Sinkaberg Hansen utiliza el análisis de video en 5G

Resumen:

  • Sinkaberg Hansen es una de las principales empresas de salmón administrada por sus dueños de la costa del Atlántico en el área central de Noruega.

  • Los socios de Intel® Network Builders, Telenor* y Nokia*, junto con Bluegrove*, han proporcionado conectividad y tecnologías con el fin de habilitar una solución de análisis de video de alta resolución para responder a los desafíos de la cría de peces moderna. La infraestructura NFV de Nokia* se basa en servidores equipados con procesadores escalables Intel® Xeon®, mientras que Bluegrove* utiliza la distribución Intel® del kit de herramientas OpenVINO™ para habilitar el análisis de video.

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En la actualidad, más de tres millones de personas consumen una gran cantidad de pescado en su dieta; en los informes de la Comisión Europea, se ha señalado que la ingesta mundial de alimentos marinos ha aumentado más del doble en los últimos 50 años1. Si bien la demanda mundial de pescado ha experimentado un aumento notable, la captura salvaje no puede satisfacerla debido en gran medida a la sobrepesca.

Una gran variedad de acuicultores de todo el mundo ejercen la acuicultura, la cría de peces de agua dulce y salada, y de otras plantas y animales acuáticos, ya sean acuicultores particulares en países en desarrollo o empresas multinacionales. La piscifactoría es una respuesta ante la disponibilidad limitada de peces salvajes; en estos tiempos, en el mundo se produce más pescado en criaderos que carne de res en la ganadería.

La acuicultura es una industria importante en Noruega; las condiciones naturales y el clima lo convierten en una ubicación ideal para la cría de peces. El país es el productor más grande de salmón del Atlántico del mundo, pero también se produce la trucha arco iris, los mejillones, el fletán atlántico y otras especies acuáticas.

En Noruega, un criadero de 1 millón de salmones puede estar a cargo de unos pocos piscicultores, quienes manejan la alimentación diaria y se aseguran del bienestar general del salmón. La mayoría de los piscicultores en Noruega trabajan con un sistema de alimentación central con tubos para dar alimento a los peces en sus jaulas. Ellos supervisan el proceso de alimentación mediante varias cámaras instaladas en las jaulas y observan el comportamiento de los peces para determinar cuándo iniciar, ajustar o detener la alimentación.

Por desgracia, la falta de luz, el agua y las cámaras de baja resolución hacen que la visibilidad sea deficiente, un problema que se agrava por la falta de luz diurna en el invierno noruego. A menudo los piscicultores tienen problemas para tener una idea clara de lo que está ocurriendo durante el proceso de alimentación.

Un proceso de alimentación mal gestionado puede generar residuos del alimento; un gran derrame de alimento puede contaminar el fondo marino alrededor de la piscifactoría. Por otro lado, la visibilidad deficiente podría generar una posible subalimentación de los peces y la reducción de su biomasa.

Una mejor visibilidad permitiría a los piscicultores realizar un seguimiento optimizado del comportamiento de los peces y evaluar su apetito para alimentarlos con mayor precisión, lo que, a su vez, puede disminuir los costos de alimentación, los residuos de alimento y la contaminación del fondo marino. Además, la alimentación adecuada hace que los peces crezcan con rapidez, lo que significa menos tiempo en las jaulas y una menor probabilidad de padecer enfermedades.

Hay mucho en juego: sin la tecnología confiable para realizar un mejor seguimiento del entorno de los peces y la jaula, cada año se pierden cientos de millones de peces en Noruega.
Para lograr una piscicultura eficiente, sostenible y rentable, los piscicultores necesitan información histórica y en tiempo real sobre el comportamiento y la salud de los peces, como también datos sobre el estado del entorno del salmón.

En una piscifactoría de Sinkaberg Hansen en la remota isla noruega de Gjerdinga, el análisis de video ahora permite tener la visibilidad del proceso de alimentación que los piscicultores necesitan a fin de administrar mejor las operaciones diarias. Los socios de Intel® Network Builders, Telenor* y Nokia*, junto con Bluegrove*, han proporcionado conectividad y tecnologías con el fin de habilitar una solución de análisis de video de alta resolución para responder a los desafíos de la cría de peces moderna.

Descripción general del proyecto

La arquitectura de la solución de análisis para la piscifactoría de Sinkaberg Hansen en Gjerdinga viene del proyecto 5G-HEART financiado por la Unión Europea en colaboración con los proyectos 5G-VINNI. El objetivo de 5G-HEART es promover la innovación en torno a la tecnología 5G para habilitar aplicaciones importantes en atención médica, transporte y acuicultura.

Un proyecto similar financiado por la Unión Europea es 5G-VINNI, el que se centra más en aplicaciones 5G y cuenta con participación de Telenor* y otros proveedores de servicios de comunicaciones, como también de proveedores de infraestructura como Nokia*. El objetivo del proyecto es validar el desempeño de las nuevas aplicaciones de 5G mediante pruebas operativas de servicios avanzados de la industria, como los de 5G-HEART.

Figura 1. Arquitectura integral.

Piscifactoría Sinkaberg Hansen en Gjerdinga

Para la piscifactoría Sinkaberg Hansen en la isla de Gjerdinga se creó un sistema de supervisión de video Bluegrove* (ver Figura 1) con redes y servidores Nokia* equipados con CPUs con arquitectura Intel®. Se instaló una red 5G de Telenor* para transmitir el video a una aplicación para realizar análisis e informes.

Las cámaras, que transmiten múltiples flujos de video de alta resolución, requieren un ancho de banda extremo desde el enlace 5G entre las cámaras y la aplicación de análisis. La red 4G existente de la piscifactoría no tenía un ancho de banda suficiente para transferir video en vivo desde el criadero hasta la ubicación principal, el que es un requisito para operar y navegar cámaras submarinas en tiempo real. En otras aplicaciones para la piscifactoría, se pueden utilizar redes inalámbricas por fibra o de punto a punto a fin de lograr esta conexión. Sin embargo, el uso de cables de fibra es desafiante, ya que pueden estar expuestos a rupturas y daños. Esto puede causar tiempo de inactividad del sistema de cámaras, el cual es fundamental para varias actividades productivas diarias, en especial la alimentación.

La red 5G cumple con los requisitos de ancho de banda de la red de cámaras, ya que ofrece el suficiente ancho de banda para reemplazar también las redes de área local.

Las aplicaciones de análisis en la piscifactoría Sinkaberg Hansen en la isla de Gjerdinga se implementaron en una nube de perímetro en el mismo recinto. Después de realizar el procesamiento de análisis en la nube de perímetro, los resultados están disponibles en la piscifactoría con el fin de adoptar medidas con una latencia mínima. Además, solo se transmiten los resultados del análisis a una infraestructura de nube central equipada con un procesador Intel® a fin de procesarlos en una herramienta de inteligencia empresarial, lo que disminuye los requisitos del ancho de banda principal.

Gracias a la solución de análisis de video, los piscicultores de Gjerdinga pueden tener una visión más clara del proceso de alimentación, el comportamiento de los peces y el estado del entorno de las jaulas.

Tecnologías habilitadoras

Las tecnologías utilizadas en la solución para la piscifactoría en Gjerdinga incluyen los siguientes elementos.

Servicios de red 5G

Telenor* creó un servicio de acceso inalámbrico fijo (FWA) 5G mediante un tipo de segmentación de red 5G de banda ancha móvil mejorada (eMBB). Se implementaron dos estaciones base 5G a fin de proporcionar cobertura y capacidad en la piscifactoría: una con un canal de 80 MHz en la banda C (3,6 GHz) y la otra con un canal de 800 MHz en la banda mmWave (26 GHz). En un comienzo, el núcleo móvil se basó de forma autónoma (NSA), es decir, se superpone la tecnología 5G sobre la red 4G existente para ofrecer un mejor servicio de ancho de banda eMBB. La banda de anclaje de esta red fue un canal de 10 MHz en la banda de 2,1 GHz. Ericsson* proporcionó el software del núcleo móvil habilitado para NSA, el que se ejecuta en una plataforma de virtualización de funciones de red (NFV) facilitada por Nokia*. La infraestructura NFV de Nokia* se basa en servidores AirFrame Open Edge equipados con procesadores escalables Intel® Xeon®. El sistema y el servicio 5G forman parte de los proyectos 5G-VINNI y 5G-HEART.

Transmisión de video de alta velocidad y análisis

Se diseñó el sistema para ofrecer altas velocidades de conexión de enlace ascendente necesarias para transferir transmisiones de video desde la piscifactoría hasta el servidor del perímetro con una latencia muy baja. La conexión mmWave de Telenor* proporcionó un enlace ascendente de 1 Gbps, lo que es una mejora significativa en comparación con 4G, que ofrece un enlace ascendente máximo de 20 Mbps. El logro de las velocidades de bits requeridas es fundamental, ya que entre más cámaras haya conectadas, mayor es la demanda de ancho de banda.

Análisis de video de Bluegrove*

Bluegrove* elaboró un sistema de supervisión submarina de peces con tecnología de luz y visión de cámaras junto con tecnología de sensor acústico submarino.

En el caso de la piscifactoría de Gjerdinga, las cámaras submarinas de Bluegrove* habilitan la observación para mejorar las estrategias de alimentación, ver el comportamiento anormal de los peces y detectar heridas o mordidas, u otros problemas de salud de los peces. Además, las cámaras cuentan con un detector de pelet para detectar pérdidas de alimento. Esto optimiza el proceso de alimentación, reduce los residuos y disminuye el impacto ambiental.

Las cámaras graban en resolución full HD y generan transmisiones de video en alta calidad adecuadas para aplicaciones de IA. Las cámaras tienen enfoque automático y balance del color con ajuste automático, y se pueden mover tanto en dirección vertical como horizontal en la jaula mediante un cabrestante y la interfaz gráfica del usuario. Las cámaras son redondas para asegurarse de no dañar las redes si deben estar en contacto unas con otras. Las cámaras de la parte superior de Bluegrove* también permiten vigilar la superficie para detectar peces o depredadores no deseados.

Las luces submarinas cuentan con luz LED regulable para evitar estresar a los peces, al tiempo que permiten capturar imágenes de alta calidad por debajo de la superficie, incluso durante la noche.

Figura 2. Cámara submarina de Bluegrove*.

Las cámaras tienen conexión física a un conmutador central y los datos pueden transferirse al perímetro o de forma directa al núcleo. En el caso de la piscifactoría de Gjerdinga, se implementó un servidor del perímetro con el objeto de procesar el enorme ancho de banda de la red de cámaras, que incluye ocho instalaciones en las jaulas, cada una de las cuales envía datos a una velocidad de hasta 200 Mbps; se decidió que se procesarían los datos en servidores del perímetro. Si se transfieren los datos al perímetro, se reduce el tiempo y la latencia de la transferencia, lo que permite realizar el análisis en las instalaciones.

Los sensores de Bluegrove* también miden los niveles de oxígeno y salinidad, y la temperatura marina. Gracias a la excepcional tecnología de la cámara y el sensor de Bluegrove*, la piscifactoría recibe imágenes de vigilancia de alta calidad en la sala de control para tener una visión clara de lo que sucede en las jaulas y la superficie.

Mediante la plataforma de análisis de Bluegrove* se recolectan, procesan y analizan datos de las instalaciones de acuicultura y se utiliza una gran variedad de métodos y herramientas analíticas, incluidas la estadística, la inteligencia artificial y el aprendizaje automático para mejorar aún más los algoritmos y la información. En la plataforma también se incluye una variedad de interfaces de usuario y funciones de generación de informes para los usuarios finales.

Bluegrove* utiliza la distribución de Intel® del kit de herramientas OpenVINO™ para habilitar el análisis de video. El kit de herramientas OpenVINO™ se basa en las redes neuronales convolucionales (CNN). El kit de herramientas permite extender las cargas de trabajo en el hardware de la arquitectura Intel® (incluidos los aceleradores) y optimiza el desempeño de la inferencia.

Figura 3. Solución del sitio para el perímetro 5G-VINNI de Telenor*.

Infraestructura de nube de Nokia* Edge

Nokia* proporcionó la infraestructura de nube de perímetro; la solución de nube de perímetro es compatible con el modelo de referencia del Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones, ETSI (ver Figura 3).

En el sitio del perímetro de la piscifactoría se utiliza Nokia* AirFrame Open Edge OE 19 para la informática y el almacenamiento, y se utilizan las redes de AirFrame Z9100 (ver Figura 4) con 32 puertos de 100 Gb. La infraestructura de nube de Nokia* ofrece la capa de virtualización.

El ultraeficiente y compacto servidor del perímetro AirFrame Open Edge Server de Nokia* se creó y optimizó para tener compatibilidad total con las implementaciones de nube de perímetro y de puntos más lejanos. El chasis del servidor AirFrame Open Edge tiene una altura de solo 3U, lo que permite instalarlo en estaciones base en el interior o en áreas exteriores. El sistema cuenta con nodos de servidor de un solo zócalo con formatos de 1U y 2U, lo que es compatible con la familia de procesadores escalables Intel® Xeon® de 2ª Generación. Una unidad de procesamiento de gráficos (GPU) pequeña cabe en la bandeja del servidor 1U para ser de ayuda en el análisis de video. Un chasis de Open Edge es compatible con cinco servidores, cada uno de ellos tiene un procesador escalable Intel® Xeon® de 24 núcleos.

Imagen 4. Sistema de redes y servidor del perímetro de Nokia*.

El conmutador fijo de AirFrame Z9100 se utiliza en las redes y la virtualización, y la infraestructura de nube de Nokia* ofrece aplicaciones en tiempo real y la solución de nube NFV. La infraestructura de nube de Nokia* se basa en OpenStack Rocky* y, en ella, se aprovechan las bibliotecas de software de kit de desarrollo de plano de datos (DPDK) de código abierto para lograr un procesamiento de paquetes de gran desempeño. Este software de infraestructura cuenta con verificación de OPNFV* como solución de grado telecomunicacional que satisface los requerimientos de las aplicaciones de centro de datos del perímetro con un uso alto de ancho de banda y una baja latencia.

Nokia* también es compatible con la automatización de la incorporación de aplicaciones en la nube de perímetro y el aprovisionamiento del servicio 5G CPE con el organizador del servicio central FlowOne de Nokia* basado en oficinas, el organizador de NFV del director de red de CloudBand (CBAM) de Nokia* y el administrador genérico de VNF CBAM de Nokia*.

Un usuario o un sistema BSS puede iniciar la implementación de servicio mediante el organizador del servicio, el que activará la implementación de servicio de red en el organizador de NFV (NFVO) que utiliza la API SOL005 expuesta. Luego, el organizador creará las redes proveedoras en el conmutador físico y también en OpenStack Neutron para que las máquinas virtuales puedan acceder a las redes externas a través del conmutador de AirFrame Z9100 de Nokia*.

En la piscícola de Gjerdinga se utilizan cinco servidores Nokia* equipados con procesadores Intel® Xeon® Gold de 2ª Generación. Este innovador procesador presenta mejoras significativas en agilidad y escalabilidad, y establece un nuevo nivel de convergencia y capacidades de plataformas en cuanto a informática, almacenamiento, memoria, redes y seguridad2.

Figura 5. Organización de servicios para la nube de perímetro y el aprovisionamiento de 5G CPE.

Conclusión

Mediante la implementación del sistema de análisis de video de Bluegrove*, que tiene conectividad 5G y computación del perímetro facilitada por Telenor*, Nokia* e Intel®, la piscifactoría Sinkaberg Hansen en la isla de Gjerdinga puede trabajar con transmisiones de video de alta calidad en cada instalación para ofrecer a los piscicultores los videos y el análisis que necesitan para entender mejor lo que ocurre con los peces que están criando. En específico, los videos de alta calidad permiten gestionar mejor los procesos de alimentación, lo que reduce en gran medida los residuos alimentarios. Esto disminuye la contaminación y mejora la sostenibilidad. El posible ahorro de costos para una piscifactoría como Sinkaberg Hansen podría ser de hasta NOK 50 millones por año3.

La aplicación está habilitada gracias a la tecnología emergente 5G y de red del perímetro. El servicio 5G de Telenor* brindó el ancho de banda necesario para transferencias de datos en tiempo real desde las jaulas de los peces hasta el servidor del perímetro, en el que la tecnología del perímetro sobre informática y redes de Nokia* procesó los datos para análisis sin demoras. La tecnología de procesadores de la arquitectura Intel® desempeña un papel clave en la entrega de la densidad informática necesaria para habilitar la informática de perímetro. Este estudio de caso de la piscifactoría Sinkaberg Hansen en la isla de Gjerdinga es un ejemplo de cómo las innovaciones del perímetro habilitan fascinantes casos de uso vertical 5G y nuevas oportunidades empresariales.

Servidores del perímetro equipados con procesadores escalables Intel® Xeon®

Los servidores de red de perímetro para el proyecto del criadero de salmón Sinkaberg Hansen están equipados con procesadores escalables Intel® Xeon® de 2ª Generación. Los procesadores escalables Intel® Xeon® son la base de plataformas potentes de perímetro que ofrecen agilidad y escalabilidad informática. Su diseño rompe los esquemas y en ellos se aprovechan décadas de innovación para aplicarlas en los requisitos más demandados de cargas de trabajo; estos procesadores son parte de un conjunto completo de tecnologías de red de Intel.

Los procesadores escalables Intel® Xeon® de 3ª Generación más recientes mejoran las soluciones de servidores del perímetro gracias a una arquitectura equilibrada que es compatible con la inteligencia artificial con aceleración integrada y las características de seguridad basadas en hardware. Asimismo, estas CPUs se diseñaron para operar con cargas de trabajo de red modernas para lograr una latencia baja, un alto rendimiento, un desempeño determinista y un gran desempeño por vatio4. El servidor Nokia* AirFrame Open Edge OE 20 aprovecha los beneficios de la tecnología de este procesador.

En resumen

  • La popularidad de los alimentos marinos está en aumento.
  • La acuicultura requiere información de los peces en tiempo real para minimizar los residuos de alimento y vigilar el comportamiento de los peces y las condiciones del entorno.
  • Una distante piscifactoría en una isla de Noruega utiliza la supervisión por video de la acuicultura gracias a Telenor*, Bluegrove*, Nokia* e Intel.
  • El análisis de video de alta definición puede generar el ahorro de costos y una mayor rentabilidad en las piscifactorías.
  • La banda mmWave 5G es necesaria para satisfacer los requisitos más altos de ancho de banda para video.

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