Das Erstellen einer programmierbaren Softwareinfrastruktur für Telekommunikationsvorgänge verspricht, sowohl die Investitionskosten (CapEx) als auch die Betriebskosten (OpEx) der 5G-Telekommunikationsdienstleister zu senken. Für viele, die in diesem Bereich tätig sind, sind insbesondere die neuen Innovationsmöglichkeiten und Umsatzchancen spannend, die die Konvergenz von Telekommunikation, Cloud und Edgeinfrastrukturen für die Telekommunikationsbranche und das Cloudökosystem eröffnet.

In diesem Blog konzentrieren wir uns auf Video, den vorherrschenden Datenverkehrstyp im Internet seit der Einführung von 4G-Netzwerken. Mit 5G wird nicht nur das Volumen des Videodatenverkehrs zunehmen. Es wird auch viele neue Lösungen für alle möglichen Branchen – vom Einzelhandel über die Fertigungsindustrie und das Gesundheitswesen bis hin zur Waldüberwachung – geben, die Deep Learning und künstliche Intelligenz (KI) für Videoanalyseszenarien integrieren. Durch die symbiotische Entwicklung von Videoanalyse und Edgecomputing erhalten Betreiber die Möglichkeit, ihren Kunden neue Dienste anzubieten und damit den Umsatz anzukurbeln.

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Videoanalyse, Edgecomputing und 5G  

Bei unserer ersten öffentlichen Bekanntmachung von Echtzeit-Videoanalysen beschrieben wir die Lösung als die Killer-App für Edgecomputing. In Zusammenarbeit mit der Stadt Bellevue im US-Bundesstaat Washington haben wir im Rahmen ihrer Vision Zero-Initiative eine Pilotstudie zur Liveüberwachung der Verkehrsüberlastung und -sicherheit an den großen, mit Kameras ausgestatteten Verkehrsknotenpunkten der Stadt durchgeführt. In der Verkehrsmanagementzentrale von Bellevue haben wir ein von unserer Videoanalyselösung unterstütztes Verkehrsdashboard zur Erkennung von Autos, Fußgängern und Fahrradfahrern gehostet (Juli 2017 bis November 2018). Das Dashboard ermöglichte es den Verkehrsplanern von Bellevue auch, Verkehrsmuster über längere Zeiträume hinweg nachzuvollziehen, und führte zur Einrichtung und Bewertung eines Radwegs an einer der Hauptstraßen. Das Projekt war ein großer Erfolg, und die Stadt gewann mehrere nationale Preise für ihre Vision und Pilotversuche zur Integration von Videoanalysen für die Verkehrsverwaltung.

Zeitgleich mit dem Aufkommen von 5G begannen Telekommunikationsdienstleister, große Investitionen in ihre Netzwerkinfrastruktur zu tätigen, wobei der Großteil der Netzwerkkapazität für Videodatenverkehr eingeplant wurde. Interessanterweise deckt sich der Wunsch von Betreibern verschiedener Branchen, ihre Infrastruktur für die Digitalisierung zu nutzen, perfekt mit den Investitionen von Microsoft in Edgecomputing und Videoanalyse. Edgecomputing ist der Katalysator, der zur Konvergenz der beiden Infrastrukturen führt, und Videoanalyse ist der ideale Dienst, den 5G-Betreiber auf ihren Edgecomputingservern hosten können.

Die Abbildung zeigt die Übereinstimmung zwischen den Investitionen von 5G-Betreibern und Microsoft.

Eine Umsatzchance für 5G-Betreiber und Microsoft-Partner mit neuen Anwendungen für ein neues Zeitalter

Es gibt viele gute Beispiele, die uns eine Vorstellung davon geben, wie 5G-Betreiber Videoanalysedienste monetarisieren können. Ein Beispiel sind Lösungen zur Verkehrsüberwachung und Unfallvermeidung in intelligenten Städten wie bei unserem „Vision Zero“-Projekt mit der Stadt Bellevue. Eine verwandte Anwendung ist die Integration in autonome Fahrzeuge mit Echtzeit-Videoanalysen von den Kameras. Denkbar sind auch moderne intelligente Unternehmen, in denen End-to-End-Funktionen mit Videoanalyse und Mixed Reality ein selbstverständlicher Bestandteil privater 5G-Netzwerklösungen sind. Weitere Beispiele sind die Verwaltung von Maschinen und Robotern in vernetzten Fabriken, Kundenanforderungen und -services in Einzelhandelsgeschäften und Restaurants oder der Fußgängerverkehr in Sportarenen. In all diesen Fällen können 5G-Betreiber in Zusammenarbeit mit Systemintegratoren (SIs) Azure-Edgecomputingprodukte und Azure Video Analyzer nutzen, um innovative Lösungen bereitzustellen. 

Die Abbildung veranschaulicht das Zusammenspiel von 5G-Betreibern, Azure Edge Video Services (EVS) und Systemintegratoren (SIs) bei der Bereitstellung zukünftiger Videoanalysedienste für verschiedene Branchen.

Mit Microsoft HoloLens verfügt Microsoft bereits über ein ergonomisches, kabelloses holografisches Gerät mit Anwendungen auf Unternehmensniveau, die die Benutzerproduktivität in allen Branchen steigern – von der Fertigungsindustrie bis hin zum Bildungswesen. Mit Blick auf die nicht allzu ferne Zukunft ist die Auslagerung der Videoverarbeitung von HoloLens auf ein in der Nähe befindliches Azure Edge-Gerät über ein latenzarmes 5G-Netzwerk mit hoher Bandbreite ein weiteres Beispiel dafür, wie Betreiber neue Produkte anbieten können. Auch die Microsoft-Cloudgamingplattform xCloud kommt einem in den Sinn, da sie globales Spielstreaming der nächsten Generation bietet. Mit leistungsstarken latenzarmen 5G-Netzwerken mit hoher Bandbreite und Livevideoanalyse auf Edgegeräten können Betreiber ein deutlich besseres Spieleerlebnis bieten.

Wie die moderne Technologie von Microsoft all dies ermöglicht

Microsoft hat viele Jahre in die Entwicklung umfangreicher Systeme für die Livevideoanalyse investiert. Wir haben Forschungsberichte mit erheblichen Fortschritten bei der Plattformtechnologie veröffentlicht sowie verwandte Produkte und Open-Source-Technologien entwickelt. Microsoft Rocket ist beispielsweise eine Open-Source-Plattform, die die einfache Erstellung von Videopipelines zur effizienten Verarbeitung von Videostreams ermöglicht. In Kombination mit Azure Video Analyzer können Entwickler mithilfe der kaskadierten Videopipeline einfach und kostengünstig Videoanalyseanwendungen in IoT-Lösungen integrieren. Die Verbindung von Azure Video Analyzer und Microsoft Rocket mit Azure Arc ermöglicht eine einfache Konfiguration von Kompromissen hinsichtlich Ressourcen und Genauigkeit sowie die Orchestrierung in einer verteilten Edge-Cloud-Hierarchie. Azure Video Analyzer und Microsoft Rocket erzielen ohne Beeinträchtigung der Genauigkeit eine deutliche Verbesserung des Durchsatzes pro Edge-Core für die Videoanalyse, wodurch die Gesamtkosten am Edge gesenkt werden.

Mit Microsoft Rocket verfolgen wir das Ziel, die Videoanalyse zu demokratisieren, und der Schutz der Privatsphäre war dabei ein Grundpfeiler. Edgecomputing bietet Techniken zum Transformieren von Video am Edge, die die Weitergabe personenbezogener Informationen bei der Analyse verhindern, und wurde dadurch zu unserem natürlichen Verbündeten bei der Gewährleistung des Datenschutzes. Außerdem setzen wir auf sichere Hardware, um uns vor Spionage zu schützen und die Vertraulichkeit während der Analyse zu gewährleisten.

Speziell für 5G haben wir auch eine umfangreiche Netzwerküberwachung sowie Anpassungen für Fehlertoleranz und Lastenausgleich in die Videoverarbeitungspipeline integriert, die den in allen Funknetzwerken unvermeidbaren dynamischen Netzwerkbedingungen gerecht werden. Unser System – Edge Video Services (EVS) – funktioniert gut mit heterogenen Edgehierarchien, die verschiedene Hardware unterstützen. Zu diesem Zweck haben wir eine neue Technologie für die Berechnungspartitionierung und einen edgeübergreifenden Orchestrator entwickelt. EVS partitioniert die Berechnung, um die verfügbare Hardware am Edge und die Cloudinfrastruktur optimal zu nutzen, und existiert nebeneinander mit anderen Workloads am Edge (siehe folgende Abbildung).

Die Abbildung zeigt, wie Edge Video Services (EVS) die Berechnung partitioniert, um die verfügbare Hardware am Edge und die Cloudinfrastruktur optimal zu nutzen, und nebeneinander mit anderen Workloads am Edge existiert.

Anpassen von Azure Video Analyzer für den realen Betrieb über 5G-Netzwerke

Wir haben unsere Systeme durch Pilotversuche mit Betreibern und Anbietern von 5G-Netzwerkgeräten weiterentwickelt. Unsere Zusammenarbeit mit Telstra, einem bekannten australischen Telekommunikationsanbieter, ist ein Beispiel für einen Betreiber, der EVS optimal nutzen möchte. Im Rahmen seiner Unternehmensmission, eine vernetzte Zukunft für jeden zu schaffen, hat Telstra Azure Video Analyzer und Microsoft Rocket sowie Azure Stack Edge und Azure Percept (Vorschauversion) eingeführt. Durch die intelligente Verteilung von KI auf Edges wurde die Menge verarbeiteter Daten um das 50-Fache reduziert, was zu einer besseren Auslastung des 5G-Netzwerks von Telstra führte. Telstra entwickelt skalierbare, kostengünstige Lösungen, mit denen Kunden den Datenverkehrsfluss optimieren und die Sicherheit erhöhen können.

In unserer Zusammenarbeit mit Fujitsu haben wir eine private 5G-Lösung für die Überwachung von Parkflächen durch Analysieren der Videofeeds von intelligenten Funkkameras von Fujitsu getestet. Um autonome Netzwerke mit minimaler Komplexität zu erstellen, hat Fujitsu Microsoft Rocket in seine 5G-Infrastruktur integriert, in der Microsoft Rocket und die RAN-Container von Fujitsu nebeneinander auf einer Azure Stack Edge-Instanz ausgeführt werden. Microsoft Rocket hat die Compute- und Netzwerkanforderungen erheblich verringert und gleichzeitig eine latenzarme und genaue Visualisierung der Belegung des Parkplatzes ermöglicht.

Ein weiteres Beispiel ist das weltweit erste 5G-basierte Multi-Hop-Kameranetzwerk, das Microsoft in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern von der Princeton University entwickelt hat. Dieses auf Relais basierende Kameranetzwerk verwendet Edgeserver und mit WiGig-Funkgeräten ausgestattete Kameras, um ein vollständig verbundenes MmWave-Netzwerk (Millimeterwellenbereich) zu erstellen. Es ermöglicht ein effizientes Streaming sowie eine effiziente Analyse von Livevideos in Bereichen, in denen die direkte Sichtverbindung mit den Basisstationen häufig problematisch ist (mehr dazu erfahren Sie in diesem Demovideo).

Blick in die Zukunft

In den nächsten Jahren werden 5G-Netzwerke tagtäglich von Menschen auf der ganzen Welt genutzt werden. 5G-Netzwerke bieten latenzarme Konnektivität mit hoher Kapazität zur Unterstützung einer Vielzahl komplexer und nützlicher Anwendungen und werden auch weiterhin branchenübergreifend Mehrwert bieten. Wir bei Microsoft sind der Meinung, dass sich Anwendungen für die Livevideoanalyse, die die Privatsphäre schützen, ideal für 5G-Netzwerke eignen. Die in diesem Beitrag vorgestellten Forschungsarbeiten und Innovationen von Microsoft werden uns auch in der Zukunft weiter voranbringen. Sie ebnen den Weg für die Entwicklung der nächsten Generation von Anwendungen für die Livevideoanalyse, die unsere Welt revolutionieren, sie sicherer, effizienter und spannender machen werden. Weitere Informationen zu unserer Azure for Operators-Strategie finden Sie im Azure for Operators-E-Book.