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Die Anwendung der künstlichen Intelligenz kann nur über die Unterstützung durch ein Netzwerk gelingen. Die große Bandbreite, die geringen Latenzzeiten und das starke Signal des 5G-Netzes können ohne Zweifel der künstlichen Intelligenz einen großen Auftrieb geben. Das 5G-Netz wird in Zukunft beim Wachstum des Internets der Dinge einen enormen Beitrag leisten. Bis zum Jahr 2025 werden weltweit voraussichtlich mehr als 75,44 Milliarden Geräte verbunden sein. Wir können erwarten, um nicht zu sagen erleben, dass das 5G-Netz Bereiche wie unser Leben in der Stadt, die Gesundheitsversorgung und die landwirtschaftlichen Entwicklungen usw. voranbringt, ja sogar mit der künstlichen Intelligenz kombiniert wird und selbstfahrenden Fahrzeugen und Drohnen einen großen Innovationsschub bringt. Der Autor versucht in einfacher Sprache das äußerst komplexe System des 5G-Netzes zu beschreiben. Die Lektüre dieses Textes wird Ihnen zu einem klaren Verständnis des 5G-Netzes verhelfen.

Was ist 5G?

Das Mobilfunknetz der fünften Generation. Es ist der neue weltweite Mobilfunkstandard. Es verwendet die neueste drahtlose Infrastruktur mit Spitzen-Download-Geschwindigkeiten, die bis zu 20-mal höher sind als bei 4G, und es verspricht, nahezu jede Latenz zu eliminieren. Die 5G-Technologie wird das Zeitalter des Internets der Dinge (IoT) unterstützen und bei geringen Kosten Milliarden von Maschinen, Geräten und Sensoren miteinander verbinden. 

5G besitzt drei große Netzeigenschaften: Verbessertes mobiles Breitband (hohe Bandbreite), Massive Machine Type Communications (große Datenrate) und äußerst zuverlässige Kommunikation bei niedriger Latenz (geringe Latenzzeit).

• Hohe Bandbreite: Die Spitzen-Download-Geschwindigkeit von 5G erreicht bis zu 20 Gbps, während 4G nur 1 Gbps erreicht. Es kann die gewerblichen Anforderungen der Benutzer an eine hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit erfüllen, wie sie im Sicherheits- und Überwachungssektor, bei der Überwachung im Umweltschutz und der Produktkontrolle und in weiteren Bereichen benötigt wird.
• Große Datenraten: Bei den drei großen Eigenschaften des 5G-Netzes sind für die Dienste des Internets der Dinge (IoT) die Anforderungen an die Reaktionsfähigkeit des Netzwerks in Echtzeit gering, aber hoch gegenüber den Anforderungen an die Endgerätedichte. Sie sind weit verbreitet in Bereichen wie öffentliche Versorgungsbetriebe, Industrie, Landwirtschaft, Transport und Energie.
• Geringe Latenzzeit: Bei 5G liegt die Latenz bei 0,5 Millisekunden zwischen der Basisstation und dem Endgerät. Dieser Punkt unterscheidet 5G von den drei anderen Netzgenerationen und ist sein Alleinstellungsmerkmal. Er kommt häufig bei Anwendungen in der Medizin und im Transport zu tragen, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern, wie etwa bei der Fernsteuerung von Instrumenten (Fernoperationen) und der Sicherheitsüberwachung.

Der Unterschied zwischen 5G und 4G

Der Aspekt der Bandbreite: Mit einer Spitzengeschwindigkeit von 1 Gbps kann das 4G-Netz mit seiner Bandbreite die allgemeinen Anforderungen der Menschen erfüllen, so zum Beispiel hohe Bildauflösung und Streamen. Die Übertragungsleistung von 4G ist weit schwächer als die von 5G. Dies erklärt, warum das 5G-Mobilnetz auch das Problem löst, dass mit dem 4G-Netz Spiele nicht konsistent in Echtzeit wiedergegeben werden können.

4G verwendet Funkwellen (Frequenz und Frequenzbänder: 1880-1900 MHz, 2320-2370 MHz, 2575-2635 MHz), während 5G Millimeterwellen verwendet (3300-3400 MHz/im Prinzip begrenzt auf Nutzung in Innenräumen), 3400-3600 MHz und 4800-5000 MHz). Die von 5G und 4G jeweils verwendeten Frequenzbänder sind vollkommen unterschiedlich. Das 4G-Netz nutzt eine Frequenz von 1,8-2,6 GHz, während das 5G-Netz eine noch höhere Frequenz verwenden kann, und der niedrigste Frequenzbereich zumindest oberhalb von 3 GHz liegt. Dies führt dazu, dass alle 5G-Geräte neu konstruiert werden müssen.

Der Zusammenhang zwischen 5G und künstlicher Intelligenz und ihre Interaktivität

Die Verbindung und Interaktion zwischen beiden spiegelt sich in den fünf Aspekten des Internets der Dinge, des Cloud-Computing, von Big Data und Edge Computing sowie Network Slicing wider.

• IoT: Beim Internet der Dinge wird ein Netz zum Informationsaustausch zwischen unterschiedlichen Geräten der Informationserfassung gebildet, wobei Sensoren die Informationen sammeln, das Internet der Dinge diese über ein dezidiertes Netzwerk überträgt, über eine IoT-Plattform mit Hilfe von künstlicher Intelligenz die Informationen verarbeitet und die Verbindungen und Sensoren verwaltet werden. Endgeräte stellen Informationen und Anwendungen dar.
• Could-Computing: Das Cloud-Computing bietet umfangreiche Funktionen zur Speicherung und Berechnung von Daten sowie zur Konvergenz und Freigabe von Daten für mehrere Parteien. Das Cloud-Computing stellt grundlegende Speicherkapazitäten und Rechenleistung für die IoT-Plattformen und für Big Data zur Verfügung und bietet auch starke Rechenleistungen für Algorithmen der künstlichen Intelligenz.
• Big Data: Durch Big Data können über spezielle Cloud-Dienste riesige Datenmengen verarbeitet und so Arbeitsabläufe optimiert werden. Die Bedeutung der Big-Data-Technologie liegt nicht in dem riesigen Datenvolumen, sondern in der speziellen Verarbeitung der relevanten Daten. Das größte Potenzial von 5G besteht in der Vernetzung aller Geräte. Während die Entwicklung der Ära der künstlichen Intelligenz durch Big Data ermöglicht wurde, kann man sagen, dass Daten das Herzstück der künstlichen Intelligenz bilden, und 5G bietet die Infrastruktur und die großen Datenmengen, die für den Erfolg der künstlichen Intelligenz notwendig sind.
• Edge Computing: Der Durchbruch von 5G ermöglicht eine Latenz von 0,5 Millisekunden zwischen der Basisstation und dem Endgerät. Die Grundlage dafür ist die geringe Latenz. Zum einen kann 5G in Verbindung mit Mobile Edge Computing die Datenübertragung wirksam reduzieren, indem nur die verarbeiteten Daten über das Netzwerk übertragen werden; dort wird die Verarbeitung abgeschlossen, wodurch für Anwendungen der künstlichen Intelligenz eine lokalisierte Analyse möglich wird, was den Benutzeranforderungen besser entspricht und die Zugriffslatenz verringert. Zum anderen können auf der Grundlage der Vorteile des 5G-Netzes in großem Umfang Daten an Endgeräten gesammelt werden, und die Daten können an dem Edge-Gateway des Endgeräts mithilfe von KI und Technologien der künstlichen Intelligenz verarbeitet und analysiert werden, sie können auf die entsprechende Datenplattform konvergieren, und nach Abschluss des Rechenprozesses kann ein schnelles Feedback gegeben werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Edge Computing sich vom Cloud-Speicher des Anwenders wegbewegen und die Rechenleistung auf die Gateways verlagern. Dabei arbeiten Edge Computing und Cloud-Computing zusammen. Der Speicher des Edge Computing verarbeitet Echtzeitdaten, und der Speicher des Cloud-Computing verarbeitet die gemeinsam genutzten massiven Datenmengen, so dass ein Abfall der Bandbreite und die Entstehung von großen Latenzen bei der Übermittlung der Daten zur Verarbeitung im Kernnetz vermieden werden kann.
• Network Slicing: Beim Network Slicing wird ein gemeinsam genutztes physikalisches Netzwerk in mehrere virtuelle End-to-End-Netzwerke aufgeteilt. Jedes Slice (Teilstück) kann über unabhängige Netzwerkressourcen verfügen, und die einzelnen Slices sind vollständig voneinander isoliert. Dabei beeinflusst ein auf einem Slice auftretender Fehler nicht die anderen Slices.In Kombination mit 5G-Anwendungsszenarien können Betreiber je nach Diensttyp unterschiedliche Slices definieren, um den unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Anwender hinsichtlich Latenz, Durchsatz und Kapazität gerecht zu werden. Die Technologie des Network Slicing von 5G beruht auf einer vollständig virtualisierten Cloud-Architektur, und es ist nicht erforderlich, für jeden Dienst ein dediziertes Netzwerk aufzubauen. Damit hat diese Forschung zur Einsparung von erheblichen Kosten geführt.

Wie wird 5G die künstliche Intelligenz verändern?

Untenstehend wird anhand von Beispielen dargestellt, welche Veränderungen im Bereich der künstlichen Intelligenz auf Grundlage der drei Netzwerkeigenschaften von 5G erfolgen werden. Die hohe Geschwindigkeit bei der Datenübertragung durch 5G und die Datenverbindung mehrerer Geräte ermöglicht es KI-Modellen, kontinuierlich zu lernen und dynamische Muster aufrechtzuerhalten. Nachfolgend einige Beispiele:

Ein neues Unternehmen entwickelt eine intelligente Software für Sprachanrufe. Kunden, die Anrufe tätigen, können Aufzeichnungen des Gesprächs in Echtzeit auf ihrem Bildschirm anzeigen lassen. Künstliche Intelligenz führt dann eine Stimmenanalyse durch und gibt Antworten auf Kundenfragen. Derzeit sind viele der Funktionen nur für Desktop-Nutzer verfügbar, mit der Einführung von 5G kann das Unternehmen jedoch damit beginnen, all diese Funktionen auf mobile Geräte auszuweiten, sobald die Benutzer über eine 5G-Konnektivität verfügen.  Mit der Verwendung der 5G-Technologie verfügen mobile Endgeräte über alle Funktionen, die Computer haben, wenn sie mit einem Hochgeschwindigkeitsnetz verbunden sind.

Das smarte 5G-Zuhause Es können zuhause verschiedene KI-basierte Sprachterminals eingerichtet werden, so z. B. eingebettete intelligente Schalttafeln, intelligente sprachgesteuerte Thermometer, Luftfeuchtigkeitsmessgeräte, intelligente Lautsprecher, intelligente Wecker und Fernseher. Weitere Endgeräte werden über KI-Sprachsteuerungsfunktionen mit Fernsteuerung und Heimnetzfunktionen verfügen. Mit 5G ausgestattete Smart Homes werden sich durch eine vollständige Sprachabdeckung und eine koordinierte Sprachsteuerung für das ganze Haus an verschiedene Wohnszenarien anpassen, um der zukünftig ständig steigenden Nachfrage nach einem Smart Life gerecht zu werden.

Auswirkungen auf digitalisierte Städte

Der Beginn der 5G-Ära kann den gleichzeitigen Zugriff von unzähligen smarten Vorrichtungen in smarten Städten sowie die virtuelle und reale Kommunikation zwischen diesen ermöglichen, es wird eine Reaktion innerhalb von Millisekunden realisiert und so die Verbreitung von KI-Anwendungen mit mehreren Szenarien gefördert.

(Quelle: National Instruments)

Beispiele für Anwendungsszenarien smarter Städte:

• Intelligente Nutzwassernutzung: Filteraustauschsensoren teilen über 5G dem Hersteller in Echtzeit mit, welche Filter im Haushalt unwirksam geworden sind oder welche Wasserleitungen undicht sind.
• Smarte Sicherheitsinfrastruktur: Dies unterstützt die Polizei bei der Überwachung der Sicherheit in einer Stadt. Mit hochauflösenden Kameras wird ein Verdächtiger erfasst. Die Kamera übermittelt dann die Informationen an das smarte Rechenzentrum der Stadt, und dieses kann eine sich in der Nähe befindende Drohne beauftragen, die Verfolgung des Verdächtigen zu übernehmen. Allerdings besteht bei der Einrichtung und Anwendung von 5G in der Stadt die Schwierigkeit, dass neben der notwendigen Verbesserung der Infrastruktur für das 5G-Netz auch ein Zugriff auf Regierungsdaten und die Verwendung von solchen Daten notwendig sind, um eine smarte Stadt realisieren zu können.
• Echtzeitreaktionen selbstfahrender Fahrzeuge: Über das 5G-Netz werden die vom selbstfahrenden Fahrzeug gesammelten Daten zu Standort, Umgebung, Betriebszustand und andere Daten des Fahrzeugs an die Edge-Computing- und Cloud-Computing-Plattformen zurückgesandt und dann im nächsten Schritt über das 5G-V2X-Kommunikationssystem und die ferngesteuerte Kontrollplattform der Positionsabgleich des Fahrzeugs, die genaue Halteposition, das Umfahren von Hindernissen und andere Funktionen ausgeführt.

Die Bedeutung und die Rolle von 5G V2X:

„Es geht darum, Autos mit einem Netzwerk zu verbinden oder Autos zu einem Netzwerk zu verbinden, einschließlich der Verbindung von Auto-zu-Auto (V2V), Auto-zu-Infrastruktur (V2I), Auto-zu-Netzwerk (V2N) und Auto-zu-Fußgänger (V2P)."

Im 4G-Zeitalter konnten die Fahrzeuge nicht miteinander kommunizieren, und damit konnte autonomes Fahren nicht für alle Szenarien verwirklicht werden. Beispielsweise kann ein Tesla-Auto mit dem aktuellen Autopilotsystem, welches auf verschiedenen Informationen von Sensoren, Radargeräten und Kameras basiert, über mit der KI-Technologie getroffene Entscheidungen bis zu einem gewissen Grad autonom fahren. Es bestehen aber auch weiterhin große Einschränkungen. Beispielsweise kann das KI-Modell nachts, bei Regen, Schnee, Nebel und anderen schwierigen Wetterbedingungen an Kreuzungen, in Kurven und in anderen Situationen keine absolut korrekte Einschätzung abgeben, so dass die Kamera den Straßenzustand nicht genau überwachen kann, was zu tödlichen Unfällen führen kann.

Die V2X-Technologie (Vehicle-to-everything) kann als "Sensor" angesehen werden, der mit den einzelnen Fahrzeugen interagiert und aufgrund der Meldungen der Fahrzeuge in der Nähe, der erfassten Informationen über Straßen und der Infrastruktur der Umgebung mehr Informationen erfasst, als ein einzelnes Fahrzeug erhalten könnte, wodurch die Wahrnehmung der Umgebung erheblich verbessert wird. Das 5G-Netz hat die Besonderheit großer Bandbreite bei sehr geringer Latenz. Es können noch mehr und noch akkuratere Umgebungsdaten in Echtzeit gesammelt und übertragen werden. Beispielweise können Informationen über grüne und rote Ampeln am Straßenrand, Informationen über Fußgänger und Informationen über andere Fahrzeuge in der Umgebung in Echtzeit an das Fahrzeug übertragen werden und damit dem autonomen Fahren eine noch größere Unterstützung bieten.

Bei V2X muss nicht die endgültige Entscheidungsanweisung übertragen und ausgetauscht werden, sondern nur Informationen über andere Fahrzeuge in der Nähe und über die Umgebung. Die Entscheidungen des selbstfahrenden Fahrzeugs können durch cloudbasierte Rechenleistung und durch mit Algorithmen der künstlichen Intelligenz trainierte Modelle erzielt werden.

Zu beachten ist: Zu den Informationen, die durch V2X übertragen werden müssen, gehören: Sensorinformationen und Informationen über den Betriebszustand der Fahrzeuge in der Umgebung.

Telemedizin

Unter Nutzung der großen Bandbreite und der geringen Latenz von 5G wurde zudem in Kooperation zwischen Huawei, der Filiale Fujian von China Unicom und dem Krankenhaus 301 in Peking eine ferngesteuerte Operation durchgeführt (an einem Ferkel erfolgte eine Leberlobektomie), welche zu einem riesigen Erfolg wurde. Das Operationsobjekt befand sich in einer Entfernung von mehr als 50 km. Die Operation wurde von einem über das 5G-Netz gesteuerten Roboter ausgeführt, und es erfolgte eine nahezu perfekte Synchronisation aller Schritte. Die Latenz betrug nur etwa 0,1 Sekunde.

(Quelle: Autor)

Obige Abbildung stellt den unter Verwendung von 5G erfolgten Prozess der ferngesteuerten Operation dar. Während der Operation durch den Arzt müssen die Daten analysiert und ein Analyseergebnis mit Prognose ausgegeben werden. In den Cloud-Ressourcen wird eine große Menge von Daten gespeichert und dem Arzt zur Verfügung gestellt, und auch die neuen Informationen der Operation können in die Cloud-Ressourcen übertragen werden. Basierend auf dem Kernnetz des 5G-Netzes und in Kombination mit der Network-Slicing-Technologie werden sie dann zur Analyse über das Netzwerk an die Edge-Gateways übertragen (nach der Analyse und der Ausarbeitung einer Prognose durch das Rechenzentrum des Edge Computings, welches hierfür künstliche Intelligenz und Technologie des maschinellen Lernens verwendet, wird das Ergebnis zurück an den Arzt geschickt).

Anwendungen in der smarten Landwirtschaft

Die Anwendung von 5G in der Landwirtschaft besteht laienhaft ausgedrückt darin, dass 5G dem landwirtschaftlichen Bereich große Datenmengen bereitstellt, vorhandene landwirtschaftliche Szenarien integriert, mithilfe künstlicher Intelligenz Analysen und Prognosen durchführt und die landwirtschaftlichen Produktionsbereiche über eine Computerplattform überwacht.

Auf Grundlage der hohen Geschwindigkeit und der geringen Latenz von 5G kann der landwirtschaftliche Erzeuger ein umfassendes Überwachungs- und Kontrollsystem aufbauen. Durch die Verbindung von IoT-Geräten (Internet der Dinge) und gesammelten Echtzeitdaten können entsprechende Entscheidungen schnell anhand von Modellen der künstlichen Intelligenz getroffen werden, und schließlich wird ein präzises, wissenschaftliches und effizientes Management für ein gesundes Pflanzenwachstum erreicht werden. Beispielsweise können Geräte verwendet werden, um Daten über Atmosphäre, Boden, Pflanzen, Schädlinge und Krankheiten und andere Daten zu sammeln, um die landwirtschaftliche Produktion jederzeit und von überall zu steuern. Die smarte Landwirtschaft muss sich auf die Technologie des Internets der Dinge stützen, damit alle landwirtschaftlichen Produktionsanlagen miteinander verbunden werden können.

Zusammenfassung

In diesem Artikel wurden die Bedeutung von 5G und seine Vorzüge im Vergleich zu 4G, die Interaktion von 5G und KI und mögliche Veränderungen für die künstliche Intelligenz durch 5G anschaulich vorgestellt. Zum Schluss wurden fünf konkrete Beispiele für Anwendungsbereiche (Verbesserung des Verständnisses von Sprache und Sprachkontexten der künstlichen Intelligenz, Auswirkungen auf digitalisierte Städte, Echtzeitreaktionen selbstfahrender Fahrzeuge, Entwicklung ferngesteuerter Therapien, Anwendungen in der smarten Landwirtschaft) von 5G aufgezeigt. Dem Leser wurde ein tieferes Verständnis für die weitreichenden Auswirkungen vermittelt, die 5G auf unser aller Leben hat und haben wird.

Der Beginn der 5G-Ära bedeutet, dass die Kommunikationstechnologie in ein neues Zeitalter eingetreten ist. Das 5G-Netz macht nicht nur das Surfen im Internet mit Mobiltelefonen aus, sondern es können auch Endgeräte miteinander kommunizieren. Die Menschheit sollte bereit sein, die nächste technologische Revolution zu begrüßen. Derzeit gibt es bei 5G auch noch einige Verbesserungsmöglichkeiten, wie etwa instabile Signale und die Anfälligkeit für Wettereinflüsse. Nichtsdestotrotz steht die große Verbreitung von 5G vor der Tür, und sein Entwicklungspotenzial zieht allgemeine Aufmerksamkeit auf sich.

Jede Erfindung, die dem Leben der Menschen mehr Komfort bringt, hat langfristige Entwicklungsvorteile, und die 5G-Kommunikationstechnologie ist da keine Ausnahme. Mithilfe von 5G hat die künstliche Intelligenz neuen Auftrieb erhalten, und 5G stößt im großen Ausmaß die Weiterentwicklung der Welt an. Es hat große Bedeutung beim Eintritt in ein Zeitalter mit einem sicheren Hochleistungsnetz. Immer mehr Länder erachten diese Technologie für wichtig und bemühen sich kontinuierlich, für die ganze Welt das Ziel eines Internets aller Dinge zu erreichen.