5G nostaa kuluttajien mobiilidatan nopeuden uusiin lukemiin, mutta teollisuuden kannalta merkittävämpää on se, mitä 5G tuo esimerkiksi esineiden internetiin. 3GPP:ssä on standardoitu useita IoT-tekniikoita, mutta näyttää siltä, että parhaiten lupaukset täyttää tekniikka, joka perustuu tamperelaisen Wirepasin protokollalle.
Kansainvälisen televiestintäliitto ITU:n 5G-määritysten mukaan IoT-verkon pitää sallia miljoonan laitteen kytkeminen verkkoon neliökilometrillä. ETSI:ssä määriteltävä DECT-2020 -standardi mahdollistaa tämän tavoitteen täyttämisen nimenomaan Wirepasin MESH-protokollalla.
Yhtiön pääjärjestelmäsuunnittelija Juho Pirskanen on mukana DECT-2020:n kehitystyössä. Hänen mukaansa kyse on tekniikasta, joka ensimmäisenä täyttää 5G:n IoT-lupauksen. – Näin on varsinkin silloin, kun puhutaan esimerkiksi teollisuuden, taloautomaation, älykkäiden kaupunkien ja muiden vastaavien kohteiden IoT-ratkaisuista, joissa laitteita on oikeasti paljon.
Wirepas ja VTT ovat julkistaneet simulaatiotulokset, jotka todistavat DECT-2020:n täyttävän sille asetetut vaatimukset. Simuloinnin tulokset on julkistettu VTT:n sivuilla. Juho Pirskasen mukaan WIrepas on tuomassa lopullista tuotetta markkinoille ensi vuonna. DECT-2020 toimii kaikkialla vapaana olevalla 1,9 gigahertsin kaistalla ja se onkin ainoa IoT-tekniikka, jolla on käytössään sama taajuusalue kaikkialla. Radiopiirit tulevat markkinoille hyvissä ajoin ensi vuonna, Pirskanen uskoo.
Mikä tekee sitten DECT-2020-standardista erilaisen? Verrattuna 3GPP:n erilaisiin mobiiliverkossa toimiviin tekniikoihin (NB-IoT ja LTE-M) sekä Semtechin alun perin kehittämään LoRaan suurin ero on verkkoarkkitehtuurissa. - 3GPP-verkot ja LoRa tarvitsevat tukiasemia, jotka on tyypillisesti sijoitettu korkeisiin mastoihin. Kaikki kommunikaatio on laitteen ja tukiaseman välistä. Jokaisen laitteen tulee olla tukiasemien kuuluvuusalueella. Jos laite siirtyy tukiaseman kantaman ulkopuolelle, ei se voi kommunikoida kenenkään kanssa, Pirskanen selventää.
Mesh-pohjaisen DECT-2020:n tilanne on aivan toinen. Kommunikaatio voi olla laitteiden välistä. - Esimerkiksi valo-ohjauksessa sensori/kytkin lähettää viestin suoraan valoille, laitteista yhdyskäytävään ja sitä kautta taustajärjestelmään. Kaikkien laitteiden ei tarvitse olla gatewayn kuuluvuusalueella vaan muut laitteet voivat välittää toisten laitteiden dataa. Järjestelmä on suunniteltu niin että mikä tahansa laite voi välittää toisen laitteen dataa ja laitteet voivat olla paristokäyttöisiä eli erittäin energiatehokkaita.
Mesh auttaa tehonkulutukseen
Pirskasen mukaan DECT-2020 käyttää kaikkia nykyaikaisia radiotekniikan menetelmiä jotka on hyvin tunnettuja ja hyviksi havaittu. Nämä menetelmät ovat paljolti samoja mitä 3GPP LTE ja 3GPP 5G ratkaisut käyttävät DECT-2020 järjestelmään sovitettuna.
NB-IoT- ja LTE-M-verkkoihin verrattuna DECT-2020 tukee suurempia nopeuksia IoT laitteille, noin 3 megabittiä sekunnissa. DECT-2020 tukee suurempiakin datanopeuksia, mutta näitä ei suunnitella käytettäväksi ensimmäisen polven IoT-järjestelmissä. - On tärkeää huomata, että datanopeuteen radiokommunikaatiossa vaikuttaa merkittävästi se, miten voimakkaan signaalin vastaanotin saa vastaanotettua. Siihen taas vaikuttaa suoraan se, miten pitkän matkan ja esim. monenko seinän läpi signaali pitää kulkea, Pirskanen muistuttaa.
- DECT-2020 käyttää mesh-arkkitehtuuria, jotta kommunikaatiolle löytyy aina suotuisa ”hyppypolku”. Tällöin mikään radioyhteys ei joudu käyttämään epäoptimaalista radiokanavaa. NB-IOT ja LTE-M pyrkivät ratkaisemaan tämän ongelman lähetyksen toistolla, joka tarkoittaa efektiivisen bittinopeuden laskua, pidempää lähetysaikaa ja pitempää latenssia. Kauimpana tukiasemasta sijiatsevat laitteet kärsivät eniten. NB-IoT ja LoRa käyttävät myös hyvin kapeakaistaista lähetystä, joka johtaa pienempään bittinopeuteen, vaikka yhteys olisi hyvä.
Erityisesti 3GPP-pohjaisiin verkkoihin ja LoRaan verrattuna DECT-2020 eroaa bisnesmallinsa osalta. 3GPP-standardeihin pohjaavat IoT-ratkaisut ovat aina matkapuhelinoperaattorin rakentamia palveluita: operaattori omistaa taajuuden ja tukiasemat, ja laitteen omistaja maksaa liittymämaksua. Kaikki data tulee operaattorin runkoverkkoon ja välitetään sieltä niihin tietojärjestelmiin, joihin operaattori datansiirron mahdollistaa.
- Lora-verkot toimivat samoin. Joku rakentaa tukiasemat ja tarjoaa sitten liittymiä. LoRa tarjoaa teoreettisen mahdollisuuden omiin tukiasemiin, mutta järjestelmä olettaa, että muita LoRa-järjestelmiä ei ole samalla alueella, Pirskanen kertoo.
DECT-2020 toimii eri periaatteella. Verkon voi rakentaa kuka vain ja toimia vapaalla taajuudella jossa ainoastaan DECT ja DECT-2020 järjestelmät saavat toimia. Euroopassa tämä taajuus on 1880-1900 MHz. Yhdyskäytävän voi sitten kytkeä haluamallaan tavalla omaan tietojärjestelmiinsä, jotka voivat olla paikallisia servereitä tai globaaleja pilvipalvelutarjoajia.
Suosituista IoT-tekniikoista DECT-2020 peittoaa myös Zigbeen. Zigbee ei tue moderneja radioteknikoita, eikä bittinopeuden tai lähetystehon kasvattaminen ole mahdollista. Pirskasen mukaan DECT-2020 käyttää myös taajuuksia paremmin.
- DECT-2020-mesh-verkko voi käyttää useita eri taajuuskanavia ja myös välttää taajuudet joilla on häiriöitä. Zigbee toimii aina yhdellä kanavalla, jolle se on konfiguroitu. Jos ulkoista interferenssiä ilmenee, järjestelmä kärsii siitä.
Lisäksi Zigbee rajoittaa verkon koon 255 laitteeseen. Käytännössä raja on noin 120-150 solmua. - DECT-2020 järjestelmä on suunniteltu toimimaan myös hyvin laajoissa järjestelmissä. Yhdyskäytäviä ja solmuja voi olla käytännössä rajaton määrä yhdessä ja samassa verkossa, Pirskanen päättää.
Suojattu flash-muisti tarjoaa verkkoon liitetyille laitteille ja järjestelmille laitteistopohjaisen suojauskerroksen ja täyttää NIST SP800-193 -ohjeistuksen mukaiset häiriönsietovaatimukset. Muistipiireihin erikoistuneen Winbondin kehittämä suojattu flash-piiri on myös suoraan korvaava ja täysin yhteensopiva tavanomaisten NOR-flash-piirien kanssa.
