di condividere l’energia prodotta localmente attraverso una micro-rete non è significativo se tutte le BS sono dotate di pannelli fotovoltaici, poiché sia la domanda di elettricità che la quantità di energia generata sono altamente correlate. Tuttavia, quando solo pochi siti BS generano energia, la presenza di una microrete è fondamentale per aumentare la resilienza. Stiamo sviluppando strategie per la condivisione dell’energia tra BS connesse in una micro-rete, ciascuna con diverse capacità di generazione o stoccaggio dell’energia. La resilienza è un obiettivo chiave per un accesso inclusivo ai servizi di comunicazione. Le strategie che ottimizzano l’uso dell’energia generata localmente in caso di interruzioni dell’alimentazione elettrica aumentano la resilienza in tutto il mondo, soprattutto nelle regioni con reti di distribuzione elettrica inaffidabili, così come nelle aree in cui la transizione verso le reti intelligenti con fonti rinnovabili distribuite aumenta la variabilità della generazione di energia.
Sostenibilità
La sovrapposizione delle infrastrutture di rete comporta notevoli sprechi energetici. Quando la domanda di traffico è bassa, la capacità complessiva dispiegata in un’area supera ampiamente la domanda, soprattutto considerando la presenza di diversi operatori con diverse tecnologie. Stiamo valutando il potenziale impatto sulla riduzione dei consumi energetici e, di conseguenza, sulla sostenibilità dell'utilizzo del roaming tra operatori che coprono la stessa zona. Ridurre l’energia necessaria per far funzionare le RAN attraverso la cooperazione tra gli operatori contribuisce alla sostenibilità dei servizi di comunicazione, che a sua volta aiuta a mitigare il cambiamento climatico.
Risultati scientifici:
- 16 articoli pubblicati (5 riviste)
- 1 paper congiunto (submitted)
- Simulatore di porzioni di RAN alimentate con fonti rinnovabili
L. Badia, A. Gandelli, "A Comparison of Status Update Optimization and Microgrid Management" CGEE (International Conference on Clean and Green Energy Engineering), 2023
D. Renga, M. Ni, M. Ajmone Marsan, M. Meo, "Network Sharing to enable sustainable communications in the era of 5G and beyond," IEEE International Conference on Communications (ICC): Green Communication Systems and Networks Symposium, June 2024
A, Cabrera-Tobar, F. Grimaccia, S. Leva, "Energy Resilience in Telecommunication Networks: A Comprehensive Review of Strategies and Challenges" Energies 2023, 16(18)
Vodafone si è unita a R4R al M13 e ha iniziato a collaborare attivamente già dal M9.
Vodafone ha condiviso i dati di una parte della propria RAN, il report dei dati sul consumo energetico e sui guasti all'alimentazione elettrica.
È in corso uno studio congiunto per:
Derivare nuovi modelli di consumo:
Vodafone ha condiviso i dati di una parte della propria RAN, il report dei dati sul consumo energetico e sui guasti all'alimentazione elettrica.
È in corso uno studio congiunto per:
Derivare nuovi modelli di consumo:
- Valutare il potenziale impatto della presenza di fonti rinnovabili e di una micro-rete
- Mappare i guasti dell'alimentatore nel deterioramento della QoS
Partner di programma:
Partner bandi a cascata:
Riesci a immaginare cosa accadrebbe se i servizi di comunicazione smettessero di funzionare, anche per un breve periodo? Ciò sta diventando sempre più frequente a causa dell’elevata domanda di elettricità che mette a dura prova il sistema di distribuzione dell’energia, nonché della carenza e dell’aumento dei prezzi delle fonti energetiche primarie.
R4R sta studiando la possibilità di dotare le infrastrutture di comunicazione di fonti energetiche rinnovabili distribuite. Producendo localmente elettricità indipendentemente dalla rete elettrica, queste infrastrutture possono diventare più resilienti. I risultati di R4R mostrano che anche i piccoli pannelli solari installati nelle stazioni base dei sistemi cellulari possono renderli resistenti alle tipiche interruzioni di corrente diurne.
R4R sta studiando la possibilità di dotare le infrastrutture di comunicazione di fonti energetiche rinnovabili distribuite. Producendo localmente elettricità indipendentemente dalla rete elettrica, queste infrastrutture possono diventare più resilienti. I risultati di R4R mostrano che anche i piccoli pannelli solari installati nelle stazioni base dei sistemi cellulari possono renderli resistenti alle tipiche interruzioni di corrente diurne.
1. Accomplished:
- A report on the state of the art and reference scenarios.
- A living document on the SOTA, research gaps, scenarios and KPIs has been started and it will continuously be updated as the research activities go on.
- Repository of papers as reported in the living document.
- Four papers have been published.
- One joint paper has been submitted.
- A report on a framework for the optimization of power supply.
- A simulator of of portions of RANs powered with renewables
- At least: 6 joint papers; 6 papers of individual partners.
- A tool to simulate different scenarios corresponding to portions of a RAN powered by renewable energy generators.
- Machine-learning algorithms to allocate radio and energy resources with the objective to reduce consumption and cope with failure of power supply systems shared with the scientific community.
- 50% on publications
- 50% on the tool
- 70% on solutions
- Deliverable D1: STATE OF THE ART AND REFERENCE SCENARIOS has been completed at M6.
- Milestone M4 “Framework for the optimization of power supply” has been completed as planned has been completed at M15
- Un rapporto sullo stato dell'arte e sugli scenari di riferimento.
- È stato avviato un documento dinamico su SOTA, lacune nella ricerca, scenari e KPI e verrà costantemente aggiornato con l'avanzare delle attività di ricerca.
- Repository di documenti come riportato nel documento dinamico.
- Sono stati pubblicati 15 documenti (5 su riviste).
- È stato presentato un documento congiunto.
- Un rapporto su un framework per l'ottimizzazione dell'alimentazione.
- Un simulatore di porzioni di RAN alimentate da fonti rinnovabili.
- Relazione sullo stato dell'arte e sugli scenari di riferimento
- Strategie preliminari di gestione delle risorse e dell'energia
- Framework per l'ottimizzazione dell'alimentazione elettrica -
- Framework per ottimizzare i sistemi di alimentazione elettrica richiesti negli scenari di riferimento
- Analisi dei guasti
- Almeno: 6 documenti congiunti; 6 documenti di singoli partner.
- Uno strumento per simulare diversi scenari corrispondenti a porzioni di una RAN alimentata da generatori di energia rinnovabile.
- Algoritmi di apprendimento automatico per allocare risorse radio ed energetiche con l'obiettivo di ridurre i consumi e far fronte ai guasti dei sistemi di alimentazione elettrica condivisi con la comunità scientifica.
- 50% sulle pubblicazioni
- 70% sullo strumento
- 60% sulle soluzioni
Ricercatori coinvolti: Due RTDa a tempo pieno (presso PMI e PTO), circa 2 anni finora accumulati dagli altri partecipanti al progetto.
Proposte di collaborazione:
R4R intende avviare nuove collaborazioni su temi legati alla sostenibilità e alla resilienza, con l’obiettivo di rispondere alle seguenti domande di ricerca:
- qual è il consumo energetico delle nuove tecnologie di telecomunicazione? Sono sostenibili nel medio e lungo termine?
- come si possono combinare diverse tecnologie per rendere le infrastrutture di telecomunicazione più resilienti?
È possibile avanzare proposte di collaborazione sul progetto contattando la PI del progetto.
R4R news: