La inteligencia artificial revoluciona la periferia de la red

Un autobús de conducción autónoma se encargaba de trasladar a los espectadores por el resort Alpensia, en el que se celebraban algunas de las competiciones, utilizando el 5G como ayuda en la navegación. Dentro de estos vehículos se usaba un enlace inalámbrico de banda ancha para ofrecer en las pantallas una transmisión televisiva en directo 3D con el fin de entretener a los pasajeros. En la pista de esquí de fondo, los esquiadores llevaban receptores de GNSS que transmitían su posición a los servidores durante la carrera. Los ordenadores usaban los datos recogidos de los sondeos de la pista para generar vistas en directo de lo que veían los esquiadores. A continuación, el vídeo se transmitía a los asistentes que tenían dispositivos 5G experimentales.

Aunque las pruebas de Korea Telecom se centraron en las aplicaciones del 5G con fines recreativos, el estándar de red inalámbrica será fundamental para una nueva hornada de aplicaciones industriales. Las demostraciones en los Juegos Olímpicos de Invierno 2018 hicieron gran hincapié en mostrar las grandes mejoras en el ancho de banda con respecto al 4G. Sin embargo, el objetivo de 3GPP con el desarrollo del estándar 5G es llevar las comunicaciones móviles más allá de sus parámetros actuales y atender futuras necesidades asociadas a la automatización industrial y el IoT. Aunque el ancho de banda, así como los menores requisitos de potencia para cada conexión de datos serán importantes, es otro el factor llamado a impulsar la adopción del 5G en aplicaciones industriales en tiempo real, como la monitorización de procesos, los sistemas de automatización de fábricas, el control de robots, la gestión de flotas y similares. Ese factor es la latencia.

Las redes inalámbricas existentes presentan latencias de ida y vuelta del orden de cientos de milisegundos. Para mejorar los índices de aprovisionamiento de datos agregados, los mensajes de varios handsets y otros dispositivos itinerantes se intercalan y procesan juntos. El 5G cambia esta política para responder a los mensajes entrantes en tan solo un milisegundo. Esta menor latencia permite adoptar un enfoque determinista y abre nuevas posibilidades en el escenario industrial. A partir de ahora será factible aplicar el tratamiento distribuido a sistemas críticos en tiempo real que antes exigían que los recursos informáticos fuesen totalmente locales.

Mark Patrick, Mouser Electronics,

Uno de los problemas fundamentales de la realidad virtual envolvente (RV) es la demora entre el movimiento de la cabeza del usuario y la vista actualizada que se obtiene en el casco. Normalmente, las personas pueden soportar una latencia de 'movimiento a fotón' de un máximo de 20 ms. Por encima de este tiempo, suelen empezar a aparecer efectos de mareo por movimiento. Una ventaja de descargar el procesamiento de RV en servidores remotos es una gran reducción del consumo energético de la electrónica ponible, así como del incómodo calor que suelen generar los circuitos. La reducción de la latencia muy por debajo de la barrera de movimiento a fotón permite a la RV aprovechar enormemente la tecnología 5G. Estos sistemas de RV más avanzados podrán admitir aplicaciones industriales, como el control remoto de los robots necesarios para llevar a cabo reparaciones en ubicaciones peligrosas que no resultan seguras para los miembros humanos de la plantilla.

Los sistemas robóticos con más libertad de movimiento sufren un problema parecido al de la realidad virtual. Los algoritmos de control dependen de latencias bajas para mantener la estabilidad. En el caso de los relativamente sencillos robots de una sola función que se usan en la producción de grandes volúmenes, este no es un problema importante. Sin embargo, cada vez hay más 'cobots' o robots de colaboración. Estos ya no se encierran en células aisladas, sino que trabajan junto a personas y otros robots, y se mueven libremente por el lugar de trabajo. Para ello, requieren un software más sofisticado, que incluye la nueva ola de tecnología con grandes exigencias de cálculo basada en el aprendizaje profundo.

Los robots móviles funcionarán con baterías y no estarán aislados de la fábrica. A medida que crezca el uso de robots en sectores como la agricultura y la logística y con ello su presencia al aire libre, su consumo energético será un gran obstáculo a la hora de incorporar los algoritmos sofisticados que emplean. Las redes inalámbricas 5G ofrecen la posibilidad de descargar el software que tanta energía precisa en servidores remotos alimentados por tomas de electricidad fiables. El resultado de esta división de responsabilidades es un grupo de robots que puede aprender de la experiencia compartida sin agotar la batería en cuestión de minutos.

Sin embargo, los servidores no pueden estar muy lejos. La velocidad de la luz a través de los cables de fibra óptica y las demoras de intercambio que sufren todos los enrutadores a lo largo del camino juegan un papel importante a la hora de determinar la capacidad de respuesta de la red. La regla general es que por cada 100 km de distancia se suma un milisegundo de demora en cada dirección. Para aprovechar las ventajas de la baja latencia del 5G, los sistemas autónomos tendrán que desplegar los recursos del servidor más cerca del punto de demanda de lo que es habitual en la actualidad. Por supuesto, esto está llevando al desarrollo de un mercado de informática periférica.

Los servidores de computación periférica pueden situarse en un parque industrial. Por ejemplo, un operador minero con un uso intenso de vehículos autónomos para trasladar material dentro de una instalación de producción puede desplegar su propio centro de microdatos. En muchos casos, podrá usar servicios compartidos y basados en la nube, ubicados un poco más lejos, para suministrar los recursos informáticos periféricos. Aunque las minas suelen estar en ubicaciones remotas, muchas se sitúan lo suficientemente cerca de centros urbanos como para que los proveedores de servicios puedan establecer sus propios recursos informáticos periféricos y compartirlos con otros usuarios del sector industrial y agrícola.

Las estructuras informáticas desplegadas en la periferia de la nube no sustituirán a los servidores centralizados que forman la base de las arquitecturas de red actuales. Seguirá siendo necesaria una planificación a largo plazo, que se gestionará por una segunda capa de software con aprendizaje automático en su núcleo. Sin embargo, las partes que necesiten una respuesta en tiempo real se transferirán a 'cloudlets' ubicados entre los nodos inalámbricos y los servidores centrales en la nube.

La informática de 'cloudlet' requiere un cambio de enfoque en el diseño convencional de servidores de los centros de datos principales. El rendimiento sigue siendo esencial, pero el entorno tiene que ser compacto, fiable y eficiente energéticamente. El diseño de los elementos informáticos probablemente tendrá más cosas en común con las estaciones base celulares que con servidores blade de gama alta. El espacio, la refrigeración y las posibilidades de mantenimiento serán limitados. Los cloudlets más pequeños pueden coexistir con equipos de telecomunicaciones en armarios junto a la calzada, mientras que otros se dispondrán en contenedores para facilitar su rápido emplazamiento.

Las demostraciones en los Juegos Olímpicos de Invierno 2018 hicieron gran hincapié en mostrar las grandes mejoras en el ancho de banda con respecto al 4G.

Las arquitecturas diseñadas para 'cloudlets' usarán ampliamente la tecnología de aceleración para algunas tareas como el aprendizaje automático. Los aceleradores ofrecen un rendimiento superior por vatio al de los procesadores multinúcleo de uso general. Se puede aumentar la fiabilidad operativa mediante el uso de nodos redundantes, pero el problema fundamental es la seguridad. La seguridad física es más difícil de garantizar en los cloudlets que en los centros de datos a gran escala. Se necesitarán funciones de detección de manipulación e intrusión, de modo que, si los atacantes consiguen acceder al hardware, los sistemas puedan actuar y trasladar volúmenes de trabajo a cloudlets cercanos que no se hayan visto afectados.

El diseño informático tendrá un papel crucial a la hora de garantizar la seguridad frente a ataques lanzados sobre la red. Aplicaciones muy diversas tendrán que integrarse en el hardware del cloudlet para ofrecer un elevado aprovechamiento de los recursos. Los sistemas de 'cloudlet' deben ser capaces de garantizar que las aplicaciones que se ejecuten en un nodo no interfieran con las otras y, por tanto, que no intercepten datos privados ni perturben las operaciones. Tecnologías como la virtualización y el software en contenedores facilitarán la separación de las aplicaciones, la monitorización del comportamiento y el bloqueo de actores maliciosos por parte de los administradores. El software ejecutado en contenedores también se podrá trasladar más fácilmente si cambia la necesidad de recursos, lo que ayudará a los operadores del 'cloudlet' a optimizar su infraestructura y a garantizar los niveles de rendimiento.

La llegada del 5G, con su menor consumo por conexión de datos y sus capacidades determinísticas, presentará sin lugar a dudas muchas ventajas para el sector industrial. Además, representa el comienzo de una etapa crucial en la constante evolución de la informática en la nube. Gracias a las mejoras en la tecnología de hardware y software, los 'cloudlets' ubicados cerca del lugar en el que se necesitan permitirán hacer realidad una nueva generación de sistemas en tiempo real con inteligencia artificial, lo que impulsará la próxima revolución industrial.