ΙοΤ και ΑΙ: Η βάση των killer applications για τα δίκτυα 5G / 6G

Τα δίκτυα κινητών / ασύρματων επικοινωνιών αποτελούν, εδώ και πολλά χρόνια, μέρος των κρίσιμων υποδομών. Απαιτείται η έγκαιρη ανάπτυξη, εγκατάσταση και ομαλή λειτουργία τους, προκειμένου να διασφαλίζεται η ανάπτυξη της οικονομίας, αλλά και, ευρύτερα, προκειμένου να υπάρχουν προϋποθέσεις για ίσες ευκαιρίες και συνοχή στην κοινωνία.

Το δεδομένο αυτό έχει τροφοδοτήσει, αρχίζοντας από τις δεκαετίες του ’80 και του ’90, κύκλους έρευνας, ανάπτυξης και προτυποποίησης (standardization), οι οποίοι οριοθετούνε τις διαδοχικές γενιές (generations / “Gs”) κινητών επικοινωνιών. Από το ιδιαίτερα επιτυχημένο σύστημα 2G / GSM (2nd Generation / Global System for Mobile Communications) περάσαμε στο, επίσης ιδιαίτερα επιτυχημένο, 4G / LTE (4G / Long Term Evolution), και σήμερα οδεύουμε προς την εποχή του 5G SA (5th Generation Stand-Alone), 5G advanced και του 6G.

H έγκαιρη παρουσία καινοτόμων ψηφιακών εφαρμογών είναι ο καθοριστικότερος παράγοντας για την επιτυχία των διαφορετικών γενιών. Αυτό επιβεβαιώνεται αν σκεφτούμε το ρόλο τον οποίο έπαιξαν η ψηφιακή φωνή και τα ψηφιακά δεδομένα (π.χ., πρόσβαση Web, χρήση κοινωνικών δικτύων) για τα δίκτυα 2G και 4G, αντίστοιχα. Η αυξημένη ζήτηση για νέες εφαρμογές, η συνεπαγόμενη επαύξηση του φορτίου που πρέπει να εξυπηρετηθεί, αλλά και η ύπαρξη υψηλών απαιτήσεων ποιότητας (οι οποίες δεν μπορούν να ικανοποιηθούν επαρκώς από τα παλαιότερα συστήματα) δίνουν ώθηση για τις απαιτούμενες, μεγάλες επενδύσεις σε νέες τεχνολογίες και υποδομές. Σήμερα, τέτοια παραδείγματα είναι οι απαιτήσεις για «μηδενικά» επίπεδα καθυστέρησης και σφαλμάτων, οι οποίες σχετίζονται με εφαρμογές που περιλαμβάνουν αυτόνομα οχήματα ή ρομποτικά συστήματα.

Τα πάνω οδηγούν στο ερώτημα: “ποιες είναι οι καινοτόμες νέες εφαρμογές, οι οποίες πιέζουν προς τις προχωρημένες εκδοχές του 5G και κατ’ επέκταση προς το 6G;”

Μια κατεύθυνση για την απάντηση βρίσκεται αν σκεφτούμε ότι η εποχή μας, μεταξύ άλλων, χαρακτηρίζεται από:

• Την πορεία προς τον ψηφιακό μετασχηματισμό όλων των τομέων της οικονομίας και της κοινωνικής ζωής.
• Την όλο και μεγαλύτερη διείσδυση τεχνολογιών, όπως το Διαδίκτυο Των Αντικειμένων (Internet of Things / IoT) και η τεχνητή νοημοσύνη (Artificial Intelligence / AI), στις περισσότερες πτυχές της ζωής μας.

Μέσω τεχνολογιών ΙοΤ καθίσταται δυνατή η άμεση διασύνδεση του φυσικού κόσμου με τον ψηφιακό κόσμο, μέσω ψηφιακών, «έξυπνων», συσκευών. Καθίσταται δυνατή η (τηλε-)επισκόπηση της κατάστασης (remote sensing), καθώς και η επίδραση (actuation), στο περιβάλλον μιας συσκευής. Ένα απλό παράδειγμα αποτελείται από έναν αισθητήρα θερμοκρασίας και μιας συσκευής κλιματισμού.

Μέσω του όρου ΑΙ αναφερόμαστε σε συστήματα, τα οποία μπορούν, αυτόνομα:

• Να κατανοούν τις απαιτήσεις των καταστάσεων που αντιμετωπίζουν, να προβλέπουν τις συνέπειες των αποφάσεών τους, στον τομέα ευθύνης τους, αλλά και ευρύτερα.
• Να παράγουν το απαιτούμενο βέλτιστο πλάνο ενεργειών, αξιοποιώντας προγενέστερη γνώση αλλά και αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον τους, προκειμένου να γίνει ο χειρισμός μιας κατάστασης.
• Σταδιακά, να αποκτούν όλο και μεγαλύτερη ευφυία, ώστε να βελτιώνουν διαρκώς την λειτουργία και την αποτελεσματικότητα / επίδοσή τους.

Συνδετικό κρίκος για όλα αυτά (π.χ. τηλε-επισκόπηση, κατανόηση απαιτήσεων, εξαγωγή βέλτιστων λύσεων, επιβολή αποφάσεων, κ.λπ.) αποτελούν τα δίκτυα κινητών επικοινωνιών (5G SA / advanced, 6G αλλά και 4G). Ο ρόλος τους πάντα περιλαμβάνει τα «βασικά»: την γρήγορη, αξιόπιστη, και ασφαλή μεταφορά της πληροφορίας (π.χ. μετρήσεις αισθητήρων, μιας εντολής από κάποια οντότητα λογισμικού, κ.λπ.). Αλλά, πλέον είναι (και αναμένεται να γίνει ακόμα) πιο ευρύς, καλύπτοντας τα ακόλουθα:

• Την παροχή πόρων, πέρα από τους τηλεπικοινωνιακούς, για την πλήρη στήριξη των εφαρμογών.
• Την παροχή και εμπορική αξιοποίηση ορισμένων δεδομένων δικτύου, προς όφελος των εφαρμογών, πάντα με σεβασμό σε θέματα προστασία προσωπικών δεδομένων και στα ισχύοντα πλαίσια νομοθεσίας.
• Την αξιοποίηση των τεχνικών slicing και των ιδιωτικών δικτύων (Non-Public Networks – NPN / campus networks).
• Αναμένεται τα δίκτυα κινητών επικοινωνιών να καταστούν «πλήρεις» υποδομές, οι οποίες θα προσφέρουν και πόρους για την επεξεργασία και την αποθήκευση δεδομένων (computing / storage resources). Ενδεικτικά δεδομένα, τα οποία θα μπορούσε να εκμεταλλευτεί ένα δίκτυο, είναι η θέση, π.χ. ενός αντικειμένου ή ενός ρομπότ εντός ενός κτιρίου, ή συγκεντρωτικά στοιχεία για το αναμενόμενο φορτίο και την κινητικότητα, χωροχρονικά. Οι τεχνολογίες slicing και NPN επιτρέπουν την δέσμευση πόρων για αποκλειστική χρήση, σε συγκεκριμένες περιοχές, χρονικές περιόδους, εφαρμογές / ομάδες χρηστών.

Με βάση τα πάνω ανοίγει ένας δρόμος για εταιρείες πληροφορικής, μικρομεσαίες αλλά και μεγαλύτερες, προκειμένου να αναπτυχθούν και να δημιουργήσουν εφαρμογές, οι οποίες θα καλύψουν τις ανάγκες της οικονομίας και της κοινωνίας, αξιοποιώντας τις τεχνολογίες ΙοΤ, ΑΙ και τις δυνατότητες της υποδομής.

Η WINGS ICT Solutions είναι ένα τέτοιο παράδειγμα μικρο-μεσαίας επιχείρησης. Ως αποστολή ορίσθηκε η ανάπτυξη εφαρμογών για κομβικούς τομείς του δημόσιου κι ιδιωτικού τομέα. Η βάση αποτελείται από τις ακόλουθες τεχνολογίες:

• ΙοΤ συσκευές. Αισθητήρες, κάμερες, gateways, Vehicle-mounted On Board Units (OBUs), ρομποτικά, και άλλες.
• Δίκτυα 5G, τα οποία μπορεί να είναι οτιδήποτε μετά το 4G.
• AI μηχανισμούς, τεχνικές μηχανικής μάθησης και βελτιστοποίησης, για προβλέψεις, κατανοήσεις, εξαγωγή αποφάσεων, δημιουργία νέας γνώσης.
• Τεχνικές οπτικοποίησης, ως επί το πλείστων “Web dashboards” και εφαρμογές κινητών, αλλά και εφαρμογές επαυξημένης / νοητής πραγματικότητας (Augmented / Virtual Reality – AR/VR).

Ως προς τα δίκτυα, και ιδιαίτερα μέσω των 5G SA συστημάτων, υπάρχει η πεποίθηση και η προσδοκία ότι θα επιτευχθεί μεταφορά πολύ μεγαλύτερου όγκου πληροφορίας, από ότι σήμερα, αποτελεσματικότερα ως προς την κατανάλωση πόρων (και ενέργειας), σε «μηδενικό» χρόνο όταν χρειάζεται. Αυτό θα καταστήσει δυνατή την αποτελεσματική διασύνδεση τερματικών συσκευών με επεξεργαστές (GPUs / Graphic Processing Units). Συνεπώς, δίνεται, στο επίπεδο εφαρμογής, η δυνατότητα για την υλοποίηση κλειστών βρόχων ελέγχου, οι οποίοι θα μπορούν να εφαρμοστούν σε τάξη μεγέθους μερικών δεκάδων millisecond. Το αποτέλεσμα μας οδηγεί στις ακόλουθες προχωρημένες δυνατότητες, οι οποίες μπορούν να παρασχεθούν, πρακτικά, σε πραγματικό χρόνο:

• Προστασία περιβάλλοντος και πολιτών: Άμεσος εντοπισμός κινδύνου πυρκαγιάς, σε χρόνο πολύ κάτω του δευτερολέπτου, μέσω της αναγνώρισης καπνού, από την ανάλυση εικόνων διαφορετικών βιντεοκαμερών.
• Διαχείριση δικτύων νερού και ενέργειας: Διαχείριση φραγμάτων, αντλιοστασίων, πυλώνων δικτύου μεταφοράς ενέργειας, με χρήση τεχνολογιών ψηφιακού διδύμου (digital twin).
• Διαχείριση μεταφορών: Διάγνωση δομικής υγείας υποδομής, ανάλυση φορτίου, οδική ασφάλεια,
• Αγροτικά: Ασφάλεια υποδομών σε ιχθυοκαλλιέργειες (αλλά και σε άλλες ζωικές και φυτικές παραγωγές), μέσω της ανάλυσης βίντεο και της συνεπαγόμενης εκτίμησης κινδύνων. Αντίστοιχα, βελτιστοποίηση και προστασία παραγωγής, π.χ., από ασθένειες.
• Βιομηχανία. Ρομποτικά συστήματα για την διαχείριση αποθήκης, συστήματα εξαντλητικού και άμεσου ελέγχου της ποιότητας των πρώτων υλών και των τελικών προϊόντων σε εργοστάσια, και, τέλος, παρακολούθηση της μεταφοράς προϊόντων σε επίπεδο 24/7.
• Υγεία / Ευεξία. Παρακολούθηση θεμάτων καρδιολογικών, νευρολογικών, αναπνευστικών, αλλά και ανίχνευση ατυχημάτων, για μεγάλες ομάδες πληθυσμού, οπουδήποτε και οποτεδήποτε απαιτείται.
• Παιδεία / Πολιτισμός. Ριζική αλλαγή του τρόπου μάθησης, για όλες τις βαθμίδες, υποχρεωτικής και δια βίου, εκπαίδευσης.

Τα πάνω αποτελούν ένα δείγμα των δυνατοτήτων που δίνονται, ιδιαίτερα από εφαρμογές προς επιχειρήσεις (enterprise applications, B2B). Υπάρχουν και πολλά άλλα παραδείγματα, ιδιαίτερα από το χώρο των εφαρμογών που απευθύνονται σε καταναλωτές (consumer applications, B2C). Αξίζει να σημειωθεί ότι ο συνδυασμός πολλών εκ των παραπάνω λύσεων οδηγούν στην υλοποίηση σύνθετων λύσεων, συμβατών με τα πρότυπα «έξυπνες πόλεις» ή «έξυπνα κτίρια».

Η πλειάδα των εφαρμογών και οι προκλήσεις που θα θέσουν στις μελλοντικές υποδομές, δικαιολογούν και την πεποίθηση ότι οι εφαρμογές ΑΙ / ΙοΤ θα αποτελέσουν τα «killer applications» για τα επερχόμενα δίκτυα. Αυτό δημιουργεί ευκαιρίες για οφέλη για όλους τους εμπλεκόμενους γύρω από τα δίκτυα κινητών επικοινωνιών.

*Ο Παναγιώτης Δεμέστιχας, Καθηγητής στο Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων στο Πανεπιστήμιο Πειραιά, και συνιδρυτής και προέδρος του ΔΣ της εταιρείας WINGS ICT Solutions (www.wings-ict-solutions.eu)