Les noves generacions de xarxes mòbils sempre han arribat de la mà de noves tecnologies i arquitectures orientades a millorar les capacitats i la qualitat dels serveis. D’aquesta manera, i amb l’objectiu d’augmentar velocitats i disminuir latències, s’han prioritzat innovacions orientades a eixamplar l’amplada de banda que generalment requereix el desplegament de noves ràdios amb una major densitat d'antenes. Això té associat un evident cost energètic, ja que les estacions base mòbils suposen aproximadament un 75% del consum energètic de les operadores. Sumant la contribució de la xarxa troncal de nucli i els centres de dades, l’operativa de les xarxes mòbils dona lloc a aproximadament el 0,3% de les emissions mundials de gasos d’efecte hivernacle.

La urgència per combatre el canvi climàtic, juntament amb la pujada dels preus de l'electricitat i els components electrònics, ha resultat clau els últims anys per canviar el xip de la indústria. Per exemple, l'associació professional d'operadors de telefonia mòbil (GSMA) promou des del 2019 arribar a zero emissions netes l’any 2050. Un objectiu que ja ha sigut acceptat per 70 operadores que suposen quasi la meitat de les connexions mòbils del món. Això ha comportat que els últims anys el consum energètic de les xarxes mòbils hagi decrescut tot i l’increment de la demanda de trànsit, amb Europa liderant el decreixement amb un 50% menys de consum. En aquest sentit, les millores en l’eficiència energètica de les xarxes 4G i 5G, i l’increment de l'ús d’energies renovables, han estat fonamentals per aconseguir-ho.

"Les estacions base mòbils suposen aproximadament un 75% del consum energètic de les operadores"

En tot cas, la necessitat d'oferir noves capacitats als usuaris i tenir la xarxa preparada per a pics de demanda fa que l’operativa de la xarxa continuï lluny de l’eficiència energètica òptima, promovent encara desplegaments sobredimensionats pel que fa a recursos ràdio i de computació. En aquest sentit, a i2CAT treballem a projectes de recerca amb l’objectiu de millorar l’ús d’energia de les xarxes mòbils. Concretament, al projecte europeu SNS BeGREEN, finançat pel programa de recerca i innovació Horizon Europe de la Unió Europea, proposem diferents mecanismes per adaptar dinàmicament els recursos de la xarxa a la demanda de trànsit, aplicant models d'intel·ligència artificial i utilitzant dades reals d’operadores mòbils a Catalunya. Aquests models de predicció, conjuntament amb la informació i el coneixement que podem extreure de les dades reals, ens permeten idear solucions realistes aplicables a les xarxes actuals.

La primera de les solucions plantejades té l’objectiu d’apagar i encendre dinàmicament les ràdios 5G en funció de la demanda esperada de tràfic. Actualment, els desplegaments comercials estan basats en 5G NSA (Non-Standalone), utilitzant simultàniament la xarxa 4G com a base per proveir connectivitat i les ràdios 5G per millorar l’amplada de banda. Tanmateix, segons la localització de les antenes o el moment temporal (hora i dia de la setmana), es donen situacions en què la ràdio 5G es podria apagar i moure el tràfic a les ràdios 4G. Per exemple, això succeeix habitualment durant la nit. El repte que ens trobem en aquest cas és predir amb antelació, i per a cada estació base, els instants òptims per apagar i encendre les ràdios. També, determinar el possible impacte en el tràfic dels usuaris actius que suposa aquesta solució a causa de les diferents prestacions de les ràdios 4G i 5G. En avaluacions inicials, hem obtingut uns temps d’apagament per algunes ràdios 5G superiors al 50% de la setmana, suposant reduccions molt significatives de consum energètic de la xarxa.

“I en el cas del 6G es posaran els objectius planetaris de sostenibilitat al mateix nivell que les millores de prestacions i la definició de nous serveis”

Aquesta mena d’estratègies per adaptar dinàmicament els recursos a la demanda també es poden aplicar als servidors de computació, per exemple als dedicats a processar les dades d’usuari (UPF o User Plane Function a les xarxes 5G). Així, a BeGREEN també estudiem com adaptar l’estat del processador (nombre i freqüència de les CPUs) al trànsit de la xarxa, partint també de dades reals i prediccions mitjançant intel·ligència artificial. D’aquesta manera, podem disminuir fins a un 30% per cent el consum energètic del servidor sense impactar a la qualitat del servei.

Aquests dos exemples són només una mostra de com la recerca aplicada a les xarxes mòbils s’està orientant a la millora de l’eficiència energètica i la sostenibilitat. Actualment, a les successives especificacions del 5G per part del 3GPP els mecanismes d’eficiència energètica són considerats una de les prioritats de millora. I en el cas del 6G, aquest serà un aspecte encara més cabdal, posant els objectius planetaris de sostenibilitat (d’entorn, social i econòmica) al mateix nivell que les millores de prestacions i la definició de nous serveis. En aquest sentit, la traçabilitat energètica serà clau, facilitant que es pugui identificar l’eficiència energètica dels serveis mòbils, dels usuaris, o fins i tot de les aplicacions, possibilitant que l’usuari determini activament com desitja que sigui la seva empremta de carboni quan utilitza el telèfon mòbil. El futur tecnològic, però també del planeta, estarà a les nostres mans.