Il contributo delle Tlc alla realizzazione del Metaverso

Luigi Artusio, Simonetta Sada, Francesco Vadalà

Metaverse, in italiano “Metaverso”, termine usato (a proposito e a sproposito) continuamente, è certamente una delle parole dell'anno: la nuova frontiera della tecnologia, spesso definito come il naturale sviluppo dei social media, sarà in realtà molto di più. Il Metaverso viene inteso come una sorta di Internet di livello superiore, come un “Internet spaziale”, una reinterpretazione tridimensionale della tecnologia Internet sovrapposta al mondo fisico. Le persone collegate al Metaverso fanno parte del mondo fisico, ma potranno interagire con oggetti e avatar di questo mondo virtuale, che gli altri non vedono.
Come visto negli altri capitoli di questo Notiziario Tecnico, i campi di applicazione del Metaverso sono potenzialmente infiniti, da un luogo in cui i consumatori potranno fare acquisti e giocare, a nuove modalità di addestramento per processi di produzione industriale basati su intelligenza artificiale. Ma come il più avveniristico grattacielo deve poggiare su solide fondamenta, anche il nascente Metaverso avrà bisogno di una altrettanto avanzata infrastruttura di telecomunicazione alla sua base, flessibile e performante.
Vediamo quindi cosa le società di telecomunicazioni stanno facendo per abilitare il Metaverso, predisponendo quelle che Meta (Facebook) chiama le “metaverse-ready networks”.

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Il contributo delle Tlc

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Verso le “metaverse-ready networks”

Alla vigilia del Mobile World Congress 2022 a Barcellona, il vicepresidente di Meta (Facebook) Dan Rabinovitsj ha pubblicato una sorta di manifesto sulle pagine del blog aziendale di Meta [1], indicando quelle che secondo lui sono le direttive secondo le quali gli operatori dovranno modellare le loro reti per far sì che il Metaverso funzioni. In particolare, Rabinovitsj ha individuato: riduzione della latenza di rete (network latency), larghezza di banda simmetrica (symmetrical bandwidth) e un “framework” comune per la condivisione delle metriche di rete tra i vari attori coinvolti. Non è banale per gli operatori implementare tutte e tre queste aree.

I requisiti per la larghezza di banda
Pensiamo ai visori e agli occhiali di AR/VR; per poter offrire esperienze davvero coinvolgenti, questi dispositivi dovranno fornire risoluzioni anche superiori a 4K, poiché l’immagine è molto vicina agli occhi. Il requisito di larghezza di banda per una risoluzione di 8K è superiore a 200 Mbps e, con l’aumento della frequenza dei fotogrammi e della profondità del colore, i requisiti aumenteranno fino a raggiungere i 300 Mbps [2]. Con l’aumento della complessità e dell’importanza della simulazione virtuale, aumenterà la quantità di dati da trasmettere in streaming. Questo è un punto focale: per interagire in un ambiente virtuale in tempo reale, condiviso e persistente, è necessario ricevere un’enorme quantità di dati in streaming con una latenza estremamente bassa. Inoltre, detta quantità di informazione cresce drasticamente nel caso in cui si voglia offrire alle persone la possibilità di passare, senza soluzione di continuità, tra diversi mondi virtuali, perché questo richiede la disponibilità dei dati che caratterizzano tutti gli ambienti virtuali nonché di tutti i dati personali. Inoltre, considerando che il Metaverso sarà sempre più caratterizzato dalle attività svolte dalle persone, sarà anche necessario raccogliere, gestire e trasferire enormi quantità di dati generati dinamicamente. Consideriamo, a puro titolo di esempio, la quantità di dati generati da un “motion capture” in tempo reale da mappare sull’avatar di una persona, oppure quelli da trasferire quando un individuo decide di guardare uno streaming all’interno del Metaverso e così via. E requisiti di banda ancora più forti saranno necessari per le future comunicazioni multisensoriali immersive. L’incorporazione di più sensi nelle comunicazioni permetterà di alzare ulteriormente i livelli di immersione e colmerà il divario tra i mondi reali e virtuali. Se si considera che l’impennata della domanda di Netflix durante la pandemia ha saturato la rete di Internet in Europa, appare evidente che le reti dovranno subire importanti aggiornamenti per fornire le velocità necessarie al Metaverso.

Figura 1: Stima dei requisiti del throughput minimo e della latenza per diverse forme di comunicazione sensoriale [3]

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L’importanza della bassa latenza
La latenza è il tempo impiegato da una richiesta per viaggiare tra un utente e un computer remoto. I requisiti di latenza nel Metaverso potrebbero essere ordini di grandezza più elevati delle attuali applicazioni VR e AR. Infatti, anche se il Metaverso, probabilmente, non arriverà a richiedere prestazioni come un “fast-twitch AAA game”, la latenza sarà essenziale per consentire attività in tempo reale e interazioni sociali soddisfacenti [4]. Ad esempio, le espressioni facciali, i movimenti delle labbra, degli occhi e delle sopracciglia sono incredibilmente importanti per la conversazione umana.
In prospettiva, il Metaverso “target” richiederà una latenza prossima allo zero e una larghezza di banda e una potenza di elaborazione straordinarie: al momento, gli Operatori di telecomunicazione stanno implementando la rete 5G, che promette una latenza estremamente bassa, ma che, probabilmente, non sarà sufficiente per una piena fruizione delle applicazioni del Metaverso in mobilità.

Gli investimenti per il Cloud e l’Edge Computing
Il primo modo per migliorare la latenza è localizzare fisicamente le risorse di Cloud Computing il più vicino possibile a dove si trovano gli utenti (Edge Computing). Il tema dell’Edge Computing è ben noto agli operatori di rete mobile, molti dei quali stanno già costruendo partnership con Microsoft, Google e Amazon proprio su questo t ema. Il Metaverso richiederà “utenti simultanei” (milioni) ed esperienze e oggetti personalizzabili (ad esempio, la possibilità di partecipare a un concerto virtuale o di personalizzare un outfit). La grande quantità di dati necessaria per il Metaverso eserciterà molta pressione non solo sulle reti di trasmissione, ma anche sulla capacità dei data center di elaborare e trasmettere informazioni. Per indirizzare questo aspetto, potrebbero essere adottati due modelli di elaborazione: il primo consiste nel concentrare quanta più elaborazione possibile nel Cloud, piuttosto che su dispositivi locali e quindi trasferire l’intera esperienza “renderizzata” dal Cloud al dispositivo di un utente come flusso video. Il secondo modello prevede la distribuzione dell’elaborazione su dispositivi locali: il rendering e lo streaming video basati sul Cloud, infatti, sono un’idea convincente, ma aumentano, anche notevolmente, la quantità di dati a bassa latenza che devono essere forniti. L’Edge Computing può essere considerato una strategia infrastrutturale chiave per il Metaverso: è compatibile e additivo ad entrambi i modelli di elaborazione precedenti, poiché aiuta gli utenti finali ad integrare il proprio calcolo locale, riducendo al minimo la latenza ed il rischio di congestione della rete. In ogni caso, indipendentemente dai modelli di calcolo adottati, tutte le infrastrutture Cloud necessarie al Metaverso non saranno disponibili in un immediato futuro: i nuovi Data Center, sia Cloud sia Edge Computing, richiederanno investimenti significativi in elaborazione, archiviazione, comunicazioni ed energia sostenibile. Ne deriva che sarà fondamentale individuare il giusto livello di “off-load”, da dispositivo ad Edge, che consenta di mantenere i KPI (Key Performance Indicator) per le applicazioni e fornire una qualità dell’esperienza (Quality of Experience - QoE) accettabile per gli utenti finali [5].

Figura 2: Illustrazione degli scenari di offload basso, medio e alto tra i dispositivi XR e un edge-cloud per l’esecuzione di un'attività di calcolo XR tipica, fonte Ericsson, [5]

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Il valore delle connessioni simmetriche molti-a-molti persistenti
Al giorno d’oggi, le tecnologie di comunicazione a banda ultra larga sono asimmetriche: come giustamente evidenzia Rabinovitsj, nell’immersive metaverse (che consentirà a centinaia/migliaia di persone di partecipare ad un’attività condivisa e sincrona) la comunicazione richiederà bande di trasmissione simmetriche, ossia i canali Uplink e Downlink dovranno avere livelli di larghezza di banda comparabili. Effettivamente non sarebbe un’esperienza molto coinvolgente se gli utenti non potessero caricare rapidamente tutti i propri contenuti, mentre scaricano contemporaneamente il contenuto di altri. Un modo per aumentare la capacità del uplink è il cosiddetto “MIMO distribuito”, un sistema che potrebbe figurare in un futuro standard 6G, e che prevede che il dispositivo mobile possa parlare con molte antenne radio contemporaneamente. Il Metaverso necessiterà inoltre di un’infrastruttura di rete che supporti una comunicazione molti-a-molti persistente e sincronizzata in tempo reale. Oggi requisiti di questo tipo sono in parte richiesti dalle applicazioni di videoconferenza e di gioco, anche se, per esse, il numero dei partecipanti è molto ridotto.

Un “framework” comune per la condivisione delle metriche di rete
Ma è l’ultimo requisito per il Metaverso individuato da Rabinovitsj (un “framework” comune che supporti la condivisione dei dati) che potenzialmente rappresenta l’ostacolo più difficile per gli operatori di rete mobile. La centralità non è sull’utente, ma sul mondo virtuale stesso: il Metaverso dovrà rappresentare le esperienze reali in tempo reale e non potrà permettersi di avere problemi tecnici: l’esperienza immersiva non potrà interrompersi, ad esempio, a causa di un picco di latenza da parte di un fornitore di servizi.
Questo livello di funzionalità richiederà più prestazioni rispetto a quella che oggi è un’infrastruttura Internet “best-effort”. L’aspettativa che il Metaverso sarà persistente, continuando ad esistere e funzionare anche dopo che gli utenti se ne sono andati, fa sì che il Metaverso dovrà avere il massimo di disponibilità e ridondanza, reindirizzamento e fail-over intelligenti a livello globale, comprensione in tempo reale delle esigenze dei clienti e di come i sistemi stanno rispondendo. Ciò necessita la visibilità end-to-end sull’intera catena digitale alla base dell’esperienza del Metaverso, poiché sarà fondamentale vedere, rilevare e ottimizzare eventuali problemi di prestazioni prima che gli utenti sperimentino interruzioni improvvise o difficoltà di interazione. Per fare ciò, occorrerà a livello di settore [6]:

una definizione comune di “rete E2E ad alta capacità”, in grado di supportare applicazioni immersive su larga scala, su tutte le tecnologie di accesso;
lo sviluppo di definizioni/standard sulle metriche della QoE e sui metodi e ruoli per misurarle, e il ruolo che la QoE gioca nella valutazione delle capacità della rete;
la correlazione e modellazione della relazione tra le metriche della QoS della rete con le metriche della QoE dell’utente;
consentire l’interazione in tempo reale tra i livelli di controllo delle applicazioni e delle reti per adattarsi alle dinamiche dell’utente, della rete e dell’ambiente.

L’ecosistema alla base del Metaverso

Da quanto detto a proposito del “framework” comune deriva il fatto che per realizzarlo gli operatori di rete mobile dovranno condividere le loro interfacce di rete per esporre tali informazioni agli sviluppatori del Metaverso. Questo vuol dire che il Metaverso non può prescindere dal concetto di ecosistema. Il tema dell’ecosistema è oggi al cuore dell’evoluzione delle telecomunicazioni. Gli operatori di telecomunicazioni hanno costruito negli anni passati un business di successo e scalabile basato fondamentalmente su un solo prodotto che tutti noi conosciamo bene, ossia il dispositivo mobile (che oggi chiamiamo smartphone), un prodotto che si è certamente evoluto nel corso dei decenni e di conseguenza i servizi dei quali gli utenti hanno potuto usufruire, ma fondamentalmente il modello è rimasto quello, ossia un prodotto (il dispositivo mobile appunto) per l’utente finale.
Oggi con il 5G (soprattutto nella sua fase “a pieno regime” cosiddetta 5G StandAlone), ma non solo (es. Wi-Fi), si amplierà il portafoglio di prodotti e servizi che conosciamo in modo esponenziale e il Metaverso ne è un esempio.
Ma cosa significa questo? Gli Operatori sono stati in grado finora di raggiungere il loro successo lavorando su larga scala con un numero abbastanza piccolo di partner, ad esempio i fornitori di sistemi di accesso radio, di sistemi di rete, di terminali mobili e con queste aziende gli operatori hanno potuto creare il loro business; ma oggi il modello di business sta cambiando, gli operatori dovranno ampliare i loro orizzonti e lavorare con un ecosistema di partner molto più ampio con aziende grandi e piccole in campi in cui tradizionalmente gli Operatori non sono mai stati fortemente coinvolti e ci sarà bisogno di nuovi strumenti e di nuove strutture organizzative per fare tutto ciò e per coinvolgere nuove comunità. L’idea che gli Operatori di rete mobile condividano le interfacce che si attestano sulla loro rete core è suggestiva e non è nuova. Nel 2012, la GSMA ha acquisito la Wholesale Application Community (WAC) che è diventata parte del programma GSMA OneAPI Exchange. L’obiettivo era consentire agli operatori di rete di creare una serie di API (Application Programming Interface) standardizzate e Web-Oriented per gli sviluppatori. Tuttavia, l’iniziativa non ha avuto successo: le informazioni relative alla rete sono difficili da esporre per gli Operatori ed è ancora più difficile per loro condividerle in un modo che sia facile da usare per gli sviluppatori.
Ma mentre allora non erano ben chiari i casi d’uso, oggi le condizioni che si prospettano sono diverse: la condivisione di informazioni sulla infrastruttura di rete da parte di tutti gli Operatori coinvolti in maniera standard è un elemento sine qua non per la realizzazione del Metaverso.

Un’infrastruttura di reti

Lo sviluppo del Metaverso e l’allargamento dei mondi virtuali sono direttamente legati alla connettività. Ma quando parliamo di connettività, esattamente di cosa stiamo parlando? Certamente la rete mobile 5G.
Le reti mobili 5G sono in grado di fornire velocità di picco dei dati multi-gigabit al secondo (multi-Gbps), latenza ultra-bassa, maggiore affidabilità. Già con il 5G, inoltre, si introduce non solo una trasformazione della rete, ma anche un cambio di paradigma nella progettazione complessiva della rete, nel suo funzionamento e nei servizi forniti. Una rete 5G, infatti, non è un’infrastruttura pre-progettata e statica, ma flessibile e dinamica. E oggi il 5G è in grado di fungere da preambolo per il Metaverso, supportando molti casi d’uso AR industriali con dispositivi specializzati e applicazioni AR consumer su smartphone. Quando avremo le prime implementazioni del 5G-Advanced (progettato, tra l’altro, appositamente per abilitare esperienze XR) nel 2025, la portata del Metaverso aumenterà notevolmente. Una maggiore larghezza di banda in uplink e una migliore latenza significheranno sovrapposizioni visive più coinvolgenti e quasi fotorealistiche e in terazioni più reattive. Oltre al 5G, arriveranno presto anche altri standard tecnologici in grado di sostenere la crescita della domanda di connessione tra persone e oggetti. Dopo il WiFi 6 (lanciato nel 2019), la WiFi Alliance ha introdotto lo standard WiFi 6E, che consente l’esercizio delle funzionalità del WiFi 6 nella banda non licenziata dei 6 GHz, in aggiunta alle bande da 2,4 GHz e 5 GHz. Il WiFi 6E, inoltre, rispetto alle precedenti generazioni, offre più velocità (fino 10Gbps), minore latenza e migliori prestazioni anche in contesti outdoor (con trasmettitore e ricevitori in vista ottica). A seguire sarà lanciato anche il WiFi 7 (dopo il 2024) che offrirà ancora più velocità, alta capacità e bassa latenza a sostegno di applicazioni di Extended Reality (XR) e di nuove applicazioni interattive del Metaverso, abilitando questi servizi in luoghi ad alta densità e con un gran numero di utenti che utilizzano simultaneamente queste applicazioni. E dopo il 5G arriverà il 6G, che dovrebbe arrivare sul mercato nel 2030. Con velocità di trasmissione fino a 1 Tbps (100 volte quella del 5G), tempi di latenza di 0,1 millisecondi (4ms nel 5G), migliore efficienza energetica e precisione nella localizzazione di oggetti e persone in movimento, il 6G sarà orientato a fornire connettività mobile istantanea e pervasiva a un ecosistema di infrastrutture tecnologiche che consentirà la continuità tra mondo fisico e digitale, estendendo attraverso un’interazione continua la realtà fisica nel Metaverso.
Una citazione, infine, per le cosiddette reti non terrestri (Non-Terrestrial-Networks - NTN), dal momento che da qualche anno droni, piattaforme ad alta quota (HAPS) e satelliti in orbita terrestre bassa (LEO), media (MEO) e geostazionaria (GEO) hanno iniziato a essere utilizzati per fornire la connettività.
Cosa ne consegue da quanto detto finora? Che non avremo una rete per il Metaverso, ma avremo una rete di reti, o meglio una infrastruttura di reti; inoltre, dovrà essere garantita la continuità tra le reti e di conseguenza la continuità del servizio, incorporando capacità analitiche e di intelligence. Ai fini del Metaverso e per il cliente finale che usa i servizi basati su di esso, la tecnologia di rete sottostante è un dettaglio tecnologico, potremmo dire non rilevante. Che si tratti di fibra, 5G o WiFi, occorre pensare quindi alle reti come una piattaforma per la creazione di servizi e, come tale, rendere questa piattaforma e gli strumenti associati facilmente accessibili agli sviluppatori che costruiranno servizi innovativi su di essi.
Ma c’è di più. Oggi gli Operatori stanno evolvendo le loro reti oltre il delivering della semplice connettività, mirando a sviluppare nuovi concetti che siano service capability da aggregare tra di loro e alla connettività: questo fa sì che la rete nella sua interezza (compreso quindi il Service Layer) diventi essa stessa una piattaforma (Network Platformization) programmabile ed aperta, cioè una piattaforma che si fonda sull’efficienza interna, sulla rapida erogazione dei servizi e che fa leva sul processo di cloudificazione e sull’esposizione di interfacce programmabili (API) [7].
La programmabilità dinamica di reti e applicazioni sarà indispensabile per lo sviluppo di servizi basati sul Metaverso.

La sostenibilità ambientale

Come abbiamo visto, le prestazioni richieste dal Metaverso alle infrastrutture ICT e di rete saranno molto elevate. È evidente che tutto ciò ha un costo in termini ambientali e che, quindi, le reti del futuro devono fare i conti con la crisi climatic a in corso. Per raggiungere gli obiettivi attesi, le reti di nuova generazione dovranno abilitare certamente un’esperienza fluida ed onnipresente e la continuità del servizio, ma dovranno anche tenere in conto l’efficienza e la convenienza [8].
Diventerà sempre più indispensabile migliorare gli aspetti operativi puntando, ad esempio, su tecniche di automazione end-to-end di gestione della rete (con l’impiego fondamentale dell’intelligenza artificiale); su soluzioni abilitanti il monitoraggio completo del sistema mediante la raccolta e l’elaborazione dei dati di rete e di servizio (Big Data Analytics); su aspetti tecnologici abilitanti l’efficienza complessiva del sistema, quali, ad esempio, funzioni avanzate di gestione ed ottimizzazione dell’utilizzo dello spettro, funzionalità end-to-end di efficienza energetica e riduzione della dimensione e dei consumi dell’elettronica costituente gli apparati di rete.
La sostenibilità che includa l’efficienza energetica e l’adozione di tecnologie ed energia verdi è un obiettivo chiave a partire da questo decennio e dovrà essere un postulato di progettazione fondamentale [9].

Conclusioni

Cosa sia (o meglio, cosa sarà) esattamente il Metaverso ancora non si sa. Sicuramente sarà qualcosa di simile a un mondo virtuale persistente, dove la centralità non è sull’utente, ma sul mondo virtuale stesso. Il Metaverso creerà quasi sicuramente uno spazio unico per l’innovazione tecnologica continua e avrà il potenziale per trasformare radicalmente il modo in cui la società interagisce con i dispositivi esistenti e nuovi. Nel contesto del Metaverso, sarà necessario affrontare molti requisiti tecnologici che vanno oltre la pura connettività, ad esempio accesso onnipresente, dispositivi XR accessibili, funzionalità Edge-Cloud, standard e facilità d’uso per la comunità degli sviluppatori. In altre parole, il Metaverso sta fissando requisiti severi sulle reti di prossima generazione (in particolare la 6G) che dovranno essere progettate per supportare gli ambienti virtuali in tempo reale, condivisi e persistenti, distribuiti in tutto il mondo. Ma il tema della fornitura delle nuove infrastrutture di reti non è solo un tema tecnologico, perché il costo di tali aggiornamenti è enorme e gli Operatori dovranno saperlo monetizzare. Il Metaverso, quindi, ha riacceso il dibattito sulla neutralità della rete: secondo questo principio gli Operatori non possono implementare un regime in cui potrebbero trasferire questo costo sui fornitori di servizi del Metaverso in cambio di un accesso preferenziale alla connettività o della definizione delle priorità di alcuni tipi di traffico. Resta, quindi, da vedere se ci sarà un intervento normativo in questo settore: gli Operatori stanno facendo pressione sulla Commissione Europea per chiedere che i giganti del web siano chiamati a condividere i costi di rete [10].

Referenze

Dan Rabinovitsj, February 27, 2022 - The next big connectivity challenge: Building metaverse-ready networks, https://tech.fb.com/ideas/2022/02/metaverse-ready-networks/
Huawei, “The Metaverse: Overhyped VR or Future Reality?”, https://blog.huawei.com/2022/04/01/metaverse-overhyped-vr-or-future-reality/
Ofcom, Report: Technology Futures – spotlight on the t echnologies shaping communications for the future, https://www.ofcom.org.uk/consultations-and-statements/category-2/emerging-technologies
Matthew Ball, Jacob Navok, “Networking and the Metaverse”, https://www.matthewball.vc/all/networkingmetaverse
Ericsson, “What is the metaverse and why does it need 5G to succeed? The met averse 5G relationship explained”, https://www.ericsson.com/en/blog/2022/4/why-metaverse-needs-5g
“Manufacturing the metaverse with connectivity front of mind” https://www.datacenterdynamics.com/en/opinions/manufacturing-the-metaverse-with-connectivity-front-of-mind/
Piattaforme digitali - Notiziario Tecnico TIM nr. 2 del 2022, https://www.gruppotim.it/content/dam/gt/notiziario-tecnico/articoli/2022-n2/pdf-2022-n2/Notiziario_Tecnico_TIM_2_2022_Piattaforme_digitali.pdf
Key4biz, “6G: il futuro delle reti è la sostenibilità, con il Metaverso necessario “riciclare” il calore”, https://www.key4biz.it/6g-il-futuro-delle-reti-e-la-sostenibilita-con-il-Metaverso-necessario-riciclare-ilcalore/404498/
NGMN Alliance, “6G Drivers and Vision”, https://www.ngmn.org/wp-content/uploads/NGMN-6G-Driversand-Vision-V1.0_final.pdf
“Tlc, l’appello delle aziende europee all’Ue: big tech devono contribuire alle reti” https://finanza.lastampa.it/News/2022/09/26/tlc-lappello-delle-aziende-europee-allue-big-tech-devono-contribuire-alle-reti/OTNfMjAyMi0wOS0yNl9UTEI