När allt fler AI-lösningar för virtuell och augmenterad verklighet ska kommunicera trådlöst via 5G och 6G så fylls de mobila näten snart till brädden. Räddningen kan bli ett helt nytt koncept för trafiken i trådlösa nät.
Projektanslag 2022
Turning the Air into an AI Computer
Huvudsökande:
Erik G Larsson, professor
Medsökande:
Linköpings universitet
Zheng Chen
KTH
Carlo Fischione
Mikael Johansson
Lärosäte:
Linköpings universitet
Beviljat anslag:
30 200 000 kronor under fem år
Fram till år 2030 beräknas datatrafiken i våra mobila nät mer än tredubblas. En stor del av ökningen kommer från framgångarna inom artificiell intelligens och maskininlärning. Särskilt trafikdrivande är olika AI-stödda lösningar för virtuell och augmenterad verklighet.
– Redan i dag är de mobila näten i princip fulla av traditionell trafik och det hanteras genom att operatörerna sätter upp fler basstationer, och det allt tätare. Men det är en lösning som också driver på driftkostnaden både vad gäller teknik och service, säger Erik G Larsson, professor vid Linköpings universitet.
En bättre lösning vore att förbättra användningen av det tillgängliga radiospektrumet. Men det kräver ett nytänkande kring själva designprincipen bakom trådlösa nätverk.
Starkt tvärvetenskapligt
Erik G Larsson leder ett forskningsprojekt finansierat av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse där fyra olika forskargrupper samarbetar kring ett omtag kring hur kommunikationen sker i trådlösa nät. Projektet är starkt tvärvetenskapligt och kombinerar områdena tillämpad matematik och optimering, trådlös kommunikation och maskininlärning.
– Vi har lyckats skapa ett mycket gediget konsortium i projektet med ett team där vi kompletterar varandra väldigt väl.
Tillsammans ska de hitta bättre sätt att hantera de växande datamängderna i mobilnäten. Erik G Larsson exemplifierar detta med sättet som vi i dag använder olika språkmodeller som stöd för att skriva text i mobilen. Här föreslår språkmodellen ett ord utifrån olika typer av statistiska modeller som tränas av alla mobilanvändare tillsammans. Varje gång vi väljer ett visst ord framför ett annat så skickas den informationen till molnet för att förbättra modellens prediktionsförmåga.
När det gäller text så handlar det dock inte om så stora mängder data, men när vi tar steget till virtuell och augmenterad verklighet så ökar datamängderna dramatiskt. Uppkopplade kameror används av allt från självkörande bilar till olika säkerhetslösningar och navigationssystem för att identifiera objekt och personer. Bilder och videoströmmar skickas till en molnlösning där olika former av artificiell intelligens används för att identifiera vad som finns i bilderna.
– Potentiellt kan det leda till att så stora mängder data skickas över de trådlösa näten att de överbelastas, säger Erik G Larsson.
Forskarnas mål är att i stället hitta sätt att enbart skicka den data som modellerna behöver för att bli bättre, inte själva bilderna eller videoströmmarna.
Förändrar själva kommunikationen
Förutom att se till att rätt sorts trafik färdas i näten ska forskarna även förändra sättet som de mobila enheterna kommunicerar. I dag sker mycket av mobiltrafiken genom att de olika enheterna helt enkelt får dela en viss tid eller ett visst utrymme i nätet mellan sig. Förenklat beskrivet kan tio mobiler dela upp en sekund mellan sig och då få varsin tiondel för sin kommunikation. Eller så delas själva radiospektrumet upp i tio delband eller skivor för varje enhets trafik.
– Nu tittar vi närmare på sätt som gör det möjligt för alla enheter att i stället kommunicera samtidigt.
Den fysikaliska princip som idén bygger på kallas superpositionsprincipen. Det är en grundläggande princip inom vågteori som säger att när två eller flera vågor möts kommer deras effekter att kombineras. Redan i dag används den i mobilnätet för att öka överföringskapaciteten, förbättra tillförlitligheten och minimera störningar. Här är tanken att använda den för att fånga in uppdateringarna kollektivt när de har adderats till varandra. Med andra ord är det själva summan av uppdateringarna som samlas in.
– Nu behöver vi förstå vad som verkligen är möjligt att uppnå, vilka är naturens fundamentala gränser. Och under vilka förutsättningar fungerar detta bättre än de traditionella metoderna, säger Erik G Larsson.
I projektet fokuserar forskarna på att utveckla nya metoder för distribuerad artificiell intelligens och maskininlärning, samt hitta sätt som metoderna kan fungera med de nya sätten att kommunicera, med särskilt fokus på 6G-nätet.
Säkerheten viktig
Ytterligare en aspekt som projektet måste hantera är frågor om integritet och säkerhet. Slutresultatet får inte riskera att leda till att privata data delas eller sprids vidare från respektive användare. Dessutom gäller det att undvika att nya kommunikationslösningar öppnar för att data kan manipuleras under vägen.
– Frågan är hur vi ska skapa algoritmer som delar precis lagom mycket information, tillräckligt för att träna modellerna men inte så mycket att det avslöjar något om användaren.
Om projektet blir lyckat så kan de nya metoderna komma att påverka utformningen av både nästa generations mobila nät, och andra former av trådlösa nät.
– Naturligtvis hoppas vi lyckas forskningsmässigt, men även att vi bidrar till en ökad kunskap genom de forskare och doktorander som engageras i projektet, säger Erik G Larsson.
Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Thor Balkhed
