Faire progresser l’innovation en matière de 5G
Le nouveau campus intelligent de l’Université de Waterloo, ainsi que le laboratoire d’innovation ouvert de Communitech, donnent aux chercheurs et aux entreprises un aperçu révélateur du pouvoir de transformation de la connectivité sans fil ultrarapide.
Comment le quotidien des Canadiens pourrait-il changer lorsque la 5G connectera tous nos appareils, réduisant les temps de réponse des signaux à une milliseconde seulement? Comment les nouvelles applications, les nouveaux services et les nouvelles entreprises peuvent-ils exploiter son potentiel? Comment propulsera-t-elle les infrastructures de notre ville, suivra-t-elle les actifs des entreprises et connectera-t-elle nos communautés?
Ce ne sont là que quelques-unes des questions qui alimentent le campus intelligent de l’Université de Waterloo. Créé en 2020 dans le cadre d’un partenariat de trois ans et de plusieurs millions de dollars avec Rogers, le campus intelligent est un banc d’essai en direct pour la recherche avancée sur la conception et l’exploitation des réseaux 5G, y compris l’infrastructure et les applications dans un environnement canadien réel.
Les chercheurs de Waterloo ont profité de l’accès précoce à la 5G et de l’étroite collaboration avec les experts en réseaux de Rogers pour approfondir les implications pratiques de la technologie sur une série de sujets, allant de l’ingénierie à la conception de réseaux, en passant par les mathématiques appliquées et l’intelligence artificielle.
Par exemple, Alexander Wong, professeur agrégé en ingénierie de conception des systèmes et titulaire de la chaire de recherche du Canada en IA et en imagerie médicale, étudie comment une plus grande connectivité améliorera l’IA. « Vous verrez davantage d’appareils devenir plus intelligents grâce à la 5G », déclare Dr Wong. « Ainsi, imaginez qu’en vous réveillant le matin, vos appareils intelligents et vos assistants vocaux intelligents travailleraient tous autour de vous pour rehausser votre qualité de vie au quotidien. La 5G est cruciale pour l’IA à la périphérie [du réseau], en raison de la quantité d’information qui doit être transférée de manière transparente et à haut débit. Grâce au soutien de Rogers, nous pouvons créer un véritable banc d’essai, de sorte que lorsque nous mettons la technologie en service pour une utilisation plus large dans la société, nous savons que cela se fait dans les règles de l’art. »
Connexion d’affaires
Dans le cadre de ce partenariat, Rogers est un partenaire fondateur du centre Gateway for Enterprises to Discover Innovation (ou GEDI) de l’Université de Waterloo, un lieu où des entreprises ont accès à l’écosystème de recherche, de talents et d’entrepreneuriat de Waterloo.
Rogers est également à l’origine d’un nouveau laboratoire d’innovation ouverte sur la 5G à Communitech, le centre public-privé de la région de Waterloo qui soutient les entreprises en croissance dans l’économie numérique. La mission du laboratoire est de faire progresser la technologie 5G conçue au Canada et de commercialiser des cas d’utilisation de la 5G, notamment en lançant et en accélérant le lancement d’applications 5G pour les villes intelligentes, l’IdO et les entreprises.
Explorer le monde avec la 5G
Avec la 5G, les communications sans fil vont connaître un changement de paradigme – et dans ce contexte, pour une fois, il ne s’agit pas d’un terme cliché à la mode. Ce type de connectivité ouvre la voie à des façons radicalement nouvelles de concevoir les réseaux, l’informatique, et leur utilisation dans la société. Cette nouvelle ère s’accompagne de nouvelles questions fondamentales auxquelles les chercheurs de l’Université de Waterloo s’efforcent de répondre.
Considérons, par exemple, que la 5G fournira un service mobile à large bande avec des taux d’échange de données de pointe de 1 à 20 Gbps, offrant des vitesses nettement plus rapides avec une plus grande capacité. Pour l’informatique, cela modifie certaines dynamiques fondamentales. « Le problème avec la 5G, c’est qu’elle n’est pas un peu plus rapide, elle est énormément plus rapide. On parle d’un tout autre niveau de rapidité », explique Samer Al-Kiswany, fondateur du labo sur les systèmes avancés de l’Université de Waterloo. « En informatique, chaque fois que l’on accélère quelque chose d’un ordre de grandeur, on perturbe la conception du système. »
Il compare cela à l’invention d’un nouveau mode de transport qui réduit à 5 minutes le trajet habituel de 60 à 90 minutes entre Waterloo et Toronto. Les ramifications auraient un impact sur presque tous les aspects de la planification des villes et de la structure actuelle de notre civilisation. « C’est ce que la 5G apporte à la communication », affirme Dr Al-Kiswany. « Ça sera 10 fois plus rapide, rendant possibles des choses qui étaient impossibles auparavant. »
Dr Al-Kiswany souligne également l’amélioration significative de la latence avec la 5G, qui atteint 1 à 10 ms (connue sous le nom de communication très fiable à faible latence, ou URLLC). Soudain, il est concevable de contrôler finement un robot ou une machine en temps réel à distance, ou d’effectuer une chirurgie virtuelle avec une lecture vidéo en continu de haute qualité assortie d’une analyse.
Des infrastructures plus intelligentes et plus sûres
Les applications d’infrastructures intelligentes compatibles avec la 5G constituent un autre domaine de recherche important. Sriram Narasimhan, professeur de génie civil et environnemental à l’Université de Waterloo, s’intéresse à la meilleure compréhension de l’état des infrastructures grâce à la technologie. « Grâce à la 5G, nous essayons d’apporter des dispositifs de détection à très haute résolution sur le terrain, de sorte que nous puissions y faire des choses que nous pensions n’être possibles qu’en laboratoire », explique Dr Narasimhan.
Son collègue, Chul Min Yeun, professeur agrégé en génie civil et environnemental, convient que la 5G aura d’importantes applications en génie civil. « La 5G permet d’exploiter les technologies 3D et de réalité augmentée pour montrer un environnement numérique dans un monde physique », explique-t-il.
Aujourd’hui, lorsque les inspecteurs en ingénierie se rendent sur le terrain et recueillent des données, celles-ci ne sont traitées que plusieurs jours ou semaines plus tard, ce qui entraîne un long délai d’exécution pour cerner les problèmes et y remédier. Avec la 5G, les applications pourraient suivre l’avancement des travaux de construction avec une solution d’IA alertant les ingénieurs en cas d’incohérences par rapport aux plans ou de soutien structurel insuffisant. « L’aspect de l’intelligence en temps réel ou immédiate est tellement crucial », affirme Dr Narasimhan. « Il faut beaucoup de calculs complexes pour traiter l’information des données aux connaissances, et les technologies 5G nous permettent d’apporter cette intelligence directement à l’endroit où nous en avons besoin. »
Développer une meilleure 5G
Bien sûr, la gestion d’un réseau de communication avancé s’accompagne de sa propre courbe d’apprentissage, et les chercheurs de l’Université de Waterloo apportent également leur expertise pour collaborer directement avec Rogers. Raouf Boutaba, professeur et titulaire de la chaire d’informatique, se passionne pour le potentiel de la gestion autonome des réseaux, où ces réseaux seraient capables de surveiller et d’analyser les données sans intervention humaine. Pour ce faire, les réseaux doivent traiter de grandes quantités de données relatives à leurs opérations.
Dans le même ordre d’idée, Catherine Rosenberg, professeure de génie électrique et informatique, et titulaire d’une chaire de recherche du Canada et d’une chaire de recherche Cisco sur les systèmes 5G, travaille en étroite collaboration avec Rogers sur la planification et l’exploitation des réseaux 5G en fonction des données. « La 5G est un système très complexe », explique Dre Rosenberg. « Le banc d’essai de la 5G sur le campus est essentiel pour tester différentes idées et différentes technologies. »
Dre Rosenberg et ses étudiants chercheurs ont des réunions toutes les deux semaines avec Rogers. « Il s’agit d’une collaboration très fructueuse, qui n’est pas typique d’une rencontre tous les six mois », déclare Dre Rosenberg. « Les gens qui travaillent dans les entreprises ont beaucoup de bonnes idées, mais ils n’ont généralement pas le temps de les approfondir. C’est pourquoi la collaboration de Rogers avec l’université est formidable. L’équipe de Rogers peut nous parler de ses défis, et nous pouvons essayer de les relever dans un environnement moins stressant. »
Mener la révolution
En tant que chercheurs universitaires de haut niveau à l’Université de Waterloo – une école d’informatique et d’ingénierie de renommée mondiale – des professeurs comme Dr Boutaba, Dr Al-Kiswany, Dr Narasimhan et Dre Rosenberg ont l’habitude de se faire courtiser par l’industrie pour leur expertise. Mais la collaboration avec Rogers sur la 5G se distingue par son ampleur et son ouverture sur un sujet aux implications aussi révolutionnaires pour la vie quotidienne au Canada.
« Lorsque vous explorez un territoire inconnu, vous voulez avoir la liberté et la flexibilité d’échanger des idées et d’explorer des idées risquées », explique Dr Al-Kiswany. « Nous avons la chance que Rogers nous donne l’espace nécessaire pour aborder ces questions ouvertes avec un esprit ouvert. »
« La 5G va être essentielle pour notre société, ajoute Dre Rosenberg, et nous voulons que le Canada reste un leader dans ce domaine très important. »