Gyakorlati 5G alkalmazások

Fekete Rubik-kocka a kézben, színes virtuális bűvös kocka a szem előtt: játék, amely jól szemlélteti a közelgő 5G hálózatok lehetőségeit. Autonóm járművek: a valós jövő, amely elképzelhetetlen az 5G és a mesterséges intelligencia nélkül.

Egyre több gyártó és szolgáltató folytat teszteket, ám a következő generációs mobilhálózatok lényege, illetve az általuk nyújtott számtalan lehetőség még csak egy szűk szakmai réteg fejében körvonalazódik. A Nokia Bell Labs ötlete nyomán készített alkalmazás - a digitális Rubik-kocka - alapvető célja az 5G hálózatokban rejlő kommunikációs lehetőségek demonstrálása mind a szakma, mind az érdeklődők tágabb köre számára. A projektben az ötletgazda szakemberei - a BME Felsőoktatási és Ipari Együttműködési Központ IKT alprojektje keretében - a Villamosmérnöki és Informatikai Kar (VIK) Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszékének (AUT) munkatársaival dolgoztak együtt. A bűvös kocka digitális változatát - többek között - Las Vegasban, az idei CES-en is bemutatták.

Sok okosság kis helyen
A felhasználó forgatja és tekeri a kezében lévő, 3D nyomtatóval készült, szenzorokkal ellátott, egyszínű fekete játékot, miközben a szemére helyezett átlátszó, AR-szemüvegen (Microsoft Hololens) keresztül, a virtuális térben, valós időben követheti a fizikai kocka mozgatását. A tapasztalatok azt mutatják, ha a kéztől a szemig terjedő késleltetés meghaladja a 20 milliszekundumot, az már zavaró. A Rubik-kocka demonstrációjánál tehát ebbe a nagyságrendbe kellett leszorítani a látenciát.

A programot arra is felkészítették, hogy két tényleges kocka legyen egy időben játékban, miközben mindkét játékos ugyanazon a virtuális színes kockán, valós időben követheti a térbeli forgatásokat és oldaltekeréseket.

A fekete kocka belsejébe a fejlesztők bonyolult elektronikát építettek. Ennek része a térbeli orientációt valós időben meghatározó inerciális szenzor, valamint az oldalak forgatását érzékelő inkrementális enkóder szenzor. A kocka belsejében kapott helyet az eszköz akkumulátora is. Az elektronika Bluetoothszal kapcsolódik a felhasználó klienseszközéhez (laptop, Raspberry Pi, okostelefon, tablet stb.), amely egy mobilhálózaton keresztül tartja a kapcsolatot az applikációs szerverrel. A szerverre két okból van szükség: mint kapcsolódási pont a mobil-, ezért bárhonnan bejelentkező felhasználóknak, és mint erőforrás-menedzser, amely a felhasználók helyzetének és viselkedési mintájának ismeretében kijelöli az optimális kiszolgálási pontot (megengedett maximális látencia és becsült erőforrásigényt figyelembe véve) a mobilhálózati felhőben. A virtuális kocka állapotát a szerver tartja nyilván, a fizikai kockák állapotváltozása azonnal frissül a virtuális térben. A játékosok bárhol lehetnek a világon, az 5G hálózat ehhez adaptálódik. A szerveralkalmazást a hálózat automatikusan úgy helyezi el, hogy a lehető legkisebb legyen a késleltetés a felhasználók számára.

- Komoly kihívást jelentett, hogy az összes elektronikát ilyen kis helyre zsúfoljuk be, és emellett a kocka kényelmesen forgatható legyen. Az eredeti Rubik-kocka több változatából indultunk ki, de végül elkerülhetetlen volt a finomhangolás. Ennek alapvető oka a 3D nyomtatás, amit a kis darabszám miatt választottunk. Eddig mintegy húsz kocka készült. Játékunk egyébként több mint negyven alkatrészből áll. Ezek között sok a különös alakú, zegzugos darab. Ez magyarázza, hogy a 3D nyomtatás előkészítése, a modellek megalkotása is meglehetősen bonyolult feladat volt - mutat rá a fejlesztésben aktív szerepet vállaló Kiss Domokos, a BME VIK AUT tanársegédje.

Autó itt, vezető ott
A BME VIK AUT kutatói a Drezdai Műszaki Egyetemmel közösen egy körülbelül 120 centiméter hosszú, távolról irányítható modellautót készítettek. Kiegészítésképpen mozgatható kamerát helyeztek el a járműben, amely a képzeletbeli vezető szemével látja a körülötte lévő világot. A kamera képét valós időben továbbítják a távoli felhasználó által viselt virtuálisvalóság-szemüveghez, amely teljes mértékben kizárja a külvilágot. A felhasználó, kezében kormánnyal, bárhol tartózkodhat a világon, és onnan ténylegesen irányíthatja az autót. A kamera az autóban virtuálisan ülő vezető fejmozgásával szinkronban, késés nélkül mozog.

- Kritikus alkalmazásról van szó, hiszen a biztonságos távirányításhoz az élő videót valós időben kell továbbítani a felhasználóhoz. Ráadásul, amikor egy videót nézve, csak a látás alapján tájékozódunk, már igen kis késleltetésnél is felborulhat az ember egyensúlyérzete, és ez akár rosszullétet is okozhat. Mi egyelőre csak wifi-hálózaton tudtuk kipróbálni az alkalmazást, és az eredményekből egyértelműen látszanak a wifi korlátai. Ebben az esetben is szükség van tehát az 5G nagy sávszélességére és kis késleltetésére - tájékoztat Kiss Domokos.

Miközben az önvezető technológia tömeges elterjedésének pontos feltételei még hiányoznak, vannak olyan ötletek, amelyek talán már a közeljövőben megvalósulhatnak, és ráadásul üzleti hasznot is hozhatnak. Az elképzelések összefüggésben állnak a járműkommunikációval, aminek az 5G hálózat az egyik nagy várományosa. Ide tartozik például a haszongépjárművek automatizálása.

Az egyik potenciális alkalmazás, amivel az embert ki lehetne, illetve költséghatékonysági szempontból érdemes volna kiváltani, az autópályás navigáció. Számottevő időt és pénzt lehetne megtakarítani azzal, ha a hosszú, fárasztó utakon alkalmanként, miközben a sofőr pihen vagy alszik, gép irányítaná a kamiont.

Ígéretesnek tűnik az az ötlet is, hogy a telephelyen belüli manőverezést ne a kamion vezetője, hanem egy távoli diszpécser végezze. Akár hosszú órákba is telhet, amíg egy depóban kiürítik vagy feltöltik a kamiont, miközben telik a sofőr munkaideje. Ehelyett a vezető átadhatná az irányítást a diszpécsernek, aki egy VR-szemüveg, valamint a fedélzeten elhelyezett eszköz segítségével, a távolból irányíthatná a járművet. Zárt területen belüli manőverezésről (parkolás, átállás másik parkolóhelyre stb.) lévén szó, ahol nincsenek fokozottan biztonságkritikus helyzetek, egyetlen diszpécser akár nyolc-tíz kamionnal is elboldogulhat.

… és jön a mesterséges intelligencia
Az 5G több ponton eltér a jelenleg üzemben lévő mobilhálózatoktól, így például más rádiós hozzáféréssel működik. Igazán forradalmi újdonsága azonban abban rejlik, hogy a hálózat struktúrája teljes mértékben szoftveresen vezérelt. Míg a 4G hálózatoknál és elődeiknél a központban lévő szerverhez jelentkeznek be a felhasználók, addig az 5G-nél a szerveres szolgáltatások virtualizáltak, tehát a hálózat szoftveresen definiált. Ha például két egymással kommunikáló önvezető autó ugyanahhoz a kereszteződéshez közeledik, akkor az őket kiszolgáló intelligencia a közös helyszínhez legközelebbi pontra helyeződik át. Szoftveresen újrakonfigurálódik a hálózat, és ezzel drasztikusan csökkenthető a késleltetés.

- Egy ilyen bonyolultságú rendszer felállítható ugyan explicit modellekkel, ám a szükséges számítások valós időben már nehezen végezhetők el. Itt jön be a képbe a mesterséges intelligencia. Az ütemezésnél, a hálózat konfigurálásánál nélkülözhetetlen a mesterséges intelligencia, amely a rengeteg felhasználó igényeit figyelembe véve felismeri és megtanulja a hálózat menedzselését, koordinálását. Az 5G hálózatok bonyolultsága tehát feszegeti a határokat, a mesterséges intelligencia így nem csupán lehetőség, hanem szükségszerűség - hangsúlyozza Kiss Domokos.

A BME VIK AUT oktatója hozzáteszi: A mesterségesintelligencia-módszerek sokat ígérnek akár a kamerás képfelismerés, akár a döntés szintjén, de ez új és sok kihívást jelentő kutatási terület. Az egyik legkritikusabb kérdés az adatok megbízhatóságának garantálása. Nagy kérdés például, hogy egy mesterségesintelligencia-eszköz, mondjuk, egy neurális háló miért hoz meg egy döntést, illetve ha egy betanító adathalmaz alapján dönt, akkor az milyen arányban lesz helyes vagy téves. Olyan helyzetekben, amikor emberélet vagy komoly vagyon a tét, kulcskérdés a mesterséges intelligencia által hozott döntés helyességének lehető legmagasabb fokú garantálása.

EZT ÍGÉRI AZ 5G
Az 5G három fő ígérete:

- a jelenleginél lényegesen nagyobb sávszélesség, azaz nagyobb le- és feltöltési sebesség;

- a késleltetés radikális csökkentése (garantáltan néhányszor 10 milliszekundum);

- rengeteg eszköz egyidejű csatlakozása a hálózathoz.

Az 5G szabvány értelmében a következő generációs mobilhálózatokban e három kritérium egyszerre teljesül.

Forrása:https://computerworld.hu