5G permite que a IA libere seu vasto potencial

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3G nos conduziu à era da Internet. 5G agora representa uma transformação ainda mais revolucionária e um salto para o futuro. O 5G está inaugurando a era da Internet de Todas as Coisas (IoE), liberando o poder da inteligência artificial (IA) para aproveitar a imensa quantidade de dados em nuvem produzidos por diferentes dispositivos para se comunicarem facilmente entre si. O poder dos aplicativos de IA sempre dependerá da força de suas redes. Como tal, a alta largura de banda, a baixa latência e a força do sinal reforçada de 5G sem dúvida aumentarão a IA com uma força ainda maior. O 5G terá um papel importante na promoção do crescimento constante da Internet das Coisas (IoT). Podemos esperar e até já começar a experimentar algumas das mudanças que o 5G fará em áreas como vida urbana, saúde e agricultura. Por meio da combinação de 5G e AI, inovações revolucionárias ocorrerão nas aplicações de veículos autônomos e drones. Este artigo descreve os vastos e complexos sistemas de rede 5G para que os leitores possam ter uma compreensão mais clara do que o 5G realmente significa para o futuro.

 

O que é 5G?

5G refere-se a redes móveis de quinta geração. O novo padrão sem fio global segue melhorias nas redes 1G, 2G, 3G e 4G. Ele usa uma infraestrutura sem fio totalmente nova para fornecer velocidades de download de pico 20 vezes mais rápidas do que 4G. Também se espera que elimine praticamente todo o tempo de latência. A tecnologia 5G inaugurará oficialmente a era da IoT, onde bilhões de máquinas, dispositivos e sensores serão interconectados a um custo baixo.

5G tem três recursos de rede principais: banda larga móvel aprimorada (alta largura de banda), comunicações de máquina em massa (conectividade massiva) e comunicações de alta confiabilidade (baixa latência).

  • Largura de banda alta: a velocidade máxima de download atinge 20 Gbps, enquanto 4G fornece apenas 1 Gbps. Isso atende às necessidades dos usuários de alta velocidade de dados em vigilância de segurança, monitoramento ambiental e inspeção de produtos.
  • Conectividade massiva: os três principais recursos do 5G impulsionam o desenvolvimento de serviços de IoT, criando situações para requisitos mais baixos em capacidade de reconhecimento de rede em tempo real, mas requisitos mais altos para densidade de terminal. Isso será amplamente aplicado em serviços públicos, manufatura, agricultura, transporte e geração e distribuição de energia.
  • Baixa latência: 5G encurtará o tempo de atraso entre as estações base e os terminais para apenas 0,5 milissegundos. Essa capacidade realmente diferencia o 5G de outros padrões de rede, tornando-o versátil aplicável em campos que requerem maior confiabilidade, como medicamentos e transporte. Exemplos são o controle remoto de dispositivos (cirurgia remota) e a vigilância de segurança (monitoramento de segurança pública urbana).

 

As diferenças entre 5G e 4G

A velocidade máxima da largura de banda do 4G é de 1 Gbps, o que pode atender às necessidades de uso comuns, como imagens e vídeos de alta definição. O desempenho da latência 4G é muito inferior ao 5G, o que explica por que as redes de comunicação 5G são necessárias para resolver a incapacidade do 4G de suportar uma jogabilidade contínua em tempo real.

4G usa ondas de rádio (com bandas de frequência de 1.880MHz a 1.900MHz, 2.320MHz a 2.370MHz e 2.575MHz a 2.635MHz), mas 5G usa ondas milimétricas (3.300MHz a 3.400MHz – basicamente apenas para uso interno – 3.400 MHz até 3.600 MHz e 4.800 MHz a 5.000 MHz). Isso mostra que diferentes bandas de frequência 5G e 4G usam. Embora as bandas de frequência das redes 4G estejam na faixa de 1,8 GHz a 2,6 GHz, as bandas de frequência usadas pelo 5G são mais altas, com a extremidade inferior de sua faixa acima de 3GHz. Isso cria a exigência de que todos os equipamentos que usarão 5G sejam reconfigurados.

 

As conexões e interações de 5G e AI

A interconexão e interatividade 5G e AI são refletidas nas cinco áreas de IoT, computação em nuvem, big data, computação de ponta e divisão de rede.

  • IoT: Esta é uma rede formada pela interconexão de todos os tipos de dispositivos de detecção de informações, onde os sensores capturam informações, a rede IoT transfere informações e a plataforma IoT processa informações e gerencia conexões com sensores e terminais usando a tecnologia AI para exibir informações e executar aplicativos.
  • Computação em nuvem: fornece armazenamento e computação de dados em massa e recursos de agregação e compartilhamento de dados multiusuário. A computação em nuvem fornece o armazenamento básico e os recursos de computação para IoT e big data e fornece capacidade de computação poderosa para algoritmos de IA.
  • Big data: trata-se do processamento de dados em massa por meio de servidores em nuvem dedicados para otimizar o fluxo de trabalho. O verdadeiro significado do big data não está em sua vasta quantidade de informações, mas no processamento especializado de todos esses dados significativos. O maior benefício potencial do 5G será encontrado na geração de novos dados, onde todos os tipos de dispositivos são conectados às redes relacionadas. Big data, que poderia ser chamado de componente central da IA, está impulsionando o desenvolvimento da nova era da IA. 5G fornecerá a infraestrutura e os dados massivos necessários para o sucesso da IA.
  • Computação de borda: 5G encurtará o atraso entre as estações base e os terminais para apenas 0,5 milissegundos. Isso cria o recurso de baixa latência. Por um lado, o 5G combinado com a computação de ponta móvel pode diminuir efetivamente a taxa de transferência de dados, transmitindo apenas os dados e informações que foram totalmente processados ​​pela rede. Isso fornece aos usuários de aplicativos de IA um processamento e análise rápida localizada, que pode atender às demandas do usuário e reduzir a latência de acesso. Por outro lado, as vantagens do 5G podem permitir a coleta mais ampla de dados de terminais inteligentes, e a análise e o processamento de informações podem ser feitos usando a tecnologia AI nos terminais e na borda. Os dados são agregados nas plataformas de dados correspondentes para permitir um feedback rápido após a computação e o processamento. No geral, a computação de ponta moverá o armazenamento em nuvem e a capacidade de computação em nuvem em direção à borda, que está mais perto do usuário, para que a computação de ponta e a computação em nuvem possam trabalhar lado a lado. A borda armazenará e processará dados em tempo real, e a nuvem armazenará e processará dados em massa compartilhados, evitando assim o desperdício de largura de banda e o atraso causado pela transmissão de grandes quantidades de dados à rede central para processamento.
  • Divisão de rede: a divisão de rede refere-se ao corte de uma rede física compartilhada em várias redes virtuais de ponta a ponta, com cada fatia capaz de possuir seus recursos de rede independentes enquanto estabelece o isolamento total entre as diferentes fatias. Portanto, se ocorrer uma falha em uma fatia individual, isso não afetará as outras fatias. Em um cenário de aplicação 5G, a operadora pode definir diferentes fatias com base em diferentes tipos de serviço para atender às diferentes necessidades dos usuários em atraso, rendimento e capacidade. A tecnologia de fatiamento de rede 5G é uma arquitetura de nuvem totalmente virtual, sem a necessidade de construir uma rede separada para cada servidor, o que economizará muito nos custos.

 

Que mudanças o 5G trará para a IA?

Os exemplos discutidos nesta seção ilustram que tipo de mudanças se espera que ocorram no campo da IA ​​por causa das três principais vantagens de rede do 5G. O 5G aumentará a capacidade da IA ​​de compreender a linguagem e o contexto: a transmissão de dados em alta velocidade e a interconectividade de dados de vários dispositivos do 5G permitirá que os modelos de IA mantenham o aprendizado contínuo e os modos dinâmicos. Considere, por exemplo, o seguinte cenário específico:

O software de chamada de voz inteligente que está sendo desenvolvido por uma determinada empresa inovadora fornece exibição em tempo real do registro da conversa na tela do cliente durante a chamada. A IA pode então realizar análises emocionais e fornecer respostas às perguntas do cliente. Muitas de suas funções só podem ser usadas em computadores desktop no momento. Assim que a introdução do 5G tornar a conectividade de grau 5G uma possibilidade para todos os usuários, esta empresa começará a disponibilizar essas funções em dispositivos móveis. Ao usar a tecnologia 5G, os terminais móveis serão instantaneamente equipados com todas as funções de computadores conectados a redes de altíssima velocidade.

Em termos de 5G e casa inteligente, diferentes tipos de dispositivos controlados por voz baseados em IA serão colocados dentro de casa. Isso inclui interruptores inteligentes integrados, termostatos controlados por voz inteligentes e monitores de umidade, alto-falantes inteligentes, despertadores inteligentes e TVs inteligentes. Cada vez mais dispositivos terminais em casa serão equipados com controle de voz AI remoto e funções de rede doméstica. A casa inteligente 5G se adapta a diferentes cenários de estilo de vida por meio de funções de controle de voz que cobrem qualquer cenário e funções de controle de voz coordenadas que oferecem cobertura para toda a casa, atendendo assim às necessidades em constante crescimento de uma vida inteligente futura.

 

Efeito do 5G na cidade digital

A chegada da era 5G permitirá o acesso simultâneo à rede de todos os dispositivos inteligentes na cidade inteligente e suas volumosas quantidades de dados (Figura 1). Ele suportará a interação virtual-real de dispositivos e a possibilidade de respostas rápidas em milissegundos. Isso promoverá o estabelecimento firme de serviços baseados em IA de múltiplos cenários.

Figura 1: 5G permite o acesso simultâneo à rede de todos os dispositivos inteligentes na cidade inteligente e seus dados. (Fonte: National Instruments)
Figura 1: 5G permite o acesso simultâneo à rede de todos os dispositivos inteligentes na cidade inteligente e seus dados. (Fonte: National Instruments)

 

Aqui estão alguns exemplos de cenários de aplicação na cidade inteligente:

  • Consumo inteligente de água: Ao instalar sensores conectados 5G nos filtros de água, o fabricante pode monitorar quais filtros atingem a data de validade ou o proprietário pode ver quais tubos estão vazando.
  • Segurança inteligente: ajuda a polícia a monitorar a segurança pública da cidade. Quando uma câmera HD captura imagens de uma pessoa suspeita, a câmera envia as informações para o computador inteligente da cidade, enviando uma solicitação a um drone próximo para rastrear a pessoa suspeita.
  • Respostas em tempo real para carros autônomos: com a rede 5G, os dados coletados por um carro autônomo, como a posição do veículo, ambiente circundante e estado operacional, são devolvidos às plataformas de computação de ponta e computação em nuvem. As funções de posicionamento integrado veículo-estrada, estacionamento de precisão e prevenção autônoma de obstáculos podem ser acionadas por meio do sistema de comunicações 5G V2X e da plataforma de monitoramento e programação inteligente remota.

O que 5G V2X significa e como funciona
5G V2X refere-se a conectar um veículo a tudo – um veículo a uma rede, incluindo veículo a veículo (V2V), veículo a infraestrutura (V2I), veículo a rede (V2N) e veículo a -pedestre (V2P). Na era 4G, nenhuma interconexão foi construída para permitir a comunicação entre diferentes veículos, portanto, a direção autônoma em todos os cenários não poderia ser realmente criada. Por exemplo, o sistema Tesla Autopilot pode realizar a condução autônoma em um certo grau por causa de sua tomada de decisão baseada em IA usando vários tipos de informações de entrada de sensores, radar e câmeras. No entanto, ainda tem algumas limitações importantes. Isso inclui o modelo de IA incapaz de fazer previsões 100% precisas em condições climáticas adversas, como noite, chuva, neve, neblina e em contextos como interseções e curvas na estrada. Isso facilmente faz com que as câmeras sejam incapazes de monitorar com precisão as condições das estradas e a ocorrência de acidentes fatais de trânsito.

O V2X pode ser visto como um grande sensor compartilhado que pode capturar mais informações do que um único veículo, comunicando-se com os veículos ao redor, a estrada e a infraestrutura para aumentar bastante a percepção do ambiente ao redor. A largura de banda ultralta e a latência ultrabaixa da rede 5G permitem a coleta e transmissão em tempo real de informações ambientais mais precisas. Por exemplo, informações sobre semáforos à beira da estrada, informações sobre pedestres e informações sobre o veículo ao redor podem ser enviadas ao veículo em tempo real para fornecer melhor suporte à capacidade de direção autônoma do veículo.

O que o V2X precisa transmitir e compartilhar não são as decisões ou comandos finais, mas apenas informações sobre o estado dos veículos e do ambiente ao redor. Os sistemas de direção autônoma dos próprios veículos podem tomar suas próprias decisões de direção por meio de modelos gerados usando computação em nuvem e algoritmos de IA.

Observe que as informações que devem ser transmitidas pelo V2X incluem dados do sensor e o status de direção dos veículos ao redor.

O desenvolvimento do atendimento médico remoto

Beneficiando-se da mesma forma com a baixa latência e alta largura de banda do 5G, uma cirurgia remota experimental 5G – na qual a ressecção do lobo do fígado foi realizada em um leitão – obteve sucesso. O procedimento foi realizado em conjunto pela Huawei, China Unicom Fujian e Hospital 301 de Pequim. O paciente e o médico nesta cirurgia estavam separados por 50 km, e a robótica de controle remoto baseada em 5G foi usada. Todos os aspectos da operação colaborativa coordenados juntos perfeitamente, com uma latência de apenas cerca de 0,1 segundo.

A imagem abaixo ilustra o processo de aplicação do 5G em uma cirurgia remota (Figura 2). O médico precisa obter resultados da análise de dados durante a cirurgia, e uma grande quantidade de dados é armazenada em recursos de nuvem para o médico consultar. Os dados recém-gerados da cirurgia em andamento podem ser enviados para recursos da nuvem. Isso é enviado para análise em pontos de presença usando a rede principal 5G e a tecnologia de divisão de rede. Os resultados são devolvidos ao médico depois que o centro de computação de ponta analisa os dados e faz previsões usando IA e tecnologia de aprendizado de máquina.

Figura 2: O diagrama ilustra como as tecnologias AI e 5G interagem na cirurgia remota. (Fonte: Autor)
Figura 2: O diagrama ilustra como as tecnologias AI e 5G interagem na cirurgia remota.

 

Aplicações de agricultura inteligente

Resumindo, o papel do 5G na agricultura é fornecer grandes quantidades de dados em ciências agrícolas e combiná-los com os cenários agrícolas existentes. Em seguida, oferece análises e previsões e permite o monitoramento da produção agrícola por meio de plataformas de computador.

Por causa da alta velocidade e baixa latência do 5G, os produtores agrícolas podem construir um sistema completo de monitoramento e controle que pode resultar em um gerenciamento preciso, científico e eficiente da saúde e do crescimento das safras. Isso é obtido por meio da interconexão de dispositivos IoT que fornecem coleta de dados em tempo real e modelos de IA que fornecem rápida tomada de decisão. Por exemplo, os dispositivos IoT podem ser usados ​​para coletar dados nas áreas da atmosfera, solo, plantações e pragas para orientar a produção agrícola a qualquer momento e em qualquer lugar. A agricultura inteligente usará a tecnologia IoT para que a interconexão e a intercomunicação possam ser realizadas entre todos os equipamentos agrícolas usados.

 

Conclusão

A tecnologia 5G conduzirá o rápido desenvolvimento da IA, estabelecendo assim o cenário para a Internet de Todas as Coisas e uma era de compartilhamento de dados sem precedentes. Quando as máquinas podem se comunicar umas com as outras sem controle humano sem problemas, o verdadeiro compartilhamento de dados, análise/previsão de dados em tempo real e análise de solução acontecerão. Por exemplo, automóveis que dirigem sozinhos tomarão decisões sobre como mudar de rota com base em previsões instantâneas fornecidas por câmeras montadas que capturam as condições da estrada em tempo real. As áreas potenciais para o uso de 5G são ilimitadas, pois a tecnologia certamente encontrará seu caminho em todos os setores e até mesmo em todos os cantos de nossas vidas diárias. Contribuirá para um futuro em que todos os campos estejam interligados e se complementem mutuamente, avançando para a construção de uma sociedade inteligente. 5G agora representa uma transformação ainda mais revolucionária e um salto para o futuro.

 

Referencia br.mouser.com

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