Dobrý den, děkujeme, že jste si na nás udělal čas. Můžete se prosím čtenářům představit?

Dobrý den, děkuji za pozvání. Věnuji se mobilním sítím, v poslední době hlavně tématu 6G, tedy tomu, jak by měla vypadat další generace mobilních sítí a jaké scénáře použití by měla podporovat. V týmu se primárně zabýváme řízením komunikace a přidělováním rádiových komunikačních prostředků tak, aby se komunikační zdroje využívaly co nejefektivněji, a to v prostředí, kde se u 6G očekávají stovky až tisíce komunikujících zařízení. V takové situaci už klasické postupy často nedokážou v reálném čase dát dostatečně přesné výsledky, a proto se čím dál víc opíráme o aproximace a metody strojového učení. Zároveň poslední roky řešíme i sémantickou komunikaci, tedy jak zmenšit objem přenášených dat s ohledem na to, proč je přenášíme a jaký je účel komunikace. Děláme jak teoretické odvozování, tak i ověřování nápadů v reálném prostředí. Teď například připravujeme několik krátkých videí, kde chceme srozumitelně představit vybrané výstupy. Dva z nich jsou spojené se strojovým učením, v rámci jednoho projektu jsme vyvinuli koncept koordinovaného učení pro správu rádiových prostředků v mobilní síti. V našem řešení využíváme místo jednoho velkého a složitého modelu strojového učení více malých jednoduchých modelů, které spolu kooperují a společně dokážou v reálném čase optimalizovat řadu parametrů sítě. Funkčnost a praktické využití jsme nedávno ověřili i v reálných podmínkách.

 

Jaká je úloha mobilních sítí v dopravě?

Běžný pohled „mobilní síť = telefon a internet“ je typický pro 4. a starší generace mobilních sítí. Síť 4G byla z velké části spojená s komunikací lidí. Už 5G ale byla vyvíjená od začátku i pro využití mimo lidskou komunikaci, tedy pro komunikaci strojů, robotů, vozidel a dalších zařízení. Jedna z hlavních inovací 5G byla spolehlivá komunikace zařízení. Současně platí, že do každé generace se přidává i něco pro běžné uživatele, protože například robot zatím sám operátorovi účet nezaplatí, sítě financují lidé a firmy, které je využívají třeba ve výrobě nebo logistice. V dopravě je zásadní to, že vozidla mají sice mnoho senzorů, ale ty poskytují informaci jen o nejbližším okolí. Když umožníte vozidlům komunikovat mezi sebou nebo s infrastrukturou podél silnic, tak vozidla získají možnost vidět dále i „za roh“ a můžou obdržet včasnější varování o hrozící situaci, takže vozidlo, nebo řidič má delší čas na reakci. Vozidla také mohou kooperovat, sladit chování a předcházet kolizím a tím zajistit plynulejší a bezpečnější provoz. Zjednodušeně řečeno může komunikace prodloužit „dohled„ vozidla za hranice jeho vlastních senzorů.

 

Jaké přínosy komunikace v dopravě nabízí a proč je zatím nepozorujeme plošně?

Je to kombinace několika faktorů. Bezpečnost je jedna z nich, ale vedle toho plynulejší provoz vede typicky k nižší spotřebě, menším emisím a dalším pozitivním dopadům. Často se jednotlivé benefity navzájem ovlivňují, ale různí lidé kladou důraz na jiné priority. To, že se přínosy neprojevují plošně, souvisí i s tím, že technologie se do provozu dostávají postupně. Pokud je průměrné stáří vozového parku v České republice více než 16 let, pak i technologická obměna probíhá v podobném horizontu. Jednoduše trvá dlouhou dobu, než významná část lidí začne jezdit v autech s novou konektivitou a funkcemi. Dnes už existují propojená vozidla i u nás, například u Škoda Auto, která mohou získávat informace třeba o nehodách. V současnosti je ale komunikace často řešená systémy, které přinášejí zpoždění v řádu sekund. Je to lepší než kdyby komunikace nebyla vůbec, ale víme, že se dá jít dál a komunikaci výrazně zkrátit a zefektivnit. Zároveň platí, že těchto vozidel je zatím relativně málo a rozšíření v provozu vyžaduje čas.

V jaké fázi je dnes vývoj 6G a kdy je možné očekávat jeho příchod?

6G zatím neexistuje jako hotová technologie. Dokonce nejsme ani ve fázi, kdy bychom měli definitivní a kompletní sadu požadavků. Aktuálně existuje předběžný seznam požadavků z roku 2023 a v letošním roce by měla být finální verze požadavků na kvalitativní parametry 6G, kde budou definované nejen konkrétní parametry ale a i schopnosti sítě. Teprve pak se naplno rozjede standardizace prvních 6G sítí. Je potřeba počítat s tím, že i když se o 6G hodně mluví, cesta do praxe je postupná. Poté co vznikne standard, tak ještě potřebujete čas na to, aby byl k dispozici hardware a software. A když je hardware a software, musíte ho ještě umět využít tak, abyste nové vlastnosti dokázali v praxi demonstrovat a motivovat jejich praktické využití. To všechno zabere čas. Zároveň ale platí, že i když jsme u nás v ČR i v Evropě v některých věcech mírně pozadu, tím, že se o 6G už teď více diskutuje ve veřejnosti, v průmyslu i v akademické sféře, je podle mě větší šance, že u 6G zpoždění nebude tak dramatické jako bylo u 5G sítí. Současně platí, že výzkum směřující k 6G běží už téměř deset let, od základního výzkumu se postupně posouváme k prvním testům, experimentům a ověřování dílčích částí. Z těch se pak vybírá, co půjde do standardu v první fázi, co později a co třeba vůbec. Na úrovni Evropské unie už jsou výzvy na 6G projekty, které míří vyloženě na testování a pilotní ověřování myšlenek. Časově se často zmiňuje horizont kolem roku 2030 pro první nasazení 6G sítí. To odpovídá představě, že standard pro první verzi 6G bude hotový kolem roku 2028 a následně jsou typicky potřeba zhruba dva roky na komerční spuštění. První sítě s lokálním pokrytím mohou vzniknout dříve, ale širší rozšíření a nasazení 6G se očekává kolem roku 2030.

V čem se 6G liší od předchozí generace, tedy 5G?

Část vývoje je kontinuální – rychlejší přenos dat, nižší latence, vyšší přesnost určování polohy komunikujících zařízení, a podobně. U 6G se ale vedle toho objevují nové scénáře použití. Například takzvané integrované určování polohy a komunikace (Integrated Sensing and Communication) , což má potenciál být velmi relevantní pro dopravu. 6G díky tomu umožní detekovat i objekty, které nejsou připojené do 6G sítě a aktivně nekomunikují, tedy i objekty a živé bytosti, které nemají mobilní zařízení. Autonomní vozidlo tak díky tomu bude mít informaci i o chodcích, cyklistech nebo zvířatech, kteří u sebe nemají mobilní telefon, nebo žádné jiné zařízení, které by určovalo a sdílelo jejich polohu. S tím souvisí i přesnější určování polohy připojených zařízení, jako doplnění navigačních systémů, jako GPS nebo Galileo.

A pak je tu využití umělé inteligence. V jednom směru jde o využití AI pro řízení mobilní sítě, například aby síť v reálném čase rozhodovala, komu přidělit jaké rádiové komunikační prostředky, jak nastavit vysílací úrovně, jak šetřit energii, snižovat zpoždění a podobně. V druhém směru by sítě 6G měly být schopné přenášet data pro trénování AI, protože se očekávají scénáře s obrovskými objemy dat, které současné sítě nedokážou přenášet efektivně v potřebném měřítku. Také existují výzkumné směry, kde se řeší využití velkých jazykových modelů pro práci s velmi složitou konfigurací mobilních sítí.Myšlenka vychází z toho, že pokud má síť desítky až stovky parametrů, je její konfigurace náročná i pro experty a cílem je, aby člověk se základními znalostmi sítí dokázal, skoro vlastními slovy, popsat, co od sítě očekává, a systém by to přeložil do konfigurace. Tomu se my sice přímo nevěnujeme, ale je to jeden z výzkumných směrů. Dalším zajímavým směrem je pak sémantická komunikace.

 

Co je sémantická komunikace a jak souvisí se zpracováním dat přímo ve vozidle?

Sémantická komunikace vychází z jednoduché myšlenky – cílem není jen správně přenést jednotlivé „bity“, ale doručit správně význam zprávy. Když vozidlo rozpozná značku STOP, nemusí posílat celý obrázek, stačí informace, že je to značka STOP případně i její poloha. Když vozidlo detekuje překážku nebo zvíře na silnici, nemusí posílat video nebo obrázek, ale pouze varování o poloze a typu situace. S rozvojem umělé inteligence je možné z velkých vstupů (video a další senzory) extrahovat důležitou informaci a tu přenášet. Tohle se dnes objevuje jako něco, co by se mohlo výrazněji prosadit spíš ve druhé fázi 6G jako jedna z radikálnějších technologií, která může snížit spotřebu komunikačních i výpočetních prostředků. A právě tady se to propojuje s praktickou otázkou, kde data zpracovat. U autonomních vozidel (a obecně autonomních systémů) řešíte zpracování dat z různých senzorů a rozhodnutí o tom, co zpracovat lokálně ve vozidle a co přesunout do jiného vozidla nebo na server. Rozhoduje o tom požadavek na zpoždění, vytížení komunikačního kanálu, dostupnost výpočetních prostředků, bezpečnost, spolehlivost a podobně. V některých scénářích navíc nejde jen o komunikaci, ale i o energii. Pokud má zařízení omezenou energii v baterii a chceme ji šetřit, může dávat smysl přesouvat větší část zpracování mimo vozidlo nebo mimo zařízení. Do úvah také vstupuje volba a kombinace senzorů: když máte lidar, radar a kameru, nemusí být vždy nutné přenášet data ze všech těchto senzorů. Někdy stačí informace z jednoho senzoru, někdy je potřeba kombinace a rozhodnutí se může měnit podle kvality komunikačního kanálu a dostupného výpočetního výkonu a požadavků na spolehlivost nebo bezpečnost. A v některých případech může zpracování probíhat paralelně na více místech, část se před-zpracuje lokálně, část se pošle dál, a tím se dá zvýšit šance, že výsledek získáte dřív a spolehlivěji, třeba proto, že jiné vozidlo má „výkonnější počítač“ a umí výsledek dodat rychleji.

Jak se u 6G mění její vlastnosti jako je frekvence, dosah a jiné?

Technologický vývoj směřující k vyšším rychlostem a nižší latenci pokračuje a bude pokračovat, ale už to dnes není samo o sobě to zásadní téma pro výzkum. Dnes jsme relativně blízko teoretickým limitům a další zisky bývají menší a často za cenu velkých komplikací. Přenosová rychlost roste teoreticky přímo úměrně šířce využívaného frekvenčního pásma, a širší pásma zpravidla najdete na vyšších frekvencích. Pásma na frekvencích v jednotkách gigahertzů mají dobré vlastnosti pro plošné pokrytí, ale šířka pásma je omezená. Naopak u vyšších frekvencí, milimetrové vlny a výše, lze získat širší pásma, ale s menším dosahem a většími technickými výzvami. Dříve se mluvilo i o stovkách gigahertzů, ale ty diskuse už nejsou tak dominantní právě kvůli praktickým komplikacím a omezeným scénářům využití. Z pohledu 6G se dnes často zmiňuje také pásmo FR3 zhruba mezi 7 a 24 gigahertzy, tedy rozsah, který se historicky tolik nevyužíval a hodně se řeší i regulatorní stránka a dostupnost spektra.

Bude 6G vyžadovat novou infrastrukturu?

Jak moc se bude muset infrastruktura měnit, se dnes ještě nedá říct definitivně. Může to být podobné jako přechod mezi 4G a 5G, i když fyzická vrstva může být v základu podobná, infrastruktura se v praxi zpravidla mění. Otázkou je, jak se bude dále rozvíjet trend softwarově definovaných sítí, kde specificky vyráběný hardware pro mobilní sítě se nahrazuje běžnými počítači, na kterých běží vhodný software. S tím souvisí i koncept Open RAN (otevřená rádiová přístupová síť), který zejména operátoři hodně podporují. Cílem je „otevřít“ mobilní síť tak, aby byly komponenty a otevřené kódy přístupnější a implementace jednodušší a levnější. Výhodou je potenciálně nižší cena, pokud si vystačíte s běžným hardwarem a otevřeným softwarem. Zároveň ale platí, že univerzální řešení může mít nižší efektivitu než specializovaný hardware optimalizovaný na konkrétní funkci. Proto ne u všech scénářů je softwarizace vhodná, například u kritických aplikací hraje roli velmi nízké zpoždění a vysoká spolehlivost, čehož prozatím softwarová řešení nedosahují.

 

Proč se kolem 5G nenaplnila část očekávání a co je potřeba udělat, aby 6G dopadlo lépe? Jaká by měla být v tomto úloha státu?

Často není problém technologie samotné, ale to, jak ji lidé a průmysl uchopí a využijí. Pokud nevědí, co od technologie čekat, těžko na ní postaví nové aplikace. Vemte si předchozí generace. Data se objevila už u 3G, ale masově se začala používat až se 4G, protože přišly smartphony a umožnily reálné využití dat v běžném životě. Podobně dnes se průmysl nejprve musí naučit, jak efektivně využít mobilní sítě ve výrobě a interních procesech. A vyměnit kabely za bezdrátový přenos není malá změna. Má to výhody i nevýhody, a ne vždy je taková změna výhodné pro každého, proto je potřeba jasně vysvětlovat přínosy i limity a náklady. V tomto směru je velmi důležité vést debatu a diskutovat o tom, kdo by pro nová řešení měl nést náklady a zisky u nových technologií, jelikož benefity i náklady nejsou jen u operátorů mobilních sítí, ale i u průmyslu a potenciálně i na straně státu. Stát by neměl nutně platit výstavbu infrastruktury, ale měl by nastavit podmínky a zajistit, aby byla vůle a motivace pokračovat v rozvoji a aplikaci nových mobilních sítí u všech partnerů, tedy u průmyslu, akademické sféry i veřejnosti. Když se bavíme o roli státu, narážíme i na otázku dat. V dopravě poteče ohromné množství dat, která mohou být citlivá a potenciálně zneužitelná, a to i k útokům zvenčí. Už jen představa, že by se někdo dostal k datům o aktuální poloze všech vozidel, ukazuje, jak citlivé téma to je. Proto mi dává smysl, aby stát nějakým způsobem garantoval bezpečnost takových dat. Zároveň je ale otázka, kdo je z pohledu veřejnosti důvěryhodnější, jestli stát, nebo soukromá společnost. Obecně, demokraticky řízený stát má asi méně důvodů data zneužívat, ale na druhou stranu lidé často nemají problém sdílet jakákoli velmi osobní a citlivá data se soukromými firmami. Ve skutečnosti o nás velké firmy vědí výrazně víc než stát. Jenže pak je tu i druhá rovina, když by se někdy dramaticky změnil politický režim, existence záznamů za dlouhé období může být zneužitelná. Proto je bezpečnost a správné nastavení pravidel zásadní a upřímně nedokážu říct, jestli by to měl zajišťovat výhradně stát, výhradně soukromé firmy, nebo nějaká kombinace. Na to nejsem kvalifikovaný.

Kde uvidíme 6G v praxi nejdříve?

Pokud jde o nosné případy využití pro 6G, v debatách se zmiňuje telemedicína, ale medicína je konzervativní obor a nové technologie se tam prosazují obtížněji, mimo jiné kvůli odpovědnosti a etickým otázkám. Přirozeněji se proto jeví oblasti, kde je tlak na efektivitu a kde technologie může rychle přinést měřitelný přínos; dnes je to zejména AI, autonomní robotika a průmysl, kde je motivace zefektivňovat procesy a bezdrátová komunikace může být jedním z nástrojů. V dopravě se jako velmi smysluplné místo pro začátek nabízí centra měst, kde je hustý provoz, mix účastníků, a detekce a sdílení informací o situacích, které vozidlo samo nevidí tu tak hraje prim. Křižovatky jsou v tomhle také přirozený kandidát, propojit infrastrukturu tak, aby vozidlo „vidělo za roh“ a dokázalo lépe předvídat, dává smysl.

Jak vnímáte autonomní mobilitu? Myslíte si, že ji patří budoucnost?

Na autonomní mobilitu se dívám neutrálně v tom smyslu, že mě to baví, ale zároveň vidím i zásadní výzvy. V laboratoři máme autonomní vozidla a roboty pro experimentální práci a ověřování našich nápadů a téma je to zajímavé. Z pohledu potenciálu si myslím, že autonomní mobilita může být bezpečnější než dnešní situace, ale zároveň jsme ještě značný kus od toho, aby to bylo opravdu spolehlivé. A pokud jde o představu plně autonomního světa ze sci-fi filmů, jsem v tuto chvíli mírně skeptický. Spíše očekávám, že dalších 10 až 15 let půjde hlavně o podpůrné funkcionality, protože u plošné autonomie hrají roli nejen technologie, ale i přijetí, vyladění a zvyk lidí.

 

Co byste doporučil mladému člověku – studentovi se zájmem o telekomunikace?

Hlavně se toho nebát. Komunikační technologie jsou široký obor, někdo chce být teoretik, někdo praktik, někoho baví hardware, někoho software, někoho matematika a algoritmy a každý si v tom může najít své místo. Zároveň je dnes jednodušší dělat i vlastní experimenty, dá se koupit relativně levný hardware, v bezlicenčním pásmu si spustit malou síť, zkoušet různé scénáře a třeba připojit i jednoduché autíčko nebo jiné zařízení. A zároveň je to obor, kde přibývají nové koncepty a use-casy s přímím pozitivním dopadem do praxe a na život běžných lidí, například integrované vnímání a komunikace nebo sémantická komunikace. To znamená, že v oblasti telekomunikací je velký prostor něco vymýšlet a posouvat hranice dál. A studentů a studentek je v telekomunikacích potřeba, protože sítě jsou čím dál složitější, ale zároveň čím dál důležitější pro svět, který se rychle automatizuje a propojuje.

Mockrát Vám děkuji za rozhovor!