Webbläsaren som du använder stöds inte av denna webbplats. Alla versioner av Internet Explorer stöds inte längre, av oss eller Microsoft (läs mer här: * https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/windows/end-of-ie-support).

Var god och använd en modern webbläsare för att ta del av denna webbplats, som t.ex. nyaste versioner av Edge, Chrome, Firefox eller Safari osv.

Snabb och säker datakraft – när det behövs

Sjukhuspersonal som opererar. Foto: Shutterstock.
Foto: Shutterstock

Roboten på sjukhuset någonstans i Sverige är uppkopplad och redo att operera. Kirurgen, som befinner sig i ett annat land, styr den avancerade operationen. Detta är framtiden: trådlös kirurgi via internet. Men kommer vi kunna lita på att denna trådlösa uppkoppling via ”molnet” är tillräckligt snabb och säker?

Det ska gå med hjälp av den snabbare 5G-tekniken och genom att föra det så kallade molnet närmare användaren, menar William Tärneberg och hans kollegor vid Lunds universitet.

 – Molnet, som vi kopplar upp oss mot, består idag av stora datacentra i bland annat Frankfurt, Dublin och London, berättar William Tärneberg, doktorand i Bredbandskommunikation, och fortsätter:

– Eftersom det är ganska långt dit från Sverige sker det en fördröjning av datakommunikationen på 15-20 millisekunder. Det kan låta lite, men om du ska köra ett reglerprogram – till exempel programmet som reglerar hur en kirurg-robot agerar – är fördröjningstiden något mycket kritiskt. Det får aldrig bli fel.

Lokala datacentra för molnet närmare

Nu funderar forskare på hur man ska kunna flytta molnet närmare användaren så att det går att få tillgång till det med mindre fördröjning. William Tärneberg och hans kollega Per Skarin, industridoktorand från Ericsson på reglerteknik, tänker sig ett system där man bygger upp flera lokala datacentra som kommunicerar med varandra i ett finmaskigt nät.

Datakraft ska vara tillgänglig för oss på samma sätt som vi får vatten när vi vrider på kranen.

Reglerprogrammen skulle kunna finnas på alla centra och på så sätt föra beräkningarna närmare användaren. Ett finmaskigt nät innebär också att beräkningarna kan finnas på den plats där de bäst uppfyller processens andra krav på exempelvis kostnad eller säkerhet, eller på närvaro av extra komponenter som kan ersätta sådana som fallerar.

– Då kan vi göra spännande saker som att köra reglerprocesser i molnen, säger William Tärneberg.

Beräkningsprogrammens delar flyttas runt

Men om reglerprogrammen behöver användas olika mycket på olika platser efterhand som exempelvis en förarlös bil förflyttar sig? I sådana bilar kräver var reglering – av bland annat fart och riktning – snabba beräkningar just där den befinner sig. Samtidigt ska programmen inte ta resurser när de inte används.

– Detta skulle kunna lösas genom att beräkningar flyttas dynamiskt mellan mindre datacentra som ligger nära användaren, säger William Tärneberg.

Tanken är att dela upp reglerprocessens beräkningsprogram i flera beståndsdelar vilka  automatiskt ska flytta runt mellan datacentralerna under den tid reglerprocessen används. Målet är att beräkningarna hela tiden görs där det fungerar bäst beroende på vad som i övrigt händer med internet.

Nu finns ett testsystem

Det finns mycket forskning om hur denna lösning ska kunna fungera optimalt men ingen har testat detta rent praktiskt. William Tärneberg och Per Skarin har nu byggt upp ett testsystem (se mer nedan) för att utforska vad som händer om man delar upp reglerprocessen och lägger ut bitarna i ett nätverk av datacentra.

– Vi har precis fått det uppbyggda testsystemet att fungera och vi har börjat testa var reglerprocessdelarna kan ligga för att fungera bäst. Ett problem är att när man flyttar beräkningsdelar mellan datacentra så tar det lite tid eftersom delen måste pausa sig när den ska flyttas. Hur ska man få dessa förflyttningar att fungera utan att någon kritisk del av processen avbryts? Hur lång tid får vart avbrott ta?

Det finns flera fördelar med att dela upp reglerprocesserna på detta vis förutom att beräkningar dynamiskt ska kunna följa användaren. Om en viss delprocess ligger ensam och samtidigt används gemensamt av många, kan den optimeras på ett sätt som inte går idag när hela reglerprocessen ligger som en egen ”svart låda” hos var användare.

Användandet av reglerprogrammen blir även mer flexibelt, om den mest kritiska processen kan ligga närmast användaren, medan en annan process som får ta längre tid, kan ligga längre bort.

5G-teknik minskar överbelastningen

Var kommer då 5G-tekniken in? För att trådlöst internet ska fungera snabbt och säkert räcker det inte med att föra molnet närmare och att delberäkningar fördelar sig dynamiskt.

Fördröjningar i överföringar beror även på att det trådlösa internet varierar i datakraft när det exempelvis blir överbelastat. I framtiden kommer allt fler saker med väldigt olika egenskaper och krav, som maskiner, fordon, gods mm, kopplas upp trådlöst och därmed ökar trycket på internet.

– Med framtidens ökning av sakernas internet (Internet of Things) belastas alltså nätet av allt fler prylar och processer som kräver regleringar och som är helt beroende av att det internet funkar utan fördröjningar, säger William Tärneberg.

Detta kommer lösas när Femte generationens mobiltelefoni 5G-basstationer ersätter de nuvarande 4G. Med 5G kan man väldigt snabbt komma åt många enheter samtidigt, och man får mycket kortare fördröjning och högre pålitlighet.

Kollegorna inom ELLIIT har tagit fram den första basstationen i världen för 5G tekniken massiv MIMO. Basstationen ingår nu som en del i det testsystem som William Tärneberg och Per Skarin byggt upp.

 – Datakraft ska vara tillgänglig för oss på samma sätt som vi får vatten när vi vrider på kranen eller el när vi sätter sladden i väggen. Och det blir den med 5G och när molnet kommer nära användaren, sammanfattar William Tärneberg.
 

Illustration över fyra datacentra
I testsystemet har forskarna sammankopplat fyra datacentra. Ett ligger intill balanssystemet Ball’n’beam. Detta datacenter pratar med noden vid 5G-basstationen LuMaMi och noden har i sin tur kontakt med ett datacenter ute i Lund och ett i Frankfurt.


Processen som ska regleras är ett balanssystem (Ball’n’beam) som finns uppbyggt vid institutionen för Reglerteknik på Lunds universitet. En boll ska balanseras på en motorstyrd bom så att bollen kan ligga kvar i ett visst läge. Det krävs små, små snabba rörelser för att hålla bollen kvar på rätt position. Var 50 millisekund måste bommen flytta sig för att balansera bollen annars blir felet för stort.

I testsystem som William Tärneberg och Per Skarins byggt upp använder de Ericssons molnplattform (Calvin), ett distribuerat ramverk som gör att man kan ha ett flertal små datorer (datacentra) som kan prata med varandra. I det programmet kan man bygga en reglermodell och koppla ihop en lång hierarki med beslut och beräkningar längs vägen av datacentra.

LuMaMi kallas den första basstationen i världen med 5G teknik som Fredrik Tufvesson, professor i Kommunikationsteknologi vid Lunds universitet, har tagit fram. 5G-basstationen bygger på tekniken Massiv MIMO (multiple input, multiple output). Massive MIMO innebär att varje basstation förses med hundratals antenner istället för som idag ett fåtal.

Med detta system kan många prata samtidigt och man kan ändå urskilja alla, eftersom 5G-basstationen har många fler antenner och alltså kan lyssna med fler ”öron”.

Vad är reglerprogram?

Reglerprogram är beräkningsprogram, matematiska modeller för hur man så snabbt som möjligt kan reglera en process. Regleringen kan göras på olika sätt, med olika mål: snabbast, energisnålast etc. Idag ligger programmen oftast i enskilda datorer som är kopplade till just den process de reglerar.

Ett exempel är Tetrapak som har stora maskiner där pappret matas igenom. Där behövs det reglerprocesser så att färgtrycken kan ske med precision, allt måste hamna precis rätt. Till detta har de idag små datorer invid maskinerna, i framtiden kan regleringen ske via molnet.