Sinkaberg Hansen usa a análise de vídeo 5G

Visão geral:

  • Sinkaberg Hansen é uma das principais empresas de salmão do Atlântico gerenciadas pelo proprietário na costa da Noruega central.

  • Os parceiros Desenvolvedores de rede Intel®, Telenor e Nokia, juntamente com a Bluegrove, forneceram conectividade e tecnologias permitindo uma solução de análise de vídeo de alta resolução para enfrentar os desafios da piscicultura moderna. A infraestrutura Nokia NFV é baseada em servidores que usam processadores escaláveis Intel® Xeon®, enquanto a Bluegrove usa o Intel® Distribution do kit de ferramentas OpenVINO™ para habilitar análises de vídeo.

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Hoje, mais de 3 bilhões de pessoas dependem de peixes para uma grande parte de sua dieta, e a Comissão Europeia relata que o consumo de frutos do mar global mais do que duplicou nos últimos 50 anos.1 Enquanto a demanda mundial por peixes viu um aumento acentuado, a pesca selvagem simplesmente não pode acompanhar essa demanda, em grande parte devido à pesca predatória.

A Aquicultura, o cultivo de peixes de água doce e água salgada e outras criaturas e plantas aquáticas, é praticada globalmente por uma ampla variedade de criadores, de fazendas de uma pessoa em países em desenvolvimento a corporações multinacionais. O cultivo de peixes oferece uma resposta para a disponibilidade limitada de peixes selvagens e o mundo agora produz mais peixes de aquicultura do que carne de criação.

A Aquicultura é uma indústria significativa na Noruega, onde o clima e as condições naturais a tornam um local ideal para a piscicultura. O país é o maior produtor de salmão do Atlântico, mas também cultiva truta arco-íris, mexilhões, halibute do Atlântico e outras espécies aquáticas.

Na Noruega, uma fazenda de peixes de 1 milhão de salmões pode ser gerenciada por apenas alguns criadores que controlam a alimentação diária e garantem o bem-estar geral do salmão. A maioria dos criadores de peixes da Noruega opera um sistema de alimentação central com tubos para fornecer alimentos para o peixe em suas gaiolas. Os criadores monitoram o processo de alimentação por meio de várias câmeras colocadas perto das gaiolas e observam o comportamento do peixe para julgar quando começar, ajustar ou interromper a alimentação.

Infelizmente, a falta de luz, a água e câmeras de baixa resolução criam visibilidade de câmera ruim, um problema que ficou pior pela falta de luz do dia na Noruega no inverno. Os Criadores geralmente têm dificuldade para ter uma ideia clara do que está acontecendo durante o processo de alimentação.

Um processo de alimentação mal gerenciado pode levar a resíduos de ração e um significativo derramamento de ração pode poluir o fundo do mar em torno da fazenda de peixes. Por outro lado, uma visibilidade ruim pode levar a possibilidade de subalimentação do peixe e redução de sua biomassa.

A melhor visibilidade do peixe permitiria que os criadores de peixes rastreassem o comportamento adequadamente e estimassem o apetite do peixe para alimentar mais precisamente, o que, por sua vez, pode levar a custos de ração, desperdício de ração e poluição do fundo do mar reduzidos. A alimentação adequada também permite que o peixe cresça mais rápido, o que significa menos tempo nas gaiolas e menos chance de doenças.

Os riscos são altos: sem tecnologia confiável para rastrear melhor o ambiente de peixes e gaiolas, centenas de milhões de peixes são perdidos na Noruega a cada ano.
Para obter um cultivo de peixes eficiente, sustentável e lucrativo, os criadores precisam de percepções históricas e em tempo real sobre os comportamentos e a saúde dos peixes, bem como dados sobre a saúde do meio ambiente do salmão.

Para uma fazenda de salmão da Sinkaberg Hansen na remota ilha norueguesa de Gjerdinga, a análise de vídeo está permitindo a visibilidade do processo de alimentação que os criadores de peixes precisam para gerenciar melhor as operações do dia a dia. Os parceiros Desenvolvedores de rede Intel®, Telenor e Nokia, juntamente com a Bluegrove, forneceram a conectividade e tecnologias habilitadoras para permitir uma solução de análise de vídeo de alta resolução para enfrentar os desafios da piscicultura moderna.

Visão geral do projeto

A arquitetura para a solução de análise da fazenda de peixes da Sinkaberg Hansen em Gjerdinga veio do projeto 5G-HEART financiado pela União Europeia em colaboração com os projetos 5G-VINNI. O objetivo do 5G-HEART é promover a inovação em torno da tecnologia 5G para permitir aplicações importantes em saúde, transporte e aquicultura.

Um projeto semelhante financiado pela UE é o 5G-VINNI, que é mais focado em aplicações 5G e tem participação da Telenor e de outros provedores de serviços de comunicação, bem como fornecedores de infraestrutura como a Nokia. O objetivo do projeto é validar o desempenho de novas aplicações 5G por meio de testes operacionais de serviços avançados do setor, como aqueles da 5G-HEART.

Figura 1. Arquitetura completa

Fazenda de peixes da Sinkaberg Hansen em Gjerdinga

Para a fazenda de peixes da Sinkaberg Hansen na ilha Gjerdinga, um sistema de monitoramento de vídeo da Bluegrove foi configurado (ver Figura 1), usando redes e servidores da Nokia com CPUs de arquitetura Intel® Uma rede Telenor 5G foi estabelecida para transmitir o vídeo para uma aplicação de análise para análise e relatórios.

As câmeras, transmissoras de vários fluxos de vídeo de alta resolução, exigiam largura de banda extrema do link 5G entre as câmeras e a aplicação de análise. A rede 4G existente da fazenda de peixes não tinha largura de banda suficiente para transferir transmissão ao vivo de vídeos da fazenda para um local central, um requisito para operar e navegar câmeras subaquáticas em tempo real. Em algumas outras aplicações de fazenda de peixes, redes de fibra e/ou ponto a ponto sem fio podem ser usadas para fornecer essa conexão. No entanto, o uso de cabos de fibra é desafiador, pois podem ser expostos a falhas e danos. Isso pode levar a tempo de inatividade do sistema de câmera, o que é fundamental para várias atividades da criação diária, especialmente para alimentação.

O 5G atende aos requisitos de largura de banda da rede de câmeras, oferecendo largura de banda suficiente para também substituir redes de área local.

As aplicações de análise da fazenda de peixes da Sinkaberg Hansen na ilha Gjerdinga foram implantadas em uma nuvem de borda local, na fazenda de peixes. Após o processamento de análise na nuvem de borda, os resultados estão disponíveis localmente na fazenda de peixes para que a ação imediata possa ser tomada com latência mínima. Além disso, apenas os resultados de análise são transmitidos para uma infraestrutura de nuvem baseada no processador Intel® central para processamento em uma ferramenta de inteligência de negócios, reduzindo os requisitos de largura de banda do backbone.

Com a solução de análise de vídeo, os criadores de peixes de Gjerdinga podem ter uma visão mais clara do processo de alimentação, comportamento de peixes e o status ambiental das gaiolas.

Tecnologias capacitadoras

As tecnologias utilizadas na solução para a fazenda de Gjerdinga incluem o seguinte.

Serviços de rede 5G

A Telenor construiu um serviço de acesso sem fio fixo (FWA) 5G usando um tipo de fatia de rede 5G de banda larga móvel aprimorada (eMBB). Duas estações base 5G foram implantadas para fornecer cobertura e capacidade para a fazenda de peixes, uma usando um canal de 80 MHz na banda C (3,6 GHz) e a outra usando um canal de 800 MHz na banda mmWave (26 GHz). O núcleo móvel foi inicialmente baseado em não autônomo (NSA), que sobrepõe a tecnologia 5G na rede 4G existente para oferecer um serviço de eMBB de alta largura de banda. A banda de âncora para esta rede foi um canal de 10 MHz na banda de 2,1 GHz. O software de núcleo móvel habilitado para NSA foi fornecido pela Ericsson em execução em uma plataforma de virtualização de funções de rede (NFV) fornecida pela Nokia. A infraestrutura Nokia NFV é baseada em servidores de borda aberta do AirFrame usando processadores escaláveis Intel® Xeon®. O sistema e serviço 5G fazem parte dos projetos 5G-VINNI e 5G-HEART.

Transferência de vídeo e análise de alta velocidade

O sistema foi projetado para fornecer as altas velocidades de uplink necessárias para transferir os fluxos de vídeo da fazenda de peixes para o servidor de borda com latência muito baixa. A conexão mmWave da Telenor forneceu um uplink de 1 Gbps, que é uma melhoria significativa em comparação com a 4G, que forneceu um uplink máximo de 20 Mbps. Alcançar as taxas de bits necessárias é essencial à medida que o número de câmeras conectadas cresce, aumentando a demanda de largura de banda.

Análise de vídeo da Bluegrove

A Bluegrove desenvolveu um sistema de monitoramento subaquático de peixes completo, com tecnologia de visão de luz e câmera juntamente com a tecnologia de sensores subaquáticos acústicos.

Para a fazenda de peixes de Gjerdinga, as câmeras submarinas da Bluegrove permitem a observação para melhorar as estratégias de alimentação, visualizar o comportamento anormal de peixes e detectar feridas ou mordidas ou outros problemas de saúde dos peixes. As câmeras também possuem um detector de fragmentos para identificar queda de fragmentos de ração. Isso otimiza o processo de alimentação, reduz os resíduos e reduz o impacto ambiental.

As câmeras filmam em resolução Full HD e fornecem fluxos de vídeo de alta qualidade adequados para aplicações de IA. As câmeras têm foco automático e equilíbrio de cor ajustado automaticamente e podem ser movidas tanto na vertical quanto na horizontalidade na gaiola usando o guincho e a interface gráfica do usuário. As câmeras são arredondadas para garantir que as redes não serão danificadas se entrarem em contato uma com a outra. As câmeras de ponta da Bluegrove também podem fornecer monitoramento de superfície para obsrvar peixes ou predadores indesejados.

As luzes submarinas fornecem luz LED regulável para evitar o estresse do peixe, enquanto permite capturar imagens de alta qualidade abaixo da superfície, mesmo à noite.

Figura 2. Câmera subaquática da Bluegrove.

As câmeras são conectadas fisicamente a um switch central e os dados podem ser transferidos para a borda ou diretamente para o núcleo. Para a fazenda de peixes de Gjerdinga, um servidor de borda foi configurado para processar a enorme largura de banda da rede de câmeras, que inclui oito instalações de gaiola, cada um deles enviando dados a uma taxa de até 200 Mbps; foi decidido que os dados seriam processados em servidores de borda. Ao transferir dados para a borda, isso reduz o tempo e a latência do transporte, permitindo a análise localmente.

Os sensores da Bluegrove também medem oxigênio, salinidade e temperatura do mar. Com a tecnologia exclusiva de câmeras e sensores da Bluegrove, a fazenda de peixes recebe imagens de vigilância de alta qualidade em sua sala de controle para fornecer uma visão cristalina do que está acontecendo nas gaiolas e na superfície.

A plataforma de análise da Bluegrove coleta, processa e analisa dados de instalações de aquicultura e utiliza uma ampla gama de ferramentas e métodos analíticos, incluindo estatísticas, inteligência artificial e aprendizado de máquina para melhorar ainda mais os algoritmos e percepções. A plataforma também hospeda uma variedade de interfaces de usuário e recursos de relatórios para os usuários finais.

A Bluegrove usa o Intel® Distribution do kit de ferramentas OpenVINO™ para habilitar a análise de vídeo. O kit de ferramentas OpenVINO é baseado em redes neurais convolucionais (CNN). O kit de ferramentas estende cargas de trabalho em hardware de arquitetura Intel (incluindo aceleradores) e otimiza o desempenho de inferência.

Figura 3. Solução de site de borda Telenor 5G-VINNI.

Infraestrutura de nuvem de borda Nokia

A infraestrutura de nuvem de borda foi fornecida pela Nokia, cuja solução de nuvem de borda suporta o modelo de referência ETSI (ver Figura 3).

O site de borda da fazenda de peixes utiliza o Nokia AirFrame de borda aberta OE 19 para computação e armazenamento, com rede fornecida pelo AirFrame Z9100 (ver Figura 4) com portas 32 x 100 Gb. A infraestrutura de nuvem da Nokia oferece a camada de virtualização.

O servidor de borda aberta AirFrame da Nokia extremamente eficiente e compacto é projetado e otimizado para suportar totalmente as implantações de borda e nuvem de borda extrema. O gabinete do servidor de borda aberta do AirFrame tem a altura de apenas 3U, permitindo sua instalação em locais de base internos ou externos. O sistema possui nós de servidor de soquete único em fatores de forma com altura de 1U e 2U, suportando a família de processadores escaláveis Intel Xeon da 2ª Geração. Uma pequena unidade de processamento de gráficos (GPU) se encaixa no suporte do servidor 1U para ajudar na análise de vídeo. Um gabinete de borda aberta suporta cinco servidores, cada um com um processador escalável Intel Xeon de 24 núcleos.

Figura 4. O servidor de borda e o sistema de rede da Nokia.

O switch fixo AirFrame Z9100 é usado para rede e virtualização, com a infraestrutura de nuvem Nokia oferecendo as aplicações em tempo real e solução de nuvem NFV. A infraestrutura de nuvem Nokia é baseada na OpenStack Rocky e aproveita as bibliotecas de software do Data Plane Development Kit (DPDK) de código aberto para o processamento de pacotes de alto desempenho. Este software de infraestrutura é verificado por OPNFV como uma solução de nível de telecomunicações que atende aos requisitos de alta largura de banda e baixa latência das aplicações de data center de borda.

A Nokia também suporta a automação da integração de aplicações na nuvem de borda e o provisionamento de serviços CPE 5G com seu orquestrador de serviços Nokia FlowOne baseado no escritório central, o orquestrador de serviço Nokia CBND NFV e o gerente genérico VNF da Nokia CBAM.

Um usuário ou um sistema BSS pode iniciar a implantação do serviço por meio do orquestrador de serviços, o que acionará a implantação do serviço de rede no orquestrador NFV (NFVO) usando a API SOL005 exposta. O orquestrador criará as redes de provedores no switch físico e também no OpenStack Neutron para que as máquinas virtuais possam acessar redes externas por meio do switch AirFrame Z9100 da Nokia.

A fazenda de peixes de Gjerdinga usa cinco servidores da Nokia com processadores Intel Xeon Gold da 2ª Geração. Este processador inovador oferece melhorias significativas na agilidade e escalabilidade e define um novo nível de convergência e recursos de plataforma em computação, armazenamento, memória, rede e segurança.2

Figura 5. Orquestração de serviços para nuvem de borda e provisionamento de CPE 5G.

Conclusão

Ao implementar o sistema de análise de peixes de vídeo da Bluegrove, com conectividade 5G e computação de borda fornecida pela Telenor, Nokia e Intel, a fazenda de peixes da Sinkaberg Hansen na ilha Gjerdinga pode utilizar fluxos de vídeo de alta qualidade de cada fazenda de peixes para fornecer aos criadores de peixes o vídeo e a análise necessários para entender melhor o que está acontecendo com os peixes que estão criando. Especificamente, o vídeo de alta qualidade permite um melhor gerenciamento de processos de alimentação que reduz significativamente o desperdício de ração. Isso reduz a poluição e melhora a sustentabilidade. A economia de custos potencial para um criador de peixes como a Sinkaberg Hansen pode ser de até 50 milhões de NOK por ano.3

A aplicação é habilitada por uma tecnologia 5G e de rede de borda emergentes. O serviço 5G da Telenor forneceu a largura de banda necessária para transferências de dados em tempo real das gaiolas de peixes para o servidor de borda, onde a computação de borda e a tecnologia de rede da Nokia processaram os dados que fornecem análises sem tempo de atraso. A tecnologia de processadores de arquitetura Intel desempenha um papel fundamental no fornecimento da densidade de computação necessária para habilitar a computação de borda. Este estudo de caso de fazenda de peixes da Sinkaberg Hansen na ilha Gjerdinga é apenas um exemplo de como as inovações de borda estão permitindo casos de uso verticais 5G interessantes e novas oportunidades de negócios.

Servidores de borda com processadores escaláveis Intel® Xeon®

Os servidores de rede de borda para o projeto de fazenda de salmão da Sinkaberg Hansen são baseados em processadores escaláveis Intel Xeon da 2ª Geração. Os processadores escaláveis Intel Xeon são a base para plataformas de borda poderosas que oferecem agilidade e escalabilidade de computação. Inivadores por design, eles se beneficiam de décadas de inovação para os maiores requisitos de carga de trabalho sob demanda e fazem parte de um conjunto completo de tecnologias de rede da Intel.

Os processadores escaláveis Intel Xeon da 3ª Geração mais recentes aprimoram as soluções de servidores de borda com uma arquitetura equilibrada que suporta a inteligência artificial com aceleração integrada e recursos de segurança baseados em hardware. Essas CPUs também são projetadas para cargas de trabalho de rede modernas, visando baixa latência, alta taxa de transferência, desempenho determinístico e alto desempenho por watt.4 O servidor de borda aberta Nokia AirFrame OE 20 se beneficia desta tecnologia de processador.

Visão geral

  • A popularidade dos frutos do mar está crescendo.
  • A Aquicultura requer percepções de peixes em tempo real para minimizar o desperdício de ração e monitorar o comportamento dos peixes e as condições ambientais.
  • Uma fazenda de peixes de uma ilha remota na Noruega obtém o monitoramento de vídeo de aquicultura da Telenor, Bluegrove, Nokia e Intel.
  • A análise de vídeo de alta definição pode permitir economia de custos e maior rentabilidade em fazendas de peixes.
  • mmWave 5G necessário para requisitos de vídeo de largura de banda mais altas.

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