5G and IoT communicationArtificial intelligencePhotonicsSmart Industries

15 min

Michael Peeters over netwerken

Een communicatienetwerk waarvan mens en natuur integraal deel uitmaken

De wereld is de voorbije 30 jaar in sneltreinvaart veranderd. Eind jaren ’80 was er bijvoorbeeld geen (of nauwelijks) sprake van mobiele telefoons, het internet en e-mail – terwijl we vandaag in een maatschappij leven die hyper-geconnecteerd is; een gevolg van de massale uitrol van (vaste en draadloze) telecomnetwerken de voorbije decennia. Opvallend is echter dat die (r)evolutie zich vooral tussen 1990 en 2005 heeft afgespeeld en dat de sector daarna geen echt grote disrupties meer heeft laten optekenen. Volgens Michael Peeters, directeur van het connectivity-programma bij imec, staan we – in aanloop naar 2035 – dan ook op de drempel van een nieuwe technologische omwenteling; een omwenteling die uiteindelijk zou kunnen resulteren in een communicatienetwerk waarvan mens én natuur integraal deel uitmaken.

Dankzij de vaste en mobiele telecomnetwerken die ons vandaag altijd en overal schijnen te omringen, kunnen we gebruik maken van een breed scala aan communicatietoepassingen. Zo voeren we videogesprekken met vrienden, collega’s of familieleden aan de andere kant van de wereld, en zijn we in staat om (semi-)autonome robots (van robotstofzuigers tot industriële exemplaren) vanop afstand aan te sturen. 

Maar hoe moeten die netwerken evolueren om de noden van 2035 aan te kunnen? We maken daarbij een onderscheid tussen netwerken voor (1) communicatie tussen/met mensen, (2) industriële toepassingen en (3) communicatienetwerken voor het ondersteunen van artificiële intelligentie. Daarna staan we kort stil bij de vraag hoe de netwerken na 2035 eruit zouden kunnen zien.

Een ‘menselijke bandbreedte’ van 100 Mbps

Voor vele mensen is breedbandconnectiviteit een vanzelfsprekendheid geworden – net zoals de aanwezigheid van elektriciteit of stromend water. Toch zullen mensen die regelmatig op reis gaan – of die gewoon vaak onderweg zijn – (h)erkennen dat het hebben van een stabiele breedbandverbinding helemaal niet zo vanzelfsprekend is.

De eerste verwachting voor 2035 is dan ook dat we er eindelijk in zullen slagen om een groot, stabiel netwerk voor intermenselijke communicatie en mens-computer interactie te bouwen; een netwerk dat niet langer in het teken staat van de gigabit-snelheden waarmee telecomoperatoren vandaag zo graag uitpakken, maar eentje dat is afgestemd op de zogenaamde ‘menselijke bandbreedte’. 

Immers, of het nu gaat om intermenselijke communicatie of mens-computer interactie, in essentie zijn al deze vormen van communicatie beperkt tot wat een mens zintuiglijk kan verwerken. Onderzoek heeft aangetoond dat die zintuiglijke bandbreedte ongeveer 100 megabit per seconde (Mbps) bedraagt. 

Met andere woorden: een netwerk dat kan voorzien in een continue, gegarandeerde bandbreedte van 100 Mbps voor elke gebruiker is eigenlijk meer dan voldoende om al onze zintuigen te verzadigen. En zo’n netwerk zou in 2035 een feit moeten zijn.   

Vraag is uiteraard of we in 2035 nog dezelfde fysiologische (zintuiglijke) restricties zullen kennen als vandaag. Misschien vinden we daar ook wel een weg rond? Denk maar aan de neuroprobes die gebruikt worden om neurologische ziektes in kaart te brengen. Misschien kunnen we die technologie in de toekomst aanwenden om een rechtstreeks in- en outputkanaal in onze hersenen te creëren, waarbij dan draadloze communicatie mogelijk wordt met de neuroprobes in ons hoofd?

Maar dan nog: het is niet omdat we een direct in- en outputkanaal in ons brein voorzien, en dus voor een stuk onze zintuigen omzeilen, dat onze hersenen ook meteen de absorbtiecapaciteit hebben om extra stimuli aan te kunnen. Zelfs in dit scenario lijkt de behoefte aan een intermenselijke bandbreedte van meer dan 100 Mbps dus niet meteen voor morgen (noch voor 2035). 

En voor degenen die weigerachtig staan tegenover implantaten zullen er ongetwijfeld slimme contactlenzen en augmented reality-brillen voorhanden zijn om ook hen dag in dag uit van extra input te voorzien. Die brillen zullen echter – paradoxaal genoeg – meer dan 100 Mbps nodig hebben. Waarom? Omdat onze zintuigen precies de juiste 100 Mbps te verwerken moeten krijgen... Net zoals men vaak zegt dat een foto gelijk is aan duizend woorden, is het vinden van duizend woorden die perfect een foto beschrijven veel moeilijker. Zo ook met onze zintuigen, en dus zullen de slimme brillen uit 2035 veel meer ‘woorden’ moeten doorsturen.

Maar naar welk scenario je voorkeur ook uitgaat, er zal sowieso geen ruimte meer zijn voor een verbinding die af en toe wegvalt – zoals dat vandaag nog te vaak het geval is. De verwachting is dan ook dat de telecomindustrie het volgende decennium vol zal moeten inzetten op het uitrollen van (small cells) netwerken die de belofte van een homogene – maar gegarandeerde – snelheid van 100 Mbps voor iedereen kunnen waarmaken. Een aanbod, met andere woorden, waarin de menselijke bandbreedte centraal staat, en niet het (piek)snelheidsopbod van vandaag. 

Een flexibel netwerk voor Industry 4.0-toepassingen

In industriële omgevingen zullen we worden geconfronteerd met de vereisten van ‘Industry 4.0’ – gekenmerkt door nieuwe manieren van produceren, nieuwe producten en nieuwe businessmodellen dankzij een doorgedreven digitalisering. 

Het Industry 4.0-concept staat of valt in de eerste plaats met de mate waarin flexibel – en op een duurzame manier – op nieuwe behoeften, vragen en trends kan worden ingespeeld. Een bekabelde omgeving die moeilijk herconfigureerbaar is, maakt daar hoegenaamd geen deel van uit. Maar tegelijk merken we dat draadloze technologieën, zoals wifi, in deze omgeving (met veel reflectie en storing) vaak niet betrouwbaar genoeg zijn.

Wat we in industriële settings nodig zullen hebben, is een stabiel en betrouwbaar netwerk dat een draadloze bandbreedte van pakweg 10 Mbps van en naar elke machine garandeert, samen met een beperkte signaalvertraging. 

Ook in industriële omgevingen moeten we dus evolueren in de richting van netwerken met een gegarandeerde, homogene dekking – in plaats van onstabiele netwerken die hoge snelheidspieken aankunnen; zeker als je bedenkt dat er in die omgeving ook arbeiders met augmented reality-brillen zullen rondlopen. Verwacht wordt dat technologie-opties zoals 5G, massive MIMO en distributed massive MIMO een belangrijke rol kunnen spelen om die toekomst mogelijk te maken.   

Artificiële intelligentie: focus op energie-efficiëntie

De algemene verwachting is dat artificiële intelligentie (AI) in 2035 ons leven een pak aangenamer zal maken en ons zal helpen om – dag in dag uit – betere beslissingen te nemen, in alle aspecten van ons leven. Maar hoe zorgen we ervoor dat die toekomstvisie ook echt realiteit wordt? 

Wellicht zit het geheim in het ‘distribueren’ van de intelligentie. Als we AI op een doeltreffende manier willen inzetten, is het geen optie om alle intelligentie in grote, centrale datacenters te stoppen; zeker niet als er in bepaalde scenario’s – zoals in het geval van zelfrijdende auto’s – in real time beslissingen moeten worden genomen, of snelle anticipatie (levens)noodzakelijk is. Anderzijds kan je de intelligentie ook niet kwijt in de toestellen (sensoren, enz.) zelf, omwille van hun beperkte batterij- en geheugencapaciteit. De intelligentie zal dus ergens in de zogenaamde ‘edge’ (of rand) van het netwerk terechtkomen. 

Maar zelfs als we er op die manier voor kunnen zorgen dat er geen overbodige datastromen doorheen heel het netwerk moeten reizen om tot intelligente beslissingen te komen (wat bijzonder veel bandbreedte en energie zou vragen), dan nog zullen we de energie-efficiëntie van onze netwerken met een factor 10 tot 100 moeten verbeteren om AI op een duurzame manier mogelijk te maken. 

Dat kunnen we doen door circuits en technologie beter te ontwerpen, maar ook door de ontwikkeling van betere (data)compressietechnologie. 

Een communicatienetwerk waarvan mens én natuur integraal deel uitmaken 

Met andere woorden: wat de drie netwerken die we net beschreven in 2035 gemeenschappelijk zullen hebben, is dat ze niet langer afgemeten worden aan de hand van indicatoren zoals maximale capaciteit en pieksnelheid. Wel van belang: betrouwbaarheid, energie-efficiëntie en gegarandeerde bandbreedte. 

De enige uitzondering (maar dat is waarschijnlijk pas voor na 2035) zullen de netwerken zijn die écht immersieve toepassingen moeten ondersteunen – zoals holografische displays en virtual reality-applicaties. Zij zullen behoefte hebben aan een netwerk dat bestaat uit erg kleine cellen die op een extreem energie-efficiënte manier tientallen gigabits per seconde (Gbps) kunnen leveren in een straal van een paar meter. ATTO-technologie is daarvan een voorbeeld. 

image

Imec-onderzoekers aan de UGent ontwikkelen ATTO-technologie waarmee mobiele verbindingen mogelijk worden van 100 Gbps, en een signaalvertraging van minder dan 10 microseconden – op korte afstand.

Nu we een idee hebben van de vereisten waaraan toekomstige communicatienetwerken moeten voldoen, loont het misschien ook wel even de moeite om te bekijken hoe we zo’n wereld op termijn vorm gaan geven. Als we echt vooruitdenken (zelfs een eind voorbij 2035), hoe zullen we al die draadloze cellen dan aansturen? Vandaag hebben we daar in een aantal regio’s glasvezelnetwerken voor, maar hoe krijgen we (wereldwijd) die glasvezels geïnstalleerd – dus ook op plaatsen waar het te duur en te moeilijk is om kabels te trekken? 

Misschien kan de natuur ons daarbij wel helpen? Misschien kunnen we – door middel van genetische manipulatie bijvoorbeeld – hybride planten en struiken ontwikkelen die in een eerste stap als geïntegreerde antennes dienstdoen? Zo vermijd je alvast dat je overal antennes moet plaatsen. 

En op termijn kunnen boomwortels misschien zelfs geïntegreerde glasvezels bevatten die organisch hun weg zoeken doorheen de bodem? 

Ook aan die zaken moeten we als maatschappij durven denken, vooral omdat telecomnetwerken nog aan belang gaan toenemen. En eigenlijk is dat idee helemaal geen science fiction meer: een tiental jaar geleden werd door onderzoekers van Bell Laboratories/Lucent Technologies al eens een poging ondernomen om koraal te ontwikkelen dat zich ontpopte tot een glasvezel om data door te sturen. De verdere ontwikkeling ervan bleek toen industrieel niet realiseerbaar – maar het idee op zich is en blijft interessant.  

image

Een tiental jaar geleden werd door onderzoekers van Bell Laboratories/Lucent Technologies al eens een poging ondernomen om koraal te ontwikkelen dat zich ontpopte tot een glasvezel om data door te sturen.(Copyright: J. Aizenberg / Lucent Technologies)

Kanttekening: goede connectiviteit in ruil voor informatie over onszelf?

Betrouwbare connectiviteit is geweldig mooi, maar het is altijd mogelijk dat er een polarisatie ontstaat tussen degenen die er toegang toe hebben en degenen die in de kou blijven staan. Met andere woorden: het is best mogelijk dat er in 2035 delen van de wereld gaan zijn waar er een erg goede (maar prijzige?) connectiviteit is, en delen waar er helemaal geen connectiviteit is – of plaatsen waar mensen zich die goede connectiviteit niet kunnen veroorloven. In de toekomst lijkt het dan ook niet onmogelijk dat leveranciers van goederen en diensten die connectiviteit gaan aanbieden in ruil voor informatie over jezelf. 

Het gevaar? Draadloze brein-interfaces of slimme contactlenzen die gesponsord worden in ruil voor connectiviteit, waardoor die bedrijven alles zien wat jij ziet en alles voelen wat jij voelt (en daarop kunnen inspelen). Het zou waarschijnlijk ook betekenen dat er een bevolkingsklasse ontstaat die quasi gestuurd wordt door de commerciële belangen van hun sponsors – terwijl de rijkere klasse (die wel voor neutrale connectiviteit kan betalen) haar onafhankelijk denken behoudt… Een somber beeld? Misschien wel – maar anderzijds kunnen we ons dan weer de vraag stellen hoever we daar vandaag al vanaf staan; en bovendien nodigt dit mogelijke toekomstscenario ons opnieuw uit om na te denken over de maatschappelijke impact van technologie… 

 

Hoe werkt imec aan deze toekomst?

Imec-onderzoekers leveren al jaren een belangrijke bijdrage aan de ontwikkeling van technologieën die de basis leggen voor de vaste en mobiele telecomnetwerken van de toekomst. 

In het draadloze domein werken we onder meer aan wifi, LTE, 5G en IoT-communicatieoplossingen. We focussen daarbij in de eerste plaats op de ontwikkeling van compacte, high-throughput en energiezuinige netwerkcomponenten. Maar we hebben eveneens heel wat expertise opgebouwd in onderwerpen zoals draadloze netwerkplanning, netwerkmodellering, MIMO, tracking/lokalisatie, wireless body area networks en de blootstelling aan elektromagnetische straling. Andere belangrijke onderzoekstrajecten in dit domein zijn: de ontwikkeling van intelligente oplossingen om draadloze netwerken te optimaliseren, onderzoek naar flexibele software- en hardware-architecturen en de (her)configuratie en (her)programmatie van draadloze apparaten.

Op het terrein van de vaste netwerken bestuderen onze onderzoekers onder meer hoe de sterke groei in data(gebruik) de limieten van de huidige internetinfrastructuur blootlegt. Onderzoek naar nieuwe paradigma's – zoals silicon photonics, netwerkvirtualisatie en SDN’s – is volgens onze onderzoekers cruciaal om die limieten te verleggen.

 

Meer weten?

  • In dit artikel lees je meer over het onderzoek van imec en twee imec-onderzoeksgroepen aan de UGent naar een nieuwe generatie 400Gb/s optische links voor datacentra.
  • Volgens professor Piet Demeester (verantwoordelijke van IDLab, een imec-onderzoeksgroep aan de UGent) is toekomstige netwerktechnologie in de eerste plaats optisch.
  • Onderzoekers van imec - UGent hebben een nieuwe manier ontwikkeld voor het plannen van indoorwifinetwerken; een manier die zorgt voor een optimale dekking en bovendien tien keer sneller is dan het huidige locatieonderzoek. Meer in dit artikel.
  • In dit persbericht lees je meer over het imec.icon project ‘CONAMO’ – waarin een innovatieve hardware- en software-oplossing ontwikkeld werd die realtime opvolging van individuele prestaties van wielrenners mogelijk maakt.
  • Met het imec.icon project ‘MoniCow’ zetten we een belangrijke stap richting de efficiëntere monitoring van melkvee. Lees hier het persbericht.
  • Wetenschappers van IDLab, een onderzoeksgroep van imec binnen de UGent en UAntwerpen, werken aan een innovatief systeem voor draadloze netwerken, om ook in crisissituaties vlot te kunnen communiceren. Ze wonnen daarmee een prestigieuze Amerikaanse geldprijs.

Dit artikel is onderdeel van een speciale editie van imec magazine. Naar aanleiding van imecs 35-jarig bestaan vormen we ons een visie van hoe technologie onze maatschappij zal beïnvloeden in 2035.

Over Michael Peeters

Dr. Ir. Michael Peeters is program director connectivity + humanized technology bij imec. Als hoofd van de Nokia Incubator en het innovatieportfolio bij Nokia – en eerder als CTO voor de draadloze (wireless) divisie van Alcatel-Lucent – heeft Michael steeds de afweging moeten maken tussen de mogelijkheden van technologie en de economische realiteit. Voorafgaand aan zijn rol als CTO voor de wireless divisie was hij ook CTO voor de wireline divisie van Alcatel-Lucent. Michael is auteur van meer dan 100 peer-reviewed publicaties, verschillende whitepapers en patenten op het vlak van access-netwerken en fotonica. Michael behaalde een Ph.D. in Toegepaste Fysica en Fotonica aan de Vrije Universiteit Brussel, evenals een masterdiploma in elektrotechniek.
 

Deze website maakt gebruik van cookies met als enige doel het analyseren van surfgedrag, zonder enige commerciële insteek. Lees er hier meer over. Lees ook ons privacy statement. Sommige inhoud (video's, iframes, formulieren,...) op deze website zal pas zichtbaar zijn na het accepteren van de cookies.

Accepteer cookies