IoT:n käyttöönotto

Internet of Things eli IoT on luultavasti nopeimmin kasvava tekniikan ala tulevina vuosina. Melkein mitä tahansa anturi, laite tai mittari yhdistetään langattomasti internettiin ja pilveen. Tämä mahdollistaa laitteiden ja ympäristön etämonitoroinnin ja valvonnan. IoT teknologian standardointi on käynnissä ja joitakin tekniikoita on jo hyväksytty. Ensimmäisiä EC-EGPRS laitteita odotetaan tulevan markkinoille 2016 tai viimeistään 2017, mutta 5G verkot ja niihin sopivia laitteita tulee vasta paljon myöhemmin.

Vaatimukset verkkotekniikalle

Varsin monet laitteet ovat paikoissa, joissa verkkovirtaa ei ole käytettävissä tai kaapeleita on hankala asentaa. Näissä tapauksissa alhainen virrankulutus on välttämätöntä. Pariston kestoajan olisi syytä olla useita vuosia tai ainakin kuukausia. Toisaalta vaadittava tietojen siirtokapasiteetti on usein suhteellisen alhainen, esimerkiksi silloin kun mitataan hitaita parametrivaihteluja.

Verkon kattavuus on tärkeä tekijä koska se määrittää investointitarpeen. Verkon kuuluvuus on myös tärkeää, koska monet laitteet ovat hankalissa paikoissa kuten kellarissa. Usein myös rakennuksen aiheuttama vaimennus on suuri.

Laitteiden ja operaattoreille maksettavien tiedonsiirtokustannuksien pitäisi olla riittävän alhaisia siten että on kannattavaa kytkeä suuri määrä laitteita verkkoon ja pilvipalveluihin. Antureiden ja tiedonsiirtohintojen laskusuuntaus lisää mielenkiintoa IoT ratkaisuihin.

Tulevien LPWAN verkkojen luettelo

On olemassa varsin monia vaihtoehtoja pienitehoisten kaukoverkkojen toteuttamiseen. Näitä verkkoja voidaan jakaa kahteen ryhmään riippuen siitä mitä taajuusaluetta käytetään palveluihin. Lisensoidut taajuusalueet, jotka tässä tapauksessa koskevat matkaviestinjärjestelmiä ja lisensioimattomat taajuusalueet eli ISM taajuudet. ISM taajuudet ovat teollisuuden, tieteen ja lääketieteen radiotaajuuksia, jotka ovat kansainvälisesti alun perin tarkoitettu muuhun kuin televiestinnän käyttöön. Käyttö ei edellytä mitään oikeuksia ja laitteiden odotetaan sietävän enemmän häiriösignaaleja kuin lisensoitujen taajuusalueiden laitteiden.

Kolme lisensioidun alueen LPWAN tekniikkaa on hyväksytty 3GPP:ssä helmikuussa. Nämä ovat LTE-MTC, NB-IoT ja EC EGPRS. Lyhenne LTE-MTC tarkoittaa koneiden välistä viestintää, NB-IoT tarkoittaa kapeakaistaista IoT:tä ja EC-EGPRS laajennetun kattavuuden EGPRS:ää.

Useat kapeakaistaiset IoT-verkot käyttävät lisensoimattomia ISM taajuusalueita. Näitä ovat SigFox, LoRaWAN ja Neul, NWave, Weightless-N, Weightless-P. Viimeiset neljä perustuvat Weightless standardiin.

IoT viestintäverkot Euroopassa

Useat mainituista verkoista ovat vielä enemmän tai vähemmän kehitysvaiheessa mutta osa on jo käyttöönottovaiheessa. Erityisen mielenkiintoisia tapauksia ovat SigFox, LoRaWAN ja EC-EGPRS. SigFox on jo otettu käyttöön Espanjassa, Ranskassa, Irlannissa, Alankomaissa, Belgiassa, Italiassa, Tšekissä ja osittain Isossa Britanniassa, Saksassa ja Tanskassa.

Orange suunnittelee/toteuttaa LoRaWAN verkon käynnistämistä Ranskassa. Lace yhtiö käynnisti LoRaWAN verkon Venäjällä viime syksynä. Pian myös Belgiassa, Luxemburgissa, Alankomaissa ja Sveitsissä on LoRaWAN verkko.

Laajennetun kattavuuden EGPRS standardi hyväksyttiin 3GPP:ssä helmikuussa ja verkkovalmistajat, kuten Nokia ja Ericsson tekevät GSM/GPRS-verkkoihinsa EC EGPRS-ohjelmistopäivityksen. Tämä tapahtuu vuoden 2016 loppuun mennessä. Laitteita odotetaan markkinoille nopeasti päivityksen jälkeen.

SigFox

SigFox perustuu erittäin kapeakaistaiseen tekniikkaan, lyhyeen lähetysaikaan ja alhaiseen siirtonopeuteen.  Laite voi lähettää vain 12 tavua hyötykuormaa kerrallaan ja enintään 140 lähetystä päivässä käyttäen 100bps siirtonopeutta. Tämä mahdollistaa alhaisen virrankulutuksen ja pitkän toiminta-ajan. Tällainen toiminta sopii sovelluksiin, joissa tarvitaan pieniä määriä dataa. Tyypillisiä ratkaisuja ovat esimerkiksi hälytykset ja vesimittarin lukemat. Laitteen ohjaus on myös mahdollista, koska laitteeseen voidaan lähettää 8 tavua hyötydataa. Tosin vain 4 ohjaussanomaa päivässä on sallittu, joten tätä ei voi käyttää moniin tarkoituksiin.

LoRaWAN

LoRaWAN hyödyntää hajaspektritekniikkaa ja enemmän kaistanleveyttä kuin SigFox. Koska koodaus on toteutettu tehokkaasti niin linkkibudjetti on yhtä hyvä kuin Sigfox:ssa. Tiedonsiirron nopeus on suurempi kuin Sigfox:ssa ja linkki on symmetrinen, mikä mahdollistaa suuremman nopeuden ja datamäärän laitehallintaan.

EC-EGPRS

EC-EGPRS teknologia perustuu GSM/GPRS-verkoihin. Verkon HW päivityksiä ei tarvita. Palvelu voidaan lisätä nykyisiin verkkoihin ohjelmistopäivityksenä. Laajennettu kattavuus saavutetaan käyttämällä toistoja ja signaalin yhdistämistekniikoita.  Laite voi nukkua jopa 52 minuuttia käyttäen eDRX:ää. Näin voidaan saavuttaa merkittäviä tehosäästöjä. Tiedonsiirron nopeus on 10 kbps, mikä on Sigfox:n ja LoRaWAN:n nopeuksien välissä.

LPWAN käyttöönotto Suomessa

SigFox ja LoRaWAN verkot otetaan käyttöön tänä vuonna Suomessa. Connected Finland rakentaa SigFox verkon tänä vuonna. Digitalla ja Actilitylla on  LoRaWAN pilottiverkot pääkaupunkiseudulla. Näissä on vain pari tukiasemaa toistaiseksi. Connected Finland on kertonut rakentavansa SigFox verkon kattamaan suuren osan väestöstä 2016 loppuvuoden ja 2017 alkuvuoden aikana. EC-EGPRS päivitys GSM/GPRS-verkkoihin olisi saatavilla loppuvuodesta 2016 mutta operaattorit eivät ole toistaiseksi julkistaneet suunnitelmiaan.

Johtopäätelmiä

Lähitulevaisuudessa suuria määriä IoT-laitteita yhdistetään Internettiin. Ericsson ennustaa, että vuoteen 2021 mennessä on 28 miljardia verkkoihin kytkettyä laitetta. Monet kehittyvät verkkotekniikat kilpailevat tällä alalla ja tulemme näkemään monia pilotteja ja kaupallisia verkkoja Euroopassa. Näyttää siltä että ei ole mitään selkeää voittajaa vaan useat verkoista tulevat toimimaan rinnakkain hieman eri käyttötarkoituksissa. Connected Finlandin SigFox-verkon käyttöönotto on todennäköisesti nopeinta ja muut seuraavat perässä.