Disrupción del metaverso industrial con Open Private 5G y Edge

Parece que 5G será el próximo gran avance de la década actual, por lo que es hora de que el mundo se adapte a sus ofertas y avance con ellas. Tratemos de entender cómo afectará la revolución industrial en curso o Industria 4.0.

Hoy en día, la fabricación es el primer pensamiento que nos viene a la mente cuando observamos una configuración industrial que es predominantemente de minería y redes. Para digitalizar completamente la industria, debe asegurarse de que todos los dispositivos, robots y drones de Internet de las cosas (IoT) en todo el país estén conectados. Necesitan ejecutar aplicaciones en tiempo real para cumplir con las rigurosas demandas de las aplicaciones industriales, lo que crea la necesidad de una conectividad confiable que admita simultáneamente un alto ancho de banda y una baja latencia.

Veamos algunas razones por las que estas aplicaciones son necesarias:

Banda ancha móvil mejorada:

• 20/10 Gbps DL/UL
• Latencia de nivel de usuario de 4 ms
• Movilidad hasta 500 km/h

Comunicación extremadamente fiable con baja latencia:

• Latencia de nivel de usuario de 1 ms
• Alta seguridad/resistente
• 0ms tiempo de desconexión móvil/siempre disponible

Comunicación masiva tipo máquina:

• 1 millón de dispositivos por kilómetro cuadrado
• Más de 10 años de duración de la batería
• Mejora de la cobertura en 20 dB

El 5G privado y las nubes perimetrales pueden alterar las tecnologías emergentes

Una red Wi-Fi funciona mejor en interiores, pero no escala cuando necesitas cubrir un área de 10 kilómetros cuadrados. Para hacer esto, debe colocar un módem Wi-Fi cada 10-20 metros, lo cual es inconveniente y costoso. En este caso, una red celular es la opción más adecuada.

Ya tenemos redes 4G funcionando. Estas redes son en su mayoría redes públicas y no redes privadas con una empresa. Asimismo, la nube no está físicamente presente en una empresa.

No puede estar seguro de la ubicación del centro de datos. Incluso si conoce la ubicación, aún no puede estimar la latencia necesaria porque la transmisión se realiza a través de la red web y no a través de la red pública. Por este motivo, es necesario cambiar esta latencia.

Con la introducción de 5G, esto se puede gestionar fácilmente. Te permite crear una red Wi-Fi alternativa dentro de la empresa. Garantiza baja latencia y alto rendimiento, así como protección de datos.

También necesita una versión en miniatura de la nube, a la que llamamos nube "H". Es más confiable para cosas como realidad aumentada (AR) y realidad virtual (VR), análisis de video, operaciones robóticas y vehículos autónomos porque garantiza una baja latencia. También es importante tener en cuenta que la nube es esencialmente para la contabilidad y la gestión de datos y no para ninguna tarea informática.

Las aplicaciones de tecnología de la información (TI) como Zoom, las aplicaciones y productos del sistema (SAP) pueden ejecutarse correctamente a través de Wi-Fi, pero las aplicaciones comerciales no. Este es un mercado de casi $ 517 mil millones que eventualmente se verá afectado.

Casos de uso para Industria 4.0

Industry 4.0 tiene muchos casos de uso, algunos de los cuales se mencionan a continuación.

logística. Los almacenes tienden a ser muy grandes y, por lo tanto, deben digitalizarse, ya que el seguimiento en tiempo real de los equipos en todo el almacén es extremadamente importante. Los drones se pueden utilizar con fines de seguimiento, mientras que las automatizaciones robóticas pueden ayudar a mover las mercancías de un lugar a otro. Las aplicaciones basadas en AR/VR se pueden utilizar para respaldar la capacitación de los empleados en tiempo real.

Hay dos tipos de minería en la India. La primera se llama minería a cielo abierto. Este tipo de minería no requiere que entres en un túnel. Esencialmente ejecutan la minería en la periferia y la extracción.

El otro tipo de minería se llama minería a cielo cerrado. Este método de minería requiere que vayas bajo tierra en un túnel. Puede haber alrededor de 10 a 22 túneles a medida que desciende y cada uno de ellos puede tener uno o dos kilómetros de largo.

En lugares como Australia, ya se ha automatizado mucho. Pero en India la gente todavía trabaja manualmente. Los mineros ingresan a pozos cerrados y usan una memoria USB para extraer los datos de los sensores instalados allí. Solo entonces pueden conectarlo a sus sistemas y servidores de oficina para usarlo.

Esto crea oportunidades para digitalizar todo. Al automatizar los vehículos no tripulados, este problema de extracción de datos se puede resolver, de modo que ningún ser humano tenga que ingresar a estas minas. Esto reduciría en gran medida el riesgo de cualquier tipo de desastre.

No puedes enviar personas a las minas para crear una explosión con un propósito específico. En tales casos, puede enviar drones equipados con cámaras 4K y monitorear esa área.

Petróleo y gas. La exploración de petróleo y gas se divide en tres partes predominantes, a saber, upstream: costa afuera, midstream: oleoducto y downstream: refinería. Durante la exploración costa afuera aguas arriba, básicamente está buscando lugares donde pueda encontrar petróleo adicional. Del mismo modo, existe la exploración en tierra donde la exploración se lleva a cabo en tierra en lugar de la exploración en alta mar.

La exploración de petróleo y gas requiere una extensa recopilación sistemática de datos. Se requiere un análisis extenso para encontrar las ubicaciones correctas para realizar estas exploraciones. El 5G privado puede jugar un papel importante en esto. Esto ofrece un enorme margen para aumentar la productividad y salvar vidas.

fabricación. Hay un caso de uso real en Fujitsu que utiliza redes privadas 5G, así como computación de punta para vehículos de transporte autónomos. Usan cámaras 4K para garantizar que estos vehículos se muevan correctamente. Recopilan los datos de estas cámaras 4K y sensores, lo que les brinda conocimiento en tiempo real de su movimiento.

Del mismo modo, en las cadenas de montaje utilizan cámaras para asegurarse de que el trabajo se realiza correctamente. Utilizan herramientas de análisis de inteligencia artificial (IA) para monitorear todo. Si encuentran a alguien que no está haciendo bien el trabajo, la IA les proporcionará los comentarios adecuados al respecto. Incluso sobre la marcha, el entrenamiento se lleva a cabo en tiempo real con la ayuda de la IA.

Transformación hacia la apertura y la desagregación

Los centros de datos de empresas como Facebook y Google se han movido para permitir la apertura y la desagregación, especialmente en el espacio de redes. En 2012, las redes en la mayoría de los centros de datos que requerían conmutadores, enrutadores y otros equipos de red eran propiedad, lo que significa que eran propiedad de los fabricantes de equipos originales (OEM). Querían ejecutar un sistema operativo en múltiples componentes de hardware, lo que no era posible en absoluto.

Algunos de los hiperescaladores como Facebook y Google encontraron una oportunidad y comenzaron a usar parte del hardware de caja blanca. El hardware de caja blanca se puede utilizar comercialmente desde el primer momento. Estos son servidores basados ​​en diseños de hardware abiertos que puede obtener fácilmente.

Después de tomar el hardware de caja blanca, básicamente puede poner cualquier software abierto allí. Ahora, el software abierto se puede tomar de diferentes proveedores y seguir ejecutándose en la caja blanca fabricada por cualquiera de las numerosas empresas. Incluso puede cambiar el software más tarde si es necesario y mantenerlo funcionando en el hardware. Esto también se llama desagregación.

El cambio de soluciones propietarias a software y hardware abiertos y desagregados en los centros de datos comenzó en 2012 (ver Fig. 1).

El uso de la caja blanca fue muy bajo, alrededor del 2 % en 2012. Pero para 2019, el uso de caja blanca dominó el mercado, en alrededor del 59%. Esto fue una revelación para la industria de las telecomunicaciones y también para muchas empresas. Desde entonces, la desagregación y la apertura se han convertido en un estándar efectivo en el mercado de centros de datos.

Este fue también el momento en que nuestra empresa (Niral Networks) comenzó a visualizar lo que quería hacer. Curiosamente, las grandes empresas como Cisco también se están moviendo hacia la desagregación porque hacia allí se dirige el mercado.

Transformación hacia la apertura y desagregación en 5G RAN y Core

Originalmente, la red de acceso por radio (RAN) era propietaria, pero con la introducción de la red abierta de acceso por radio (O-RAN), ahora se ha dividido en tres partes. La primera es la unidad de radio (RU), que actúa como antenas. Luego hay una entidad distribuida (DU) y una entidad centralizada (CU). En lugar de usar el hardware, ahora puede usar la nube para ejecutar DU y CU.

Las partes importantes de 5G son la red de radio, como se mencionó anteriormente, y la red de transporte que envía las señales de radio al núcleo central. Existe una red de transporte entre la red 5G y la nube central mediante un enrutador también desagregado.

Sistema operativo de red NiralOS

• Private 5G Core Cloud es un software de núcleo 5G privado nativo para movilidad, autenticación, seguridad, gestión de sesiones y políticas. Incluye funciones de red 5G como AMF, SMF, AUSF, DM, NRF y UPF. El núcleo Niral 5G también cuenta con una función de plano de usuario compacto (UPF) para proporcionar una ruptura local dentro y en toda la empresa cuando se integra con el núcleo 5G centralizado de TSP.
• Mobile Edge Cloud Kubernetes y la infraestructura de nube de borde virtualizada crean una nube de borde móvil dentro de una empresa con API abiertas para alojar aplicaciones de terceros como AR/VR, robótica, drones, AI/ML y análisis de video para baja latencia y privacidad.
• El controlador centralizado proporciona administración centralizada, orquestación, aprovisionamiento sin contacto y monitoreo de múltiples redes 5G privadas y nubes de borde móvil en múltiples ubicaciones. El controlador se puede alojar en la nube pública para administrar y monitorear de forma centralizada varias redes 5G privadas.

Especificaciones de NiralOS

• Núcleo 5G compatible con la versión 16 para la implementación privada de 5G.
• Funciones de red 5G como UPF, AMF. SMF, EXF, UDM y NRF
• Capacidad de red nativa de la nube basada en Kubernetes
• Aceleración UPF (plano de usuario) basada en DPDK+VPP: escalado lineal por núcleo de CPU
• Desglose UPF local para una fácil integración en el núcleo 5G centralizado de TSP
• Compatibilidad con N1, N2, N3, N4 e interfaces basadas en servicios para 5G SBA
• Núcleo 5G implementado en hardware COTS de varios factores de forma e integrado con radios 5G
• Kubernetes y nube perimetral independiente de la nube virtualizada para alojar aplicaciones de terceros
• API abiertas para integrar aplicaciones de terceros en la plataforma Niral 5G Core and Edge
• Tablero basado en la web para configurar y administrar la implementación de suscriptores

Hicimos una integración nativa de extremo a extremo con una empresa inalámbrica en la India para permitirnos implementar un sistema 5G de extremo a extremo. Recientemente fuimos reconocidos por la innovación en el espacio 5G y esperamos seguir haciéndolo.

Este artículo se basa en una presentación técnica de Abhijit Chaudhary de Niral Networks en la Open Source Conference 2022 organizada por Samsung R&D Institute India, Bengaluru y IEEE ComSoc Bengaluru Chapter. Fue transcrito y curado por Laveesh Kocher, un entusiasta de la tecnología en EFY con una habilidad especial para la exploración y la investigación de código abierto.

Abhijit Chaudhary es Fundador y CEO de Niral Networks