5G tulee vauhdilla teollisuuteen

Oulun yliopiston koordinoiman 5G VIIMAN ytimessä olivat kaksi 5G-teknologian keskeistä kohdetta: paikalliset verkot sekä Internet of Things, ”esineiden internet”. Yhä useampi toimija on kiinnostunut omasta, suljetusta viestintäverkosta, ja 5G voi toteuttaa toiveen. Korkeammilla taajuuksilla 5G:tä käytettäessä tukiasemien on nimittäin oltava tiheämmässä, mikä mahdollistaa paikalliset ”mikro-operaattorit” ja näiden yksityiset 5G-verkot. Internet of Things (IoT) eli laitteiden, koneiden ja sensorien (mittausanturien) hyödyntäminen langattoman verkon avulla monipuolistuu 5G:n kapasiteetin ja nopeuden ansiosta.

Miten teollisuus voisi hyödyntää näitä? Vastaukset ovat aina tapauskohtaisia, toteaa tutkija Marja Matinmikko-Blue Oulun yliopiston Centre for Wireless Communications -tutkimusyksiköstä.

”5G VIIMASSA oli mukana useita erilaisia teollisia käyttöpaikkoja, kuten Oulun Satama, jossa on monia toimijoita, sekä Nokian tehdas, joka on suljettu ympäristö. Jokaisen kohdalla mietittiin, millaisia haasteita niissä on ja millaisista 5G- ja muista langattomista ICT-ratkaisuista olisi hyötyä juuri kyseisessä paikassa.”

5G VIIMAN koordinaattori Olli Liinamaa samasta tutkimusyksiköstä muistuttaa langattomuuden eduista. ”Jos laitteet liikkuvat, niiden tiedonsiirto pitää tietysti toteuttaa langattomasti, mutta langattomuudella ratkaistaan monta pulmaa myös liikkumattomien koneiden tapauksessa, jos niiden sijoittelu muuttuu. Kaapelointi jää pois, samoin vikaherkät reititysmuutokset.”

5G-verkkojen käytön lähtökohtana on kunkin paikan infrastruktuuri, jossa voidaan hyödyntää paitsi paikallista verkkoa, myös perinteisiä operaattoriverkkoja ja muita viestintäverkkoja. IoT:n hyödyntäminen taas lähtee sen pohtimisesta, missä tilanteissa ja toiminnoissa langattomuudesta olisi etua. Lisäksi on selvitettävä muiden ICT-ratkaisujen tarve: esimerkiksi Oulun Satamassa yhtenä ratkaisuna on videokameroilla ja sensoreilla kerättävä tilannetieto, joka välitetään verkon kautta alueen toimijoille.

”On ymmärrettävä todellisen käyttöympäristön todelliset haasteet”, Matinmikko-Blue toteaa. ”Se ei onnistu muuten kuin yhteistyössä. 5G VIIMASSA eri osapuolet tuotiin saman pöydän ääreen ja luotiin yhteistä ymmärrystä toimintaympäristöistä ja niiden haasteista. Yritykset ja tutkimusosapuolet pääsivät kehittämään yhdessä langattomia ratkaisuja ja kokeilemaan niitä tositilanteissa.”

”Esimerkiksi Oulun Satamalle järjestettiin workshopeja, joissa lähdettiin toimintaympäristön ymmärtämisestä: mistä siinä on kyse, mitkä ovat Sataman päätoimijoita, mitä sidosryhmiä sillä on ja mitä ne tekevät. Samoin lähestyttiin ICT-puolta: millaisia verkkoja, mitä operaattoreita, millaisia ICT-ratkaisuja Oulun Satamassa on. Tämän pohjalta ryhdyttiin miettimään, millaisia ratkaisuja tarvitaan, ja edettiin askel askelelta, esimerkiksi mitattiin verkkojen suorituskykyä.”

Seuraava hanke vie ratkaisut käytännön tasolle

Yhteisen keskusteluympäristön ja kokeilukulttuurin luominen on Matinmikko-Bluen mukaan 5G VIIMAN keskeisin saavutus. Kun suuret operaattorit ja laitevalmistajat, pienet ICT-ratkaisutoimittajat sekä tutkijat välittävät teknologista tietoa teollisuusyrityksille, jotka vastavuoroisesti valaisevat käytäntöjään ja kipupisteitään, teknologiset mahdollisuudet ja tarpeet kohtaavat ja jalostuvat ratkaisuiksi. Kotimaassa kehitetyt ja kokeillut ratkaisut taas voidaan viedä kansainvälisille markkinoille.

Lisäksi tarvitaan ymmärrystä säädöksistä. Siksi 5G VIIMAAN on osallistunut myös regulaattori – Liikenne- ja viestintävirasto Traficom – joka on voinut selventää tietoliikenteen sääntelytilannetta ja kertoa esimerkiksi 5G-käyttöön tulevista radiotaajuuksista. Vuorovaikutuksessa 5G:n teolliset käyttötavat sekä kehitettävät ICT-ratkaisut kirkastuvat ja jalostuvat tavalla, joka ei onnistu omin päin.

”Nimenomaan tietojenvaihtoa on pidetty hyödyllisenä”, Matinmikko-Blue kertoo.

Paikallisverkkojen kohdalla haasteena on erityisesti 5G-radiotaajuuksien saatavuus. ”Hyvistä taajuusalueista, joilla voi tehdä oman paikallisverkon kustannustehokkaasti, on pulaa. Lisäksi kansallinen regulaatio, se kenelle taajuudenkäyttöoikeuksia myönnetään, vaihtelee paljon Euroopan maidenkin kesken. Samoin paikallisverkkoja koskevassa sääntelyssä on paljon hajontaa, alkaen siitä, että monissa maissa paikallisverkkotoiminta ei ole vielä mahdollista. Suomi on ollut ensimmäisten joukossa tekemässä 5G-taajuuspäätöksiä, kun taas muualla ne ovat vasta tulollaan.”

IoT-ratkaisujen osalta yleispiirteenä nousi esiin ”digital twin” -konsepti. Siinä halutusta kohteesta – esimerkiksi tuotantoprosessista tai alueen toiminnoista – luodaan malli, ”digitaalinen kaksonen”, jolla optimoidaan toimintaa. Sensoritiedon ohella materiaalina voidaan käyttää mm. videokuvaa, muuta dataa ja ulkoisia informaatiolähteitä.

Langattomien ratkaisujen tarkempi kehitystyö ja hyödyntäminen teollisuusympäristössä on kuitenkin vasta alussa. ”Mahdollisuuksien kirjo on laaja ja 5G VIIMASSA ei päästy kovin pitkälle niiden testauksessa”, Matinmikko-Blue kertoo.

Liinamaa myöntää, että moni kysymys on vielä vastausta vailla. ”Vaikka hankkeessa toteutettiinkin lukuisia kokeiluja todellisessa ympäristössä, 5G-verkoista puuttuu vielä lukuisia hyödyllisiä ominaisuuksia ja teollisten sovelluksien kaupallistamisessa ollaan vasta aivan alkumetreillä.”

Matinmikko-Blue kiteyttää tulevan hankkeen tavoitteet: ”Kokeiluja aiotaan laajentaa ja mukaan otetaan uusia teollisuusympäristöjä. Tarkoituksena on tunnistaa liiketoimintamahdollisuuksia – mitä liiketoimintahyötyjä langattomista ratkaisuista on sekä niiden tuottajan että teollisuuden näkökulmasta – ja tuottaa ratkaisuehdotuksia, jotka voidaan kaupallistaa globaaleille markkinoille.”

Kestävä kehitys sekä teollisuuden että ICT-ratkaisujen kriteeriksi

Keskeinen uutuus ovat kestävän kehityksen tavoitteet, jotka leimaavat jatkohanketta kaikenkattavasti: kestävyyteen pyritään niin teollisuuden toiminnoissa kuin niihin kehitettävissä ratkaisuissakin.

”5G VIIMASSA kestävyysnäkökulmaan vain viitattiin, mutta jatkohankkeessa se otetaan keskiöön”, Matinmikko-Blue sanoo. ”Teollisuuden kestävyyshaasteet tuodaan ICT-ratkaisujen kehittäjien tietoon, ja myös itse ratkaisujen tulee olla kestäviä. Tässä yksi ratkaiseva tekijä on energiatehokkuuden parantaminen.”

Energiatehokkuus on ollut yksi koko 5G:n kehittämisen lähtökohdista: aiempaa suurempi tiedonsiirtokapasiteetti edellyttää, että yhtä bittiä kohti käytetään vähemmän energiaa. Tämän mittaaminen on kuitenkin vaikeaa.

”Prosessin päästä päähän -mittareita 5G:n energiankulutukselle ei vielä ole. Näihin kysymyksiin on kuitenkin jo herätty, ja Liikenne- ja viestintäministeriö julkaisi maaliskuussa 2021 suomalaisen ICT-alan ilmasto- ja ympäristöstrategian.”

SISUKSI nimettyyn kaksivuotiseen uuteen hankkeeseen on saatu mukaan jo yli 15 teollisuuspartneria ja seitsemän tutkimuslaitosta; tarvittavat osaset alkavat olla kasassa. Loppu riippuu rahoituksesta.