Sinkaberg Hansen utilise l'analytique vidéo 5G

En bref :

  • Sinkaberg Hansen est l'une des principales entreprises de saumon de l'Atlantique gérée par son propriétaire sur la côte du centre de la Norvège.

  • Les partenaires Intel® Network Builders Telenor et Nokia, ainsi que Bluegrove, ont fourni la connectivité et les technologies nécessaires à la mise en place d'une solution d'analytique vidéo haute résolution pour relever les défis de la pisciculture moderne. L'infrastructure NFV de Nokia est basée sur des serveurs utilisant des processeurs Intel® Xeon® Scalable, tandis que Bluegrove utilise la distribution Intel® du kit d'outils OpenVINO™ pour permettre l'analytique vidéo.

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Aujourd'hui, plus de 3 milliards de personnes comptent sur le poisson pour une grande partie de leur alimentation, et la Commission européenne indique que la consommation mondiale de produits de mer a plus que doublé au cours des 50 dernières années.1 Alors que la demande mondiale de poisson a connu une forte augmentation, la pêche sauvage ne peut tout simplement pas répondre à cette demande, en grande partie à cause de la surpêche.

L'aquaculture, c'est-à-dire l'élevage de poissons d'eau douce et d'eau salée et d'autres créatures et plantes aquatiques, est pratiquée dans le monde entier par une grande variété d'agriculteurs, qu'il s'agisse de fermes unipersonnelles dans les pays en développement ou de sociétés multinationales. L'élevage de poissons apporte une réponse à la disponibilité limitée de poissons sauvages, et le monde produit désormais plus de poissons d'élevage que de bœuf d'élevage.

L'aquaculture est une industrie importante en Norvège, où le climat et les conditions naturelles en font un lieu idéal pour la pisciculture. Le pays est le premier producteur mondial de saumon de l'Atlantique, mais il élève également des truites arc-en-ciel, des moules, du flétan de l'Atlantique et d'autres espèces aquatiques.

En Norvège, une ferme piscicole d'un million de saumons peut être gérée par quelques agriculteurs seulement, qui s'occupent de l'alimentation quotidienne et veillent au bien-être général des saumons. La plupart des pisciculteurs norvégiens utilisent un système d'alimentation central avec des tubes pour distribuer la nourriture aux poissons dans leurs cages. Les éleveurs surveillent le processus d'alimentation à l'aide de plusieurs caméras placées près des cages et observent le comportement des poissons pour déterminer quand commencer, ajuster ou arrêter l'alimentation.

Malheureusement, le manque de lumière, l'eau et les caméras à faible résolution rendent la visibilité des caméras médiocre, un problème aggravé par le manque de lumière du jour en Norvège en hiver. Les éleveurs ont souvent du mal à se faire une idée claire de ce qui se passe pendant le processus d'alimentation.

Un processus d'alimentation mal géré peut entraîner un gaspillage d'aliments, et des déversements importants de nourriture peuvent polluer les fonds marins autour de la pisciculture. D'autre part, une mauvaise visibilité peut entraîner une sous-alimentation des poissons et une réduction de leur biomasse.

Une meilleure visibilité des poissons permettrait aux pisciculteurs d'optimiser le suivi du comportement et d'estimer plus précisément l'appétit des poissons pour la nourriture, ce qui, à son tour, peut conduire à une réduction des coûts d'alimentation, des déchets alimentaires et de la pollution des fonds marins. Une alimentation appropriée permet également aux poissons de grandir plus rapidement, ce qui signifie moins de temps passé dans les cages et moins de risques de maladies.

L'enjeu est de taille : sans une technologie fiable permettant de mieux suivre les poissons et l'environnement des cages, des centaines de millions de poissons sont perdus en Norvège chaque année.
Pour que la pisciculture soit efficace, durable et rentable, les éleveurs ont besoin de données historiques en temps réel sur le comportement et la santé des poissons, ainsi que de données sur la santé de l'environnement du saumon.

Pour un élevage de saumon de Sinkaberg Hansen sur l'île norvégienne isolée de Gjerdinga, l'analytique vidéo permet d'obtenir la visibilité du processus d'alimentation dont les pisciculteurs ont besoin pour mieux gérer les opérations quotidiennes. Les partenaires Intel® Network Builders Telenor et Nokia, ainsi que Bluegrove, ont fourni la connectivité et les technologies nécessaires à la mise en place d'une solution d'analytique vidéo haute résolution pour relever les défis de la pisciculture moderne.

Présentation du projet

L'architecture de la solution analytique de la ferme piscicole de Sinkaberg Hansen Gjerdinga est issue du projet 5G-HEART, financé par l'Union européenne, en collaboration avec les projets 5G-VINNI. L'objectif du projet 5G-HEART est de favoriser l'innovation autour de la technologie 5G pour permettre des applications importantes dans les domaines de la santé, des transports et de l'aquaculture.

Un projet similaire financé par l'UE est le projet 5G-VINNI, qui est davantage axé sur les applications 5G et auquel participent Telenor et d'autres fournisseurs de services de communication ainsi que des fournisseurs d'infrastructures comme Nokia. L'objectif de ce projet est de valider les performances des nouvelles applications 5G en procédant à des essais opérationnels de services industriels avancés tels que ceux de 5G-HEART.

Figure 1. Architecture de bout en bout.

Ferme piscicole de Sinkaberg Hansen Gjerdinga

Pour la ferme piscicole Sinkaberg Hansen de l'île de Gjerdinga, un système de surveillance vidéo Bluegrove a été mis en place (voir Figure 1), utilisant des réseaux Nokia et des serveurs alimentés par des processeurs d'architecture Intel®. Un réseau 5G Telenor a été mis en place pour transmettre la vidéo à une application d'analytique pour l'analyse et la création de rapports.

Les caméras, qui transmettaient plusieurs flux de vidéo haute résolution, nécessitaient une bande passante extrême de la liaison 5G entre les caméras et l'application d'analytique. Le réseau 4G existant de la ferme piscicole ne disposait pas d'une bande passante suffisante pour transférer les vidéos en livestream de la ferme vers un emplacement central, une exigence pour faire fonctionner et naviguer les caméras sous-marines en temps réel. Dans certaines autres applications de la ferme piscicole, la fibre et/ou les réseaux sans fil point à point peuvent être utilisés pour fournir cette connexion. Cependant, l'utilisation de câbles en fibre est difficile car ils peuvent être exposés à des ruptures et à des dommages. Cela peut entraîner des temps d'arrêt du système de caméra, qui est essentiel pour plusieurs activités quotidiennes de l'élevage, notamment l'alimentation.

La 5G répond aux exigences de bande passante du réseau de caméras, offrant une bande passante suffisante pour remplacer également les réseaux locaux.

Les applications d'analytique de la ferme piscicole Hansen Gjerdinga de l'île de Sinkaberg ont été déployées dans un cloud de périphérie sur place, à la ferme piscicole. Après le traitement analytique dans le cloud de périphérie, les résultats sont disponibles localement dans la ferme piscicole, ce qui permet de prendre des mesures immédiates avec un temps de latence minimal. En outre, seuls les résultats de l'analytique sont transmis à une infrastructure centrale de cloud basée sur un processeur Intel® pour être traités dans un outil de veille stratégique, ce qui réduit les besoins en bande passante du réseau fédérateur.

Grâce à la solution d'analytique vidéo, les pisciculteurs de Gjerdinga ont une vision plus claire du processus d'alimentation, du comportement des poissons et de l'état environnemental des cages.

Technologies compatibles

Les technologies utilisées dans la solution pour la ferme de Gjerdinga sont les suivantes.

Services de réseau 5G

Telenor a construit un service d'accès sans fil fixe (FWA) 5G utilisant un type de tranche de réseau 5G à large bande mobile amélioré (eMBB). Deux stations de base 5G ont été déployées pour fournir une couverture et une capacité à la pisciculture, l'une utilisant un canal de 80 MHz dans la bande C (3,6 GHz) et l'autre un canal de 800 MHz dans la bande mmWave (26 GHz). Le cœur mobile était initialement basé sur la technologie non autonome (NSA), qui superpose la technologie 5G au réseau 4G existant pour offrir un service eMBB à large bande passante. La bande d'ancrage de ce réseau était un canal de 10 MHz dans la bande 2,1 GHz. Le logiciel du cœur mobile sur NSA a été fourni par Ericsson et fonctionne sur une plateforme de virtualisation des fonctions réseau (NFV) fournie par Nokia. L'infrastructure NFV de Nokia est basée sur des serveurs AirFrame Open Edge utilisant des processeurs Intel® Xeon® Scalable. Le système et le service 5G font partie des projets 5G-VINNI et 5G-HEART.

Transfert et analytique vidéo à haut débit

Le système a été conçu pour offrir les vitesses de liaison montante élevées nécessaires au transfert des flux vidéo de la pisciculture vers le serveur périphérique avec une latence très faible. La connexion mmWave de Telenor a fourni une liaison montante de 1 Gbps, ce qui représente une amélioration significative par rapport à la 4G, qui fournissait une liaison montante de 20 Mbps maximum. Il est essentiel d'atteindre les débits requis car le nombre de caméras connectées augmente, ce qui accroît la demande de bande passante.

Analytique vidéo Bluegrove

Bluegrove a développé un système de surveillance sous-marine des poissons complet avec une technologie de vision par lumière et caméra ainsi qu'une technologie de capteur acoustique sous-marin.

Pour la ferme piscicole de Gjerdinga, les caméras sous-marines de Bluegrove permettent d'observer afin d'améliorer les stratégies d'alimentation, de voir les comportements anormaux des poissons et de détecter les blessures, les morsures ou d'autres problèmes de santé des poissons. Les caméras sont également dotées d'un détecteur de granulés permettant d'identifier les déjections de granulés d'aliments. Cela permet d'optimiser le processus d'alimentation, de réduire les déchets et de diminuer l'impact environnemental.

Les caméras filment en résolution full HD et fournissent des flux vidéo de haute qualité adaptés aux applications d'IA. Les caméras sont dotées d'une mise au point automatique et d'une balance des couleurs ajustée automatiquement et peuvent être déplacées verticalement et horizontalement dans la cage à l'aide du treuil et de l'interface utilisateur graphique. Les caméras sont rondes pour éviter que les filets ne soient endommagés s'ils venaient à se toucher. Les caméras de Bluegrove peuvent également assurer une surveillance à la surface pour repérer les poissons indésirables ou les prédateurs.

Les éclairages sous-marins fournissent une lumière LED à intensité variable pour éviter de stresser les poissons, tout en permettant de capturer des images de haute qualité sous la surface, même la nuit.

Figure 2. Caméra sous-marine Bluegrove.

Les caméras sont physiquement connectées à un commutateur central et les données peuvent être transférées vers la périphérie ou directement vers le cœur. Pour la ferme piscicole de Gjerdinga, un serveur de périphérie a été mis en place pour traiter l'énorme bande passante du réseau de caméras, qui comprend huit installations de cages, chacune envoyant des données à un débit pouvant atteindre 200 Mbps ; il a été décidé que les données seraient traitées dans des serveurs de périphérie. En transférant les données à la périphérie, on réduit le temps de transport et la latence, ce qui permet une analyse locale.

Les capteurs Bluegrove mesurent également l'oxygène, la salinité et la température de la mer. Grâce à la technologie unique de Bluegrove en matière de caméras et de capteurs, la pisciculture reçoit des images de surveillance de haute qualité dans sa salle de contrôle, ce qui lui permet d'avoir une vision claire de ce qui se passe dans les cages et à la surface.

La plateforme d'analyse Bluegrove collecte, traite et analyse les données des installations aquacoles et utilise un large éventail d'outils et de méthodes d'analyse, notamment les statistiques, l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique pour améliorer encore les algorithmes et les informations. La plateforme héberge également une gamme d'interfaces utilisateur et de capacités de reporting pour les utilisateurs finaux.

Bluegrove utilise la distribution Intel® du kit d'outils OpenVINO™ pour permettre l'analytique vidéo. Le kit d'outils OpenVINO est basée sur les réseaux neuronaux convolutionnels (CNN). Le kit d'outils étend les charges de travail sur le matériel d'architecture Intel (y compris les accélérateurs) et optimise les performances d'inférence.

Figure 3. Solution de site de périphérie Telenor 5G-VINNI

Infrastructure du Cloud de périphérie Nokia

L'infrastructure de cloud de périphérie a été fournie par Nokia, dont la solution de cloud de périphérie prend en charge le modèle de référence de l'ETSI (voir la figure 3).

Le site de périphérie de la pisciculture utilise le Nokia AirFrame Open Edge OE 19 pour l'aspect informatique et le stockage, la mise en réseau étant assurée par le AirFrame Z9100 (voir Figure 4) avec 32 ports 100 Gb. L'infrastructure cloud de Nokia fournit la couche de virtualisation.

Le serveur AirFrame Open Edge de Nokia, extrêmement efficace et compact, est conçu et optimisé pour prendre entièrement en charge les déploiements de la périphérie et du cloud de périphérie éloignée. Le châssis du serveur AirFrame Open Edge ne fait que 3U de haut, ce qui permet de l'installer sur des sites de stations de base intérieurs ou extérieurs. Le système comprend des nœuds de serveur monosocket dans des facteurs de forme de 1U et 2U de hauteur, prenant en charge la famille de processeurs Intel Xeon Scalable de 2ᵉ génération. Une petite unité de traitement graphique (GPU) est intégrée au serveur 1U pour faciliter l'analytique vidéo. Un châssis ouvert sur le côté supporte cinq serveurs, chacun étant équipé d'un processeur Intel Xeon Scalable de 24 cœurs.

Figure 4. Serveur de périphérie et système de mise en réseau de Nokia.

Le commutateur fixe AirFrame Z9100 est utilisé pour la mise en réseau et la virtualisation, l'infrastructure cloud de Nokia fournissant les applications en temps réel et la solution cloud NFV. L'infrastructure cloud de Nokia est basée sur OpenStack Rocky et exploite les bibliothèques logicielles open-source Data Plane Development Kit (DPDK) pour le traitement haute performance des paquets. Ce logiciel d'infrastructure est vérifié par OPNFV comme une solution de qualité télécom qui répond aux exigences des applications de centre de données de périphérie à large bande passante et à faible latence.

Nokia prend également en charge l'automatisation de l'accueil des applications dans le cloud de périphérie et le provisionnement des services CPE 5G avec son orchestrateur de services Nokia FlowOne basé dans le bureau central, l'orchestrateur NFV Nokia CBND et le gestionnaire VNF générique Nokia CBAM.

Un utilisateur ou un système BSS peut initier le déploiement du service via l'orchestrateur de services, qui déclenchera le déploiement du service réseau dans l'orchestrateur NFV (NFVO) en utilisant l'API SOL005 exposée. L'orchestrateur créera ensuite les réseaux du fournisseur dans le commutateur physique et également dans OpenStack Neutron afin que les machines virtuelles puissent accéder aux réseaux externes via le commutateur AirFrame Z9100 de Nokia.

La ferme piscicole de Gjerdinga utilise cinq serveurs Nokia équipés de processeurs Intel Xeon Gold de deuxième génération. Ce processeur innovant apporte des améliorations significatives en termes d'agilité et d'évolutivité et établit un nouveau niveau de convergence des plateformes et des capacités en matière de calcul, de stockage, de mémoire, de réseau et de sécurité.2

Figure 5. Orchestration de services pour le cloud de périphérie et le provisionnement CPE 5G.

Conclusion

En mettant en œuvre le système d'analytique vidéo des poissons de Bluegrove, avec la connectivité 5G et l'informatique périphérique fournis par Telenor, Nokia et Intel, la pisciculture de l'île de Sinkaberg Hansen Gjerdinga peut utiliser des flux vidéo de haute qualité provenant de chaque pisciculture pour fournir aux pisciculteurs les vidéos et les analyses dont ils ont besoin pour mieux comprendre ce qui se passe avec les poissons qu'ils élèvent. Plus précisément, la vidéo de haute qualité permet une meilleure gestion du processus d'alimentation qui réduit considérablement les déchets alimentaires. Cela permet de réduire la pollution et d'améliorer la durabilité. Les économies potentielles pour un pisciculteur comme Sinkaberg Hansen pourraient atteindre 50 millions de NOK par an 3.

L'application est rendue possible par la 5G émergente et la technologie de mise en réseau en périphérie. Le service 5G de Telenor a fourni la bande passante nécessaire aux transferts de données en temps réel des cages à poissons vers le serveur de périphérie, où la technologie de calcul et de mise en réseau de périphérie de Nokia a traité les données en fournissant des analyses sans délai. La technologie de processeur de l'architecture Intel joue un rôle clé en fournissant la densité de calcul nécessaire pour permettre l'informatique périphérique. Cette étude de cas de la ferme piscicole de l'île de Sinkaberg Hansen Gjerdinga n'est qu'un exemple de la manière dont les innovations de périphérie permettent des cas d'utilisation verticaux 5G passionnants et de nouvelles opportunités commerciales.

Serveurs Edge équipés de processeurs évolutifs Intel® Xeon®.

Les serveurs de réseau de périphérie pour le projet d'élevage de saumon de Sinkaberg Hansen sont basés sur des processeurs Intel Xeon Scalable de 2e génération. Les processeurs Intel Xeon Scalable constituent la base de puissantes plates-formes périphériques qui offrent agilité et évolutivité en matière de calcul. Perturbants par leur conception, ils bénéficient de décennies d'innovation pour répondre aux exigences des charges de travail les plus demandées et font partie d'un ensemble complet de technologies réseau d'Intel.

Les dernières processeurs Intel Xeon Scalable de 3e génération améliorent les solutions de serveurs périphériques grâce à une architecture équilibrée qui prend en charge l'intelligence artificielle avec des fonctions d'accélération et de sécurité matérielle intégrées. Ces processeurs sont également conçus pour les charges de travail des réseaux modernes, en visant une faible latence, un débit élevé, des performances déterministes et des performances élevées par watt 4 Le serveur Nokia AirFrame Open Edge OE 20 bénéficie de cette technologie de processeur.

En bref

  • La popularité des fruits de mer est en hausse.
  • L'aquaculture nécessite des informations en temps réel sur les poissons afin de minimiser le gaspillage d'aliments et de surveiller le comportement des poissons et les conditions environnementales.
  • Une ferme piscicole insulaire isolée en Norvège bénéficie d'une surveillance vidéo de l'aquaculture grâce à Telenor, Bluegrove, Nokia et Intel.
  • L'analyse vidéo haute définition permet de réduire les coûts et d'accroître la rentabilité des exploitations piscicoles.
  • La 5G à ondes millimétriques est nécessaire pour répondre aux exigences de la vidéo à large bande passante.

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