Esineiden internet eli IoT on tärkeässä asemassa digitalisaatiossa, sillä se mahdollistaa infrastruktuurin osana olevien anturien asentamisen siten, että fyysisen liikenteen määrän tarve vähenee dataa siirrettäessä. Kuten odotettavissa onkin, tällä on merkittävä vaikutus pystytettäessä kestävän kehityksen mukaisia ekosysteemejä.

 Uusi iso asia on jo odottamassa nurkan takana! Tältä ainakin tuntuu, kun puhutaan IoT-turvallisuudesta. Juuri kun olet saanut hankittua uusimmat ja edistyneimmät laitteet ja vimpaimet, ollaankin jo julkistamassa seuraavan version tuotteita. Perinteisen infrastruktuurin ollessa kyseessä saattaa tulla turhan kalliiksi ottaa käyttöön uusimman teknologian tuotteet joka kerta, kun niitä tulee markkinoille.

Tämä ei tarkoita sitä, ettei teknologian kehittymisellä olisi vaikutusta. IoT on tärkeässä asemassa digitalisaatiossa, sillä se mahdollistaa infrastruktuurin osana olevien anturien asentamisen siten, että fyysisen liikenteen määrän tarve vähenee dataa siirrettäessä. Kuten odotettavissa onkin, tällä on merkittävä vaikutus pystytettäessä kestävän kehityksen mukaisia ekosysteemejä.

Elämme nykyisin keskellä suurta energiakriisiä, joka vaatii toimenpiteitä kestävämmän kehityksen aikaansaamiseksi ja hiilijalanjälkemme pienentämiseksi. Lawrence Livermore National Laboratoryn mukaan vuonna 2019¹ Yhdysvalloissa jäi energiaa hyödyntämättä 67,5 quadia. Se tarkoittaa, että yli puolet kaikesta tuotetusta energiasta menetettiin käyttämättömänä lämpöenergiana. Vertailun vuoksi mainittakoon, että 1 quad on yhtä paljon kuin 1,055 x 10¹⁸ joulea. Luvut osoittavat, että käsillä on vakava ongelma kyvyssämme käyttää tuotettua energiaa laajassa mittakaavassa. IoT tarjoaa välineet löytää energiatehokkuuden ongelmakohtia käyttämällä hyödyksi kerättyä dataa. Energian käytön mittaaminen edistyneimpien anturitekniikoiden avulla on ensimmäinen askel kohti parempaa energiatehokkuutta ja kestävämpää kehitystä.

Kuva 1: Arvioitu energian kulutus ja energiavirrat Yhdysvalloissa vuonna 2019.

Yleinen tahtotila on pyrkiä paremmin ymmärtämään millaiset vaikutukset ihmisillä, organisaatioilla ja lainsäätäjillä on ekosysteemeihin ja osallistumaan siihen muutostyöhön, jota tarvitaan, että maailmalla olisi parempi tulevaisuus. IoT-laitteiden avulla voidaan vähentää energian kysyntää ja tehostaa olemassa olevien resurssien hyödyntämistä. Innovaatiotoimintojen vauhdittaminen ja uuden teknologian saattaminen nopeasti markkinoille auttavat kestävällä tavalla tuotetun energian kehittämisessä, hiilijalanjälkemme pienentämisessä ja yhteiskunnallisen vaikutuksen edistämisessä.

Kohti parempaa tulevaisuutta

Kestävää kehitystä voidaan edistää kolmella tavalla. Ensinnäkin voidaan pyrkiä vähentämään energian kulutusta. Virtualisointi ja älykkäät ratkaisut ovat tässä avainasemassa. Toinen keino on pyrkiä lisäämään energiasta saatavaa hyötysuhdetta tehostamalla energian nykyisiä käyttötapoja. Esimerkiksi polttomoottorin korvaaminen sähkömoottorilla tai energian tuottaminen uusiutuvilla energialähteillä kuten tuulivoimalla hiilenpolton sijaan ovat ympäristön kannalta tehokkaita tapoja tuottaa energiaa. Kolmas tapa on pyrkiä hallitsemaan ympäristön saastumista, mitä voidaan toteuttaa valvomalla ja sitomalla kasvihuonekaasuja. Kaikki kolme tapaa edellyttävät innovaatioiden ja teknologioiden kehitystyötä.

Kuva 2: Kestävää kehitystä voidaan edistää kolmella tavalla.

Elektroniikka on käynyt läpi useita muutoksia pyrkiessään vastaamaan tehokkuuden kasvun asettamiin vaatimuksiin. Nyt on nähtävissä, että IoT:llä on suurimmat mahdollisuudet vaikuttaa myönteisesti kestävän kehityksen haasteisiin.

IoT:n ja reunalaskennan soveltaminen edustaa ajattelutavan muutosta, jossa energian käyttöä kuvataan fyysisten objektien siirtämisen sijaan datan siirtämisellä. Tämä muutos tapahtuu kahdella tavalla. IoT:tä voidaan käyttää optimoimaan nykyisiä prosesseja paremman tehokkuuden aikaansaamiseksi tai ottamalla käyttöön uusia prosesseja. Molempia tarvitaan kestävän kehityksen merkitykselliseen edistämiseen, mutta uusien prosessien tuominen on perustavanlaatuinen muutos.

Kuva 3: Uutta ajattelua kuvaa energian käytön muuttuminen fyysisten objektien siirtämisestä datan siirtämiseen.

Tärkeimmät megatrendit

IoT-ratkaisut ovat valtaamassa alaa kaikkialla teollisuudessa. Vaikka kulutustavaroita valmistava teollisuus tarjoaakin kaikkein kiinnostavimmat IoT-tuotteet kodin ja jopa vaatteiden varustamiseen, IoT:llä tulee olemaan valtava vaikutus kestävään kehitykseen ja yhteiskunnallisesti merkittäviin megatrendeihin.

5G-teknologia on olennaisesti muuttamassa tapaa operoida kriittistä infrastruktuuria. Uuden teknologian, kuten itseohjautuvien ajoneuvojen, mahdollistamisen lisäksi siihen voidaan yhdistää myös perinteisempää infrastruktuuria ilman, että tarvitsisi ryhtyä vetämään kuparikaapelia liittämistä varten. Kummassakin tapauksessa syntyvän jätteen määrä vähenee merkittävästi. Lisäksi se helpottaa infrastruktuurin toteuttamista alueille, joista se on aikaisemmin puuttunut, mahdollistaen yhteisöjen kukoistamisen myös syrjäisemmillä alueilla.

Pandemian jälkeisessä maailmassa on suuri tarve uusille digitaalisille terveydenhoitoratkaisuille ja lisääntyvää kysyntää terveydenhuollon etäpalveluille. Markkinoille on tullut niin puettavia kuin kotiin asennettavia ja kaikkea siltä väliltä olevia kliinisiä lääkintälaitteita auttamaan ihmisten omatoimista terveydentilan seurantaa. Terveydenhoidon kustannusten noustessa on tärkeää ennalta ehkäisevästi tarkkailla ja hoitaa terveyttään, jolloin sairaalahoidon tarve vähenee. Pitämällä ihmiset poissa sairaaloista ennalta ehkäisyn ja kotihoidon avulla on yksi merkittävimmistä keinoista hillitä hoitokustannusten kasvua ja parantaa elämän laatua.

Sähköistäminen ja itseohjautuvat ajoneuvot vaikuttavat suoraan suurimpien hiilipäästöjen määrään. Fossiilisten polttoaineiden käytön vähentäminen on yksi nopeimmin päästöjen pienenemiseen vaikuttavista asioista. Esimerkiksi toteuttamalla laajalla alueella toimiva itseohjautuvien ajoneuvojen yhteiskäyttöä tukeva hankeohjelma mahdollistetaan ihmisten saataville tilauspohjainen kuljetusjärjestelmä, jolloin liikenteen määrä ylipäänsä ja tarve hankkia omistusauto vähenisivät. Sen lisäksi käyttämällä uusiutuvia energialähteitä ja sähkömoottoreita saadaan hiilipäästöjä edelleen alennettua.

Neljäs tärkeä megatrendi on automaatio ja älykkäät toimitusketjut. Hyödyntämällä automaatiota parannetaan merkittävästi työturvallisuutta, koska ihmiskeholle turhan raskaat ja vaarallisissa ympäristöissä tehtävät työvaiheet voidaan automatisoida. Hyödyntämällä dataa toimitusketjujen tarkkuuden parantamiseksi vähennetään lisäksi energian kokonaiskulutusta ja jätteiden muodostumista.

Kuva 4: IoT:n markkinoille suunnattuja turvaratkaisuja.

Edellä mainitut megatrendit on mahdollista toteuttaa IoT-laitteissa liikkuvan datan ja reunalaskennan avulla. Haasteita kuitenkin vielä riittää. Markkinoilla on jatkuva tarve kehittää nopeampia ja dynaamisempia suunnitteluratkaisuja digitalisaation asettamien vaatimusten toteuttamiseksi. Kun kysyntä kasvaa, perinteiset markkinat hyötyvät saadessaan pääsyn suljettuihin ekosysteemeihin, jolloin nykyisten ja uusien toimijoiden vuorovaikutus suunnitteluratkaisuissa lisääntyy. Perinteisesti tällaiseen kysyntään on vastattu teollisuuden ja innovaatioyhteisöjen yhteenliittymien määrittelemillä avoimilla arkkitehtuureilla.

Innovointia edistämällä haasteet haltuun

On olemassa kaksi pääasiallista teollisuusstandardien ja liittoutumien muodostamista edistävää tekijää. Markkinoilla on tarve nopeampiin ja lyhyempiin suunnitteluaikoihin, jotta yhä useampi ekosysteemiin kuuluva kumppani voi tarjota ajallisesti kilpailukykyisiä ratkaisuja. Lisäksi IoT-laitteiden sulauttaminen fyysiseen infrastruktuuriin vaatii skaalattavissa olevien avointen arkkitehtuurien käyttöä. Molempien tarpeiden täyttäminen edellyttää teollisuusstandardien, yhteenliittymien ja sopimusten muodostamista.

Hyvä esimerkki on O-RAN (Open Radio Access Network) -allianssi. Se on tietoliikenneteollisuuden operaattorien lanseeraama allianssi, joka antaa operaattoreille kanavan vaikuttaa alan asioihin. Heidän tavoitteenaan on edesauttaa älykkäiden, avoimien, digitaalisten ja täysin keskenään yhteensopivien mobiiliverkkojen kehitystä. Sekä jäsenet että yhteistyökumppanit osallistuvat kehitystyöhön ja pyrkivät edistämään avoimen ”valkoisen laatikon” ekosysteemin kehittämistä 5G-infrastruktuurille.

Perinteisesti tätä markkinaa ovat hallinneet suuret tietoliikenneyhtiöt kehittämillään yksinoikeudella valmistetuilla ”musta laatikko” -ratkaisuillaan. O-RAN-allianssilla on tarjolla rajapintastandardit ja referenssisuunnittelut, jotka mahdollistavat mahdollisimman laaja-alaisen osanottajajoukon osallistumisen nopeaan ja monimuotoiseen 5G-suunnittelujen kehitystyöhön.

Teollisuusstandardien ja yhteenliittymien olennainen rooli on taata kunnossapitotoimintojen luotettavuus ja kehityskelpoisuus sekä suojaustoimet tulevaisuuden vaatimusten aiheuttamien mahdollisten epävakaustilojen varalta. Samanlaiset vaatimukset, jotka ovat olemassa 5G-ekosysteemeissä, ovat olemassa myös muilla markkinoilla ja niihin voidaan vastata vastaavalla tavalla. Standardeissa ja yhteenliittymissä myös määritellään turvallisuutta koskevat vaatimukset, joilla suojaudutaan tulevaisuudessa tahattomilta ja haitallisilta hyökkäysuhilta. Työryhmissä turvallisuusasioita pohditaan arvioimalla turvariskejä ja määrittelemällä yhteentoimivuutta.

Turvallisuuden vaikutus kestävään kehitykseen

Eräs turvallisuuteen vaikuttava perusperiaate on oikeanlaisen suojauksen asettaminen oikeisiin kohtiin järjestelmässä riskiarvion ja omaisuuden arvon mukaisesti. Sitä mukaa kun kehitetään perinteisiin tai uusiin fyysisiin laitteisiin yhdistettyjä ratkaisuja, uhkien rintama laajenee entisestään. Tästä syystä turvallisuus on yksi perustavaa laatua oleva elementti, jonka IoT mahdollistaa ja on vaikutukseltaan merkittävä yhteiskunnalliselta ja ympäristön kannalta.

Mukanaolo yhteenliittymissä, alliansseissa ja standardointielimissä on pääasiallinen keino vaikuttaa hyvien turvallisuuskäytäntöjen muodostamiseen. On olemassa kolme tapaa lähestyä turvallisuutta, mikä suoraan vaikuttaa kestävään kehitykseen.

Ensimmäinen on elektroniikkaromun vähentäminen. Elektroniikkaromua ei useinkaan pidetä erityisen merkittävänä ympäristön ongelmana, mutta sillä saralla on paljon mahdollisuuksia tarjolla. Nykyisin elektroniikkaromun kierrättäminen tulee hyvin kalliiksi, vaikka se olisi hyvin eroteltua. Tarvitaan parempia keinoja elektroniikkajätteen kierrättämiseksi, vaikkakin oikeilla turvallisuusratkaisuilla voidaan vähentää muodostuvan jätteen kokonaismäärää. Tätä voidaan edesauttaa pidentämällä tuotteiden käyttöikää ja kehittämällä laitteistoalustoja mahdollistamaan ohjelmistopohjaisten ratkaisujen käyttöä. Sisällyttämällä järjestelmään molempien lähestymistapojen mukaisia turvallisuuden osajärjestelmiä on mahdollista vähentää elektroniikkajätettä, koska laitteen käyttöikä pitenee ja voidaan hyödyntää menetelmiä laitteen uudelleen käyttämiseksi.

Jätteen vähentäminen on toinen tapa vaikuttaa turvallisuudella kestävään kehitykseen. Määrittelemällä kooltaan pienille IoT-sovelluksille turvallisuusstandardit, voidaan vähentää laitteen kokonaiskokoa ja -tehoa. On yleistä käyttää datakeskuksissa sovellettavaa lähestymistapaa määriteltäessä edge-laitteen rajapintoja turvavaatimuksilla, joihin sisältyy tarpeellisten algoritmien ja rajapintojen lisäksi ylimääräisiä algoritmeja ja rajapintoja. On olemassa mahdollisuus, että määritellään ainoastaan pienin määrä rajapintoja ja salausprosesseja tuotteen kokonaiskoon pienentämiseksi.

Turvallisuudella on myös suuri kanssakäymiseen liittyvä vaikutus turvallisen toiminnan takaamiseksi, käyttäjän yksityisyyden suojaamiseksi ja turvallisuuden tekemistä helppokäyttöiseksi niin loppukäyttäjän kuin suunnittelutiimien kannalta. Useimmat ihmiset eivät ole turvallisuusasiantuntijoita eivätkä ymmärrä turvakokoonpanojen ja -asetusten merkitystä. Sillä, miten saumattomasti turvallisuus on mukana käyttäjän näkökulmasta katsoen, on suuri vaikutus hänen yleiseen hyvinvointiin.

Kuva 5: Kolme yllättävää aluetta, joilla IoT:n turvaominaisuuksilla edistetään kestävää kehitystä.

Osana nykyistä nopeavauhtista innovointitoimintaa ADI on mukana myötävaikuttamassa kestävän kehityksen alueen teknologian kehitykseen. ADI:n langaton akunhallintajärjestelmä vaikuttaa autoteollisuuteen siten, että materiaalikustannuksia saadaan vähennettyä samalla kun voidaan lisätä joustavuutta suunnitteluun, jolloin on mahdollista tehokkaasti tuottaa erilaisia sähköautomalleja. ADI:n energianvarastointijärjestelmät (ESS) helpottavat uusiutuvien energialähteiden tuottaman energian integroimista pääasiallisesti käytettävän energian kanssa tasoittamalla mahdollisista energiantuoton katkoksista johtuvia ongelmia, jotka ovat luonteenomaisia uusiutuvien teholähteiden kuten tuulen ja aurinkoenergian yhteydessä.

Lisäksi ADI:n läsnäoloa monitoroivalla EagleEye-ratkaisulla saadaan käyttöön päätelmiä ja analyysejä, joilla voidaan tehostaa rakennusten hallintaa. Nämä ovat vain osa niistä monista sovelluksista, joissa käytetään ADI:n ratkaisuja parantamaan hyötysuhdetta ja alentamaan ympäristölle aiheutuvia vaikutuksia hyödyntämällä saatuja merkityksellisiä päätelmiä.

ADI:n turvallisuuteen tähtäävä lähestymistapa on mahdollistaa teknologia, jolla tuotetaan yhä parempaa kestävää kehitystä ekosysteemiin hyödyntämällä käytäntöjä, joilla innovointitahtia voidaan nopeuttaa ja jätteiden muodostumista vähentää. Nämä käytännöt pohjautuvat teollisuusstandardeihin samalla kun niiden avulla voidaan hahmotella uusia standardeja, jotta saadaan käyttöön turvallisuusratkaisuja ja kestävän kehityksen edge-ratkaisuja. ADI:n turvallisuusratkaisut on tarkoitettu uudelleen käytettäviksi monissa eri sovelluksissa, jolloin suunnittelutiimit voivat tehdä nopeasti innovaatioita ja varmistua, että turvallisuusratkaisu on standardien mukainen ja rakenteelliselta suunnittelultaan kestävä. Kun katsotaan tulevaisuuteen, ADI:n turvallisuusratkaisun arkkitehtuuri mahdollistaa dynaamiset käyttöiät ja uusia ominaisuuksia on mahdollista lisätä sen ohjelmistoihin sitä mukaa kun alan teollisuuden toimijat tuovat esiin uusia tarpeita. ADI on sitoutunut auttamaan vanhojen prosessien tekemisessä tehokkaammiksi, kun siirtymävaiheessa ollaan ottamassa uudenlaista ajattelutapaa käyttöön, jotta asiakkaat voivat helposti tuoda markkinoille uuden ajattelutavan mukaisia ratkaisuja.

Viite

¹ ”Estimated U. S. Energy Consumption in 2019: 100.2 Quads.” Lawrence Livermore National Laboratory, March 2020.