ATENA
Analisi Tecnico Economica sullo sviluppo delle reti e dei servizi di Nuova generAzione

Programma di finanziamento 
(e relativo sottoprogramma)
Convenzione quadro FUB-ISCOM del 15 novembre 2010 e successivo rinnovo del 28 dicembre 2011
Durata 15 novembre 2010 – 15 novembre 2011
28 dicembre 2011 – 28 giugno 2013
1 gennaio 2014 – 31 dicembre 2014
Partecipanti Fondazione Ugo Bordoni
Istituto Superiore delle Comunicazioni e delle Tecnologie dell'Informazione (ISCOM)

Il Progetto “ATENA” s’inquadra nelle politiche di sviluppo delle reti di nuova generazione (NGN), in linea con gli obiettivi perseguiti dall’Agenda Digitale Europea.

Si tratta di un progetto di ricerca che supporta lo sviluppo di reti ultrabroadband di tipo green mediante studi teorici e ricerche di laboratorio.

Le attività svolte dalla FUB dal 2011 al 2014, si possono raggruppare in due macro-aree:

  • Macro-area A: Supporto tecnico al Dipartimento delle Comunicazioni sui temi dell’Agenda Digitale, con particolare enfasi sulle infrastrutture di larga banda e relativi costi;
  • Macro-area B: Ricerca e sperimentazione nel campo delle reti di nuova generazione, in collaborazione con ISCOM, allo scopo di elaborare proposte per progetti nazionali e internazionali (Horizon 2020).

Macro-area A 

Analisi economica sugli impatti delle NGN
Guardando agli obiettivi dell’Agenda europea, che prevedono accessi per tutti gli utenti ad almeno 30 Mb/s e 100 Mb/s per metà della popolazione, è stata ipotizzata un'infrastruttura mista fibra-rame (VDSL2 vectoring) il cui costo complessivo di realizzazione è stato stimato intorno agli 8 miliardi di euro. Ulteriori risparmi potrebbero essere realizzati grazie all’introduzione della tecnica LTE nelle are più disabitate. In particolare, è stata valutata la possibilità di portare la connessione in fibra ottica dalla centrale a una Base Station. Le stime FUB hanno mostrato che con un costo tra i 30.000 e i 50.000 Euro (per comune) sarebbe possibile portare la larga banda a più di 1000 Comuni senza la necessità di connessioni in doppino, difficilmente presenti nelle aree rurali, costi che potrebbero essere anche più bassi se venissero utilizzate le infrastrutture delle reti elettriche.  A fine 2011, in collaborazione diretta con la società INFRATEL, sono stati prodotti diversi contributi per il “Progetto Strategico Agenda Digitale Italiana: implementare le infrastrutture di rete, caratteristiche e modalità attuative”, che è ancora alla base dei piani del Governo sulle Banda Ultralarga.
Nel corso del 2013, è stata sperimentata una nuova tecnica di trasmissione ottica in aria libera per reti GPON. È stato mostrato che tagliando un braccio della rete GPON che connette lo splitter ottico alla terminazione di utente (ONU), è possibile trasmettere il segnale in aria libera nelle due direzioni di propagazione, senza l’utilizzo di nuovi apparati optoelettronici, bensì con sole lenti. Questa tecnica permetterebbe di estendere il funzionamento delle GPON anche laddove lo scavo degli ultimi metri potrebbe risultare troppo oneroso.

Reti per Data Center
L’Agenda Digitale Italiana prevede la realizzazione di Data Center in alcune Regioni italiane. A tal fine FUB ha redatto per il Dipartimento delle Comunicazioni del MiSE le principali linee guida per la realizzazione di reti per Data Center, con particolare riferimento alle tecniche necessarie per il conseguimento di un rilevante risparmio energetico. A giugno 2012 è stato consegnato il documento “Data Center”, che fornisce una visione di insieme, nazionale e internazionale, sul tema del Cloud Computing e dei Data Center.

Consumi energetici nelle reti di nuova generazione basate su fibra
FUB ha condotto un’analisi dei consumi di potenza nelle reti di accesso al fine di quantificare il risparmio energetico dovuto alla sostituzione completa della rete in rame con una in fibra ottica. Le misure sono state effettuate sulle reti di accesso fisse presenti presso i laboratori dell’Istituto Superiore delle Comunicazioni e Tecnologie dell’Informazione (ISCOM) e hanno riguardato accessi di tipo xDSL (Digital Subscriber Line) e GPON (Gigabit Passive Optical Networks). In particolare, sono stati valutati i consumi di una rete di accesso in rame con tecnologia ADSL2+ (attualmente la più utilizzata), e di una rete in fibra ottica di tipo passivo (GPON). I risultati hanno mostrato che una rete GPON, a parità di banda, consuma una potenza per utente più bassa dell’84% rispetto a quella di una rete ADSL2+. Pertanto, la sostituzione di tutta la rete in rame con una rete in fibra ottica GPON porterebbe ad un risparmio medio di circa 500 GWh/anno e ad un risparmio di circa 1.6 miliardi di Euro in un orizzonte temporale di 20 anni: tempo considerato normalmente per l’ammortamento degli investimenti in una nuova rete di accesso. Nell’ottobre 2011, è stato prodotto un documento per il Dipartimento Comunicazioni sull’utilizzo dei titoli di efficienza energetica per il reperimento di fondi utilizzabili per favorire gli investimenti nelle reti di nuova generazione.
Sono state studiate nuove tecniche per il risparmio energetico nelle reti WDM basate sullo spegnimento delle connessioni in fibra ottica amplificate. Lo studio ha riguardato l’ottimizzazione della distribuzione delle lunghezze d’onda nello spettro ottico, prendendo in considerazione i limiti indotti dalle fibre ottiche e dai vari dispositivi che compongono i collegamenti. È stato inoltre mostrato che, ai fini di una corretta realizzazione di reti core dal punto di vista energetico sarebbe opportuno l’utilizzo di canali WDM con formati di trasmissione e bit rate secondo le esigenze del traffico nei nodi. I principi di funzionamento dei suddetti algoritmi per il risparmio energetico sono stati sperimentati sulla rete NGN utilizzando una procedura di tipo dinamico basata sul monitoraggio del traffico in rete. È questa la prima applicazione del principio su cui si basano le Software Defined Networks (SDN) sulla rete NGN. Questo modello di rete SDN è stato anche applicato con un altro principio di funzionamento basato sul mantenimento della QoS anche in condizione di congestione della rete. Mediante la misura della QoS dal lato utente e il monitoraggio del traffico in rete, si determina infatti quando le connessioni sono troppo cariche e quindi, in condizioni critiche, un orchestrator permette di incrementare la capacità della rete accendendo nuovi link GbE.

Macro-area B

Prestazioni della rete per ambienti di Cloud Computing
Utilizzando il test bed dell’ISCOM, è stata implementata una rete che può supportare un ambiente cloud. L’attività ha mostrato che l’introduzione di una serie di tecniche quali il controllo automatico della QoS, del ripristino e della configurazione automatica di percorsi virtuali (LPS) in ambiente Virtual Private LAN Service (VPLS) permette il notevole miglioramento di una rete dal punto di vista della qualità dei servizi e della dinamicità, e questo risulta particolarmente rilevante per ambienti di tipo Cloud Computing. Tali tecniche sono state testate anche in ambienti più vasti mediante simulazioni con codice OPNET mostrando un’ottima scalabilità.

Architetture di multicast per la gestione di servizi video
Sulla rete sperimentale NGN è stata testata una serie di servizi e applicazioni che richiedono alti consumi di banda, ed in particolare servizi video HD. La qualità dei servizi è stata testata mediante misure di Qualità del Servizio (dal punto di vista della rete) e Qualità dell’Esperienza (dal punto di vista utente). Sono state sperimentate nuove tecniche d’instradamento di tipo multi-cast (PBB-TE&VPLS), ricorrendo anche a nuove procedure operanti totalmente a livello ottico. È stata inoltre sperimentata la trasmissione del segnale digitale terrestre (DVB-T) in una rete di accesso in fibra ottica di tipo passivo (PON). Questa sperimentazione ha avuto come obiettivo la dimostrazione della possibilità concreta di utilizzare la futura rete di accesso ottica anche per una nuova piattaforma TV di tipo via cavo. La trasmissione è stata ottimizzata al fine di ottenere una trasmissione del segnale ottico fino ad una distanza massima di 60 km. Per ulteriori distanze sono stati considerati amplificatori ottici.

Prestazioni dei sistemi ottici multilivello
Uno studio teorico ha consentito di valutare le prestazioni dei sistemi ottici multilivello (RZ-DPSK, RZ-DQPSK e 8QAM), di definire la migliore metodologia per il contenimento della degradazione dovuta all’effetto Kerr e di capire l’effetto benefico della pre-compensazione per i sistemi RZ-DPSK.
È stata introdotta una nuova teoria analitica che permette una semplice formulazione per la Selph Phase Modulation ai fini del calcolo delle prestazioni dei sistemi ottici WDM di tipo multilivello che è stata verificata con simulazioni numeriche. Questa formulazione analitica potrebbe avere importanti utilizzi nel design delle reti ottiche. Nell’autunno 2014, il modello è stato presentato all’ITU-T SG 15 mediante una raccomandazione (Question 6/15, G680) che è stata sostenuta da tutti i partecipanti italiani e che è ora in fase di valutazione per la sua approvazione finale.

Contributi in ambito ITU
Un’altra delle finalità di questo progetto è stata la realizzazione di contributi in ambito ITU-T (SG12, SG13, SG15) che possano favorire la crescita di imprese italiane in ambito ICT. Gli studi in ambito ATENA hanno permesso di produrre una serie di contributi per l’SG15, con particolare attenzione al backhouling in fibra per reti 3G-4G, alle reti metro WDM e alle prestazioni di reti core WDM.

FUB e ISCOM hanno partecipato alla realizzazione della puntata di TG2 Dossier “Quando arriverà la larga banda” del 1° settembre 2013.

Gli studi realizzati nell’ambito del progetto ATENA hanno tratto alcuni input dalle collaborazioni FUB con il progetto FP7 TREND riguardante il risparmio energetico nelle reti di telecomunicazioni, e con il progetto nazionale PRIN ROAD-NGN, riguardante la rete di accesso ottica.