Sinkaberg Hansen nutzt 5G-Videoanalyse

Auf einen Blick:

  • Sinkaberg Hansen ist eines der größten inhabergeführten Unternehmen für Atlantischen Lachs an der Küste Mittelnorwegens.

  • Die Partner von Intel® Network Builders – Telenor und Nokia – haben zusammen mit Bluegrove die notwendige Konnektivität und Technik bereitgestellt, um eine Videoanalyselösung mit hoher Auflösung zu ermöglichen, mit der die Herausforderungen der modernen Fischzucht bewältigt werden können. Die NFV-Infrastruktur von Nokia basiert auf Servern mit skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren und Bluegrove verwendet die Intel® Distribution des OpenVINO™ Toolkit für die Videoanalyse.

BUILT IN - ARTICLE INTRO SECOND COMPONENT

Heutzutage decken mehr als 3 Milliarden Menschen einen großen Teil ihrer Ernährung mit Fisch ab und laut Angaben der Europäischen Kommission hat sich der weltweite Konsum von Meeresfrüchten in den letzten 50 Jahren mehr als verdoppelt.1 Obgleich die weltweite Nachfrage nach Fisch deutlich angestiegen ist, kann der Bedarf durch die Wildfischerei vor allem aufgrund der Überfischung einfach nicht gedeckt werden.

Die Aquakultur – die Zucht von Süß- und Salzwasserfischen und anderen Wasserlebewesen und -pflanzen – wird weltweit von einer Vielzahl unterschiedlicher Züchter betrieben, von Ein-Personen-Betrieben in Entwicklungsländern bis hin zu multinationalen Konzernen. Die Fischzucht bietet eine Lösung für die begrenzte Verfügbarkeit von Wildfisch und weltweit wird heute mehr Zuchtfisch als Zuchtrindfleisch produziert.

Die Aquakultur ist ein bedeutender Wirtschaftszweig in Norwegen, das aufgrund seiner klimatischen und natürlichen Bedingungen ein idealer Ort für die Fischzucht ist. Das Land ist der weltweit größte Produzent von Atlantischem Lachs. Es werden aber auch Regenbogenforellen, Muscheln, Atlantischer Heilbutt und andere Wassertiere gezüchtet.

In Norwegen kann ein Fischzuchtbetrieb mit 1 Million Lachsen problemlos von einigen wenigen Züchtern bewirtschaftet werden, die sich um die tägliche Fütterung und das allgemeine Wohlergehen der Lachse kümmern. In Norwegen verwenden die meisten Fischzüchter ein zentrales Fütterungssystem mit Rohren, um die Fische in ihren Käfigen mit Futter zu versorgen. Die Züchter überwachen den Fütterungsprozess mithilfe mehrerer, in der Nähe der Käfige angebrachter Kameras und beobachten so das Verhalten der Fische, um beurteilen zu können, wann sie mit der Fütterung beginnen, diese anpassen oder beenden sollten.

Bedauerlicherweise schränken unzureichende Beleuchtung, das Wasser und Kameras mit niedriger Auflösung die Sichtweite der Kameras ein – ein Problem, das sich durch den Mangel an Tageslicht in Norwegen während des Winters noch verschlechtert. Die Züchter können sich häufig nur schwer ein klares Bild davon machen, was während des Fütterungsprozesses geschieht.

Ein schlecht gesteuerter Fütterungsprozess kann zu Futterverlusten führen und der Meeresboden rund um den Fischzuchtbetrieb kann so durch große Mengen an verschüttetem Futter verunreinigt werden. Genauso könnten schlechte Sichtverhältnisse dazu führen, dass die Fische nicht ausreichend gefüttert werden und sie somit an Biomasse verlieren.

Die Fischzüchter könnten mit besseren Sichtverhältnissen das Verhalten der Fische optimal nachverfolgen und so den Appetit der Fische besser einschätzen und sie gezielter füttern. Das wiederum könnte zu einer Verringerung der Futterkosten, der Futterverluste und der Verschmutzung des Meeresbodens führen. Durch eine angemessene Fütterung können die Fische auch schneller wachsen, was bedeutet, dass sie weniger Zeit in den Käfigen verbringen und das Risiko von Krankheiten geringer ist.

Es steht viel auf dem Spiel: Ohne zuverlässige Technik, die eine bessere Überwachung der Fische und der Käfigumgebung ermöglicht, gehen jährlich Hunderte von Millionen Fischen in Norwegen verloren.
Die Fischzucht ist nur dann effizient, nachhaltig und rentabel, wenn die Züchter Einblicke in das Verhalten und die Gesundheit der Fische in Echtzeit und anhand historischer Daten sowie Daten über den Zustand der Umgebung der Lachse erhalten.

Im Falle eines Lachszuchtbetriebs von Sinkaberg Hansen auf der abgelegenen norwegischen Insel Gjerdinga gibt die Videoanalyse den Fischzüchtern den nötigen Einblick in den Fütterungsprozess, um die täglichen Abläufe besser zu steuern. Die Partner von Intel® Network Builders – Telenor und Nokia – haben zusammen mit Bluegrove die notwendige Konnektivität und Technik bereitgestellt, um eine Videoanalyselösung mit hoher Auflösung zu ermöglichen, mit der die Herausforderungen der modernen Fischzucht bewältigt werden können.

Projektübersicht

Die Architektur für die Analyselösung des Fischzuchtbetriebs von Sinkaberg Hansen auf Gjerdinga stammt aus dem von der Europäischen Union finanzierten Projekt 5G-HEART in Verbindung mit den 5G-VINNI-Projekten. Ziel von 5G-HEART ist die Förderung von Innovationen rund um die 5G-Technik, um so die Realisierung wichtiger Anwendungen in den Bereichen Gesundheitswesen, Transport und Aquakultur zu ermöglichen.

Ein ähnliches von der EU finanziertes Projekt ist 5G-VINNI, dessen Schwerpunkt stärker auf 5G-Anwendungen ausgerichtet ist und an dem Telenor und andere Kommunikationsdienstleister sowie Infrastrukturanbieter wie Nokia beteiligt sind. Der Zweck des Projekts besteht darin, die Leistung neuer 5G-Anwendungen zu validieren, indem fortschrittliche Industrie-Services, wie die von 5G-HEART, getestet werden.

Abbildung 1: End-to-End-Architektur.

Fischzuchtbetrieb von Sinkaberg Hansen auf Gjerdinga

In dem Fischzuchtbetrieb von Sinkaberg Hansen auf der Insel Gjerdinga wurde ein Videoüberwachungssystem von Bluegrove eingerichtet (siehe Abbildung 1), bei dem Netzwerke von Nokia und Server mit auf Intel® Architektur basierenden CPUs eingesetzt werden. Zur Übertragung der Videos an eine Analyseanwendung zur Analyse und Berichterstattung wurde ein 5G-Netzwerk von Telenor eingerichtet.

Die Kameras, die mehrere Videostreams mit hoher Auflösung übertragen, erforderten eine äußerst hohe Bandbreite für die 5G-Verbindung zwischen den Kameras und der Analyseanwendung. Das zu der Zeit vorhandene 4G-Netz der Fischzuchtanlage verfügte nicht über genügend Bandbreite, um Livestream-Videos von der Anlage an eine zentrale Stelle zu übertragen – eine Voraussetzung für den Betrieb und die Navigation von Unterwasserkameras in Echtzeit. Für andere Anwendungen im Bereich der Fischzucht können Glasfaser- und/oder drahtlose Punkt-zu-Punkt-Netzwerke für die Bereitstellung dieser Verbindung eingesetzt werden. Allerdings ist die Verwendung von Glasfaserkabeln problematisch, da sie bruchgefährdet sind und beschädigt werden können. Dies kann zu Ausfallzeiten des Kamerasystems führen, welches für viele tägliche Aktivitäten in der Zucht, insbesondere für die Fütterung, entscheidend ist.

Die 5G-Technik erfüllt die Bandbreitenanforderungen des Kameranetzwerks und bietet genügend Bandbreite, um auch lokale Netzwerke zu ersetzen.

Die Analyseanwendungen des Fischzuchtbetriebs von Sinkaberg Hansen auf der Insel Gjerdinga wurden in einer lokalen Edge-Cloud auf dem Gelände des Fischzuchtbetriebs bereitgestellt. Nach Abschluss des Analyseprozesses in der Edge-Cloud stehen die Ergebnisse lokal im Fischzuchtbetrieb zur Verfügung, sodass sofortige Maßnahmen mit minimaler Latenz eingeleitet werden können. Ferner werden nur die Analyseergebnisse an eine zentrale, auf Intel® Prozessoren basierende Cloud-Infrastruktur zur Verarbeitung in einem Business-Intelligence-Tool übertragen, wodurch die Anforderungen an die Backbone-Bandbreite reduziert werden.

Dank der Videoanalyselösung können die Fischzüchter auf Gjerdinga den Fütterungsprozess, das Verhalten der Fische und den Zustand der Umgebung in den Käfigen genauer überwachen.

Eingesetzte Technologien

Die im Rahmen der Lösung verwendeten Technologien für die Anlage auf Gjerdinga lauten wie folgt.

5G-Netzwerkdienste

Telenor hat einen 5G-FWA-Dienst (Fixed Wireless Access, FWA) entwickelt, der einen eMBB-5G-Netzwerk-Slicetyp (enhanced Mobile Broadband, eMBB) nutzt. Zwei 5G-Basisstationen wurden eingerichtet, um die Fischzuchtanlage ausreichend abzudecken und zu versorgen. Eine davon nutzt einen 80-MHz-Kanal im C-Band (3,6 GHz) und die andere einen 800-MHz-Kanal in der mmWave-Bandbreite (26 GHz). Der Mobile Core basierte ursprünglich auf Non-Standalone (NSA), das die 5G-Technik über das bestehende 4G-Netzwerk legt, um so einen eMBB-Dienst mit hoher Bandbreite anzubieten. Das Ankerband für dieses Netz bestand aus einem 10-MHz-Kanal im 2,1-GHz-Band. Die NSA-fähige Mobile Core Software wurde von Ericsson bereitgestellt und läuft auf einer Network Functions Virtualization (NFV)-Plattform von Nokia. Die NFV-Infrastruktur von Nokia basiert auf AirFrame-Open-Edge-Servern mit skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren. Das 5G-System und der 5G-Dienst sind Teil der Projekte 5G-VINNI und 5G-HEART.

Hochgeschwindigkeits-Videoübertragung und -Analyse

Das System wurde so konzipiert, dass es die hohen Uplink-Geschwindigkeiten liefert, die für die Übertragung der Videostreams der Fischzuchtanlage an die Edge-Server mit einer sehr geringen Latenz erforderlich sind. Die mmWave-Verbindung von Telenor lieferte einen Uplink von 1 Gbit/s, was im Vergleich zur 4G-Verbindung, die einen Uplink von maximal 20 Mbit/s lieferte, eine erhebliche Verbesserung darstellt. Das Erreichen der erforderlichen Bitraten ist von entscheidender Bedeutung, da die Anzahl der vernetzten Kameras ständig wächst und die Nachfrage nach Bandbreite somit steigt.

Videoanalyse von Bluegrove

Bluegrove hat ein Unterwassersystem für die Überwachung von Fischen entwickelt, das mit Licht- und Kamera-Vision-Technik sowie akustischer Unterwasser-Sensorik ausgestattet ist.

Im Falle der Fischzuchtanlage auf Gjerdinga ermöglichen die Unterwasserkameras von Bluegrove eine bessere Überwachung und tragen so zur Verbesserung der Fütterungsstrategien, zur Beobachtung abnormalen Fischverhaltens und zur Erkennung von Wunden, Bissen oder anderen gesundheitlichen Risiken der Fische bei. Die Kameras verfügen außerdem über einen Pellet-Detektor zur Erkennung herunterfallender Futterpellets. Dadurch wird der Fütterungsprozess optimiert, Abfall reduziert und die Umweltbelastung verringert.

Die Kameras filmen in voller HD-Auflösung und liefern hochwertige Videostreams, die sich für KI-Anwendungen eignen. Die Kameras verfügen über Autofokus und automatische Farbbalance und können mithilfe der Winde und der grafischen Benutzeroberfläche sowohl vertikal als auch horizontal im Käfig bewegt werden. Die Kameras haben eine runde Form, um sicherzustellen, dass die Netze nicht beschädigt werden, sollten die Kameras mit ihnen in Berührung kommen. Die Kameras von Bluegrove können zudem die Wasseroberfläche überwachen, um unerwünschte Fische oder Raubfische aufzuspüren.

Die Unterwasserbeleuchtung bietet dimmbares LED-Licht, um die Fische nicht zu belasten und sie ermöglicht es, auch nachts hochwertige Bilder unterhalb der Wasseroberfläche aufzunehmen.

Abbildung 2: Unterwasserkamera von Bluegrove.

Die Kameras sind physisch mit einem zentralen Switch verbunden und die Daten können entweder an den Netzwerkrand oder direkt an den Core übertragen werden. Im Fischzuchtbetrieb auf Gjerdinga wurde ein Edge-Server eingerichtet, um die enorme Bandbreite des Kameranetzwerks zu verarbeiten, das acht Käfiginstallationen umfasst, von denen jede Daten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 200 Mbit/s sendet; es wurde beschlossen, dass die Daten in Edge-Servern verarbeitet werden. Durch die Übertragung der Daten an den Netzwerkrand verkürzt sich die Übertragungszeit und die Latenz wird reduziert, was eine Analyse vor Ort ermöglicht.

Die Sensoren von Bluegrove messen außerdem Sauerstoff, Salzgehalt und Meerestemperatur. Dank der einzigartigen Kamera- und Sensortechnik von Bluegrove können im Kontrollraum der Fischzuchtanlage hochwertige Überwachungsbilder empfangen werden, die einen gestochen scharfen Blick auf das Geschehen in den Käfigen und an der Oberfläche ermöglichen.

Die Analyseplattform von Bluegrove erfasst, verarbeitet und analysiert Daten von Aquakulturanlagen und nutzt eine Vielzahl von Analyse-Tools und -verfahren, darunter Statistik, künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen, um die Algorithmen und Erkenntnisse zu optimieren. Die Plattform umfasst auch eine Reihe von Benutzerschnittstellen und Berichterstattungsfunktionen für die Endbenutzer.

Bluegrove verwendet die Intel® Distribution des OpenVINO™ Toolkit, um Videoanalyse zu ermöglichen. Das OpenVINO Toolkit basiert auf Convolutional Neural Networks (CNN). Das Toolkit dehnt Workloads auf die Hardware der Intel Architektur (einschließlich Beschleuniger) aus und optimiert die Inferenzleistung.

Abbildung 3: 5G-VINNI-Edge-Lösung von Telenor.

Edge-Cloud-Infrastruktur von Nokia

Die Edge-Cloud-Infrastruktur wurde von Nokia bereitgestellt, dessen Edge-Cloud-Lösung das ETSI-Referenzmodell unterstützt (siehe Abbildung 3).

Die Edge-Lösung der Fischzuchtanlage nutzt Nokia AirFrame Open Edge OE 19 für die Datenverarbeitung und -speicherung, wobei die Netzwerktechnik von AirFrame Z9100 (siehe Abbildung 4) mit 32 x 100-Gb-Ports bereitgestellt wird. Die Cloud-Infrastruktur von Nokia stellt die Virtualisierungsebene bereit.

Der äußerst effiziente und kompakte AirFrame Open Edge Server von Nokia ist konzipiert und optimiert worden, um Edge- und Far-Edge-Cloud-Bereitstellungen vollständig zu unterstützen. Das Gehäuse des AirFrame Open Edge Servers ist nur 3 HE hoch, sodass es sowohl in Innenräumen als auch in Außenbereichen von Basisstationen installiert werden kann. Das System bietet Serverknoten mit einem Sockel in den Formfaktoren 1HE und 2HE und unterstützt die skalierbare Intel Xeon Prozessorreihe der 2. Generation. Eine kleine GPU (Graphics Processing Unit) passt in den 1HE-Serverschlitten und hilft bei der Videoanalyse. Ein Open-Edge-Gehäuse unterstützt fünf Server mit jeweils einem skalierbaren Intel Xeon Prozessor mit 24 Kernen.

Abbildung 4: Der Edge-Server und das Netzwerksystem von Nokia.

Der AirFrame Z9100 Fixed Switch wird für die Netzwerktechnik und Virtualisierung eingesetzt, während die Cloud-Infrastruktur von Nokia die Echtzeitanwendungen und die NFV-Cloud-Lösung bereitstellt. Die Cloud-Infrastruktur von Nokia basiert auf OpenStack Rocky und nutzt die Open-Source-Softwarebibliotheken des DPDK (Data Plane Development Kit), um eine leistungsstarke Paketverarbeitung zu gewährleisten. Diese Infrastruktursoftware ist von OPNFV als Telco-Grade-Lösung verifiziert und erfüllt damit die Anforderungen von Edge-Rechenzentrums-Anwendungen mit hoher Bandbreite und geringer Latenz.

Nokia unterstützt zudem die Automatisierung der Einführung von Anwendungen in der Edge-Cloud und die Bereitstellung von 5G-CPE-Diensten mit dem zentralisierten Nokia FlowOne Service Orchestrator, dem Nokia CBND NFV Orchestrator und dem generischen Nokia CBAM VNF Manager.

Die Bereitstellung von Diensten kann von einem Benutzer oder einem BSS-System über den Service-Orchestrator eingeleitet werden, der wiederum die Bereitstellung von Netzwerk-Services im NFV-Orchestrator (NFVO) unter Verwendung der offengelegten SOL005 API auslöst. Der Orchestrator erstellt dann die Anbieternetzwerke im physischen Switch und auch in OpenStack Neutron, damit die virtuellen Maschinen über den AirFrame Z9100 Switch von Nokia auf externe Netzwerke zugreifen können.

In der Fischzuchtanlage auf Gjerdinga werden fünf mit Intel Xeon Gold Prozessoren der 2. Generation ausgestattete Nokia Server eingesetzt. Dieser innovative Prozessor bietet deutliche Verbesserungen in Bezug auf Flexibilität und Skalierbarkeit. Er definiert Plattformkonvergenz völlig neu und bietet modernste Funktionen in den Bereichen Datenverarbeitung, Speicher, Arbeitsspeicher, Netzwerk und Sicherheit.2

Abbildung 5: Service-Orchestrierung für Edge-Cloud und die Bereitstellung von 5G-CPE.

Fazit

Durch die Implementierung des Videoanalysesystems für Fischbestände von Bluegrove mit der 5G-Konnektivität und dem Edge-Computing von Telenor, Nokia und Intel kann die Fischzuchtanlage von Sinkaberg Hansen auf der Insel Gjerdinga hochwertige Videostreams aus jeder Fischzuchtanlage nutzen, um den Fischzüchtern die Video- und Analysedaten zur Verfügung zu stellen, die sie benötigen, um ein besseres Verständnis bezüglich der von ihnen gezüchteten Fische zu erhalten. Vor allem der hochwertige Videostream ermöglicht eine bessere Steuerung des Fütterungsprozesses, wodurch die Futterverluste erheblich reduziert werden. Dadurch wird die Umweltverschmutzung verringert und die Nachhaltigkeit verbessert. Die potenziellen Kosteneinsparungen für Fischzüchter wie Sinkaberg Hansen könnten sich auf bis zu 50 Millionen NOK pro Jahr belaufen.3.

Die Anwendung wird durch neue 5G- und Edge-Netzwerktechnik ermöglicht. Der 5G-Dienst von Telenor lieferte die erforderliche Bandbreite für die Echtzeit-Datenübertragung von den Fischkäfigen zum Edge-Server, in dem die Edge-Computing- und Netzwerktechnik von Nokia die Daten verarbeitete und so Analysen ohne Verzögerung ermöglichte. Die auf Intel Architektur basierende Prozessortechnik spielt bei der Bereitstellung der für das Edge-Computing erforderlichen Rechendichte eine entscheidende Rolle. Die Fallstudie der Fischzuchtanlage von Sinkaberg Hansen auf der Insel Gjerdinga stellt nur ein Beispiel dafür dar, wie Edge-Innovationen interessante vertikale 5G-Anwendungsfälle und neue Geschäftschancen ermöglichen.

Edge-Server mit skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren

Die Edge-Netzwerkserver für das Lachszuchtprojekt von Sinkaberg Hansen basieren auf skalierbaren Intel Xeon Prozessoren der 2. Generation. Die skalierbaren Intel Xeon Prozessoren bilden die Grundlage für leistungsstarke Edge-Plattformen, die eine hohe Flexibilität und Skalierbarkeit der Rechenleistung bieten. Dieser Prozessor ist eine wahre Revolution: Die Prozessoren profitieren von jahrzehntelanger Innovation, um die anspruchsvollsten Workload-Anforderungen zu erfüllen und sind Teil einer kompletten Reihe von Netzwerktechnik von Intel.

Die neuesten skalierbaren Intel Xeon Prozessoren der 3. Generation verbessern Edge-Serverlösungen mithilfe einer ausgewogenen Architektur, die künstliche Intelligenz durch integrierte Beschleunigung und hardwarebasierte Sicherheitsfunktionen unterstützt. Diese CPUs sind zudem für moderne Netzwerk-Workloads ausgelegt und zielen auf eine geringe Latenz, hohen Durchsatz, deterministische Leistung und eine hohe Leistung pro Watt ab.4 Der Nokia AirFrame Open Edge Server OE 20 profitiert von dieser Prozessortechnik.

Auf einen Blick

  • Meeresfrüchte werden immer beliebter.
  • Im Bereich der Aquakultur sind Erkenntnisse über die Fische in Echtzeit erforderlich, um den Futterverlust zu minimieren und das Verhalten der Fische sowie die Umweltbedingungen zu überwachen.
  • Eine Fischzuchtanlage auf einer abgelegenen Insel in Norwegen wird von Telenor, Bluegrove, Nokia und Intel mit einer Videoüberwachungslösung für seine Aquakultur ausgestattet.
  • Mithilfe hochauflösender Videoanalyse lässt sich die Rentabilität in Fischzuchtbetrieben steigern und es können Kosten eingespart werden.
  • mmWave 5G wird für höhere Bandbreitenanforderungen bei Videoübertragungen benötigt.

PDF herunterladen ›

Informationen über zugehörige Produkte und Lösungen