Oma 5G/6G-testiverkko pitää oululaiset tutkijat kehityksen kärjessä

6G Flagshipin tutkimusvisiota tukeva testiverkko yhdistää tulevaisuuden langattomien tekniikoiden kehityksen uusiin liiketoimintamalleihin sekä uusiin sääntelyehdotuksiin ja mahdollistaa näin täysin uusien sovellus- ja palvelukonseptien luomisen ja kokeilut. Professori Ari Poutun johtama 5GTN-tiimi hoitaa verkkoa, joka on rakennettu 6G Flagshipissa kumppanina alusta asti olleen Nokian tarjoamille pääkomponenteille. Tiimin hallinnoitavana on 4G- ja 5G radiolaitteiden sekä verkon kontrollijärjestemän lisäksi yli 1 000 erillistä SIM-korttia, 2 500 anturia, yksi maailman suurimmista sisäpaikannusjärjestelmistä, laskentaresursseja sekä huipputeknisiä mittauslaitteita, jotka ovat käytettävissä tutkimukseen, kokeiluihin, esityksiin ja koulutukseen. Yhteistyökumppaneille tämä kaikki on mahdollista ilmaiseksi.

Tutkimusalustana 5GTN soveltuu erityisen hyvin vertikaalimarkkinoiden tutkimiseen, mikä näyttää tietä tulevaisuuden langattomien verkkojen kehitykselle sekä tekniikan että sovellusominaisuuksien näkökulmasta. ”Korostamme pilotointia ja testausta eri vertikaalimarkkinoilla”, Ari Pouttu kertoo. ”Nykyiset fokusalueemme ovat teollisuus ja valmistus, satamat ja logistiikka sekä sairaalat ja terveydenhoito. Olemme laajentamassa voimavarojamme myös autoihin ja liikenteeseen, joihin tutkijayhteisön kiinnostus yhä useammin kohdistuu.

Tällä hetkellä kehitämme älyautoamme niin, että se voi hyödyntää 5G:tä ja sitä seuraavien sukupolvien teknologioita. Suunnitelmissamme on esitellä verkkoon yhdistettyä autonomista ajamista testeillä, jotka on tarkoitus suorittaa aikanaan rajanylityksillä Suomen ja Ruotsin välillä. ”Tiimi lisää 5G-testiverkon joustavuutta integroimalla siihen myös lupaavia uusia teknologiakomponentteja, joita ovat esim. LIDAR-pohjainen tilannekuvan muodostaminen ja drone-pohjaiset uudet palvelut.”

Viimeisimmät laitteistohankinnat puolestaan tukevat 5GTN:n pilvipohjaista radioarkkitehtuuritutkimusta, useiden radiorajapintojen integrointia ja radiopaikannusta sekä sisä- että ulkotiloissa sekä kokonaan 5G-tasoista erillisrunkoverkkoa, mikä tehostaa 5GTN:ää ihanteellisena avoimena ympäristönä päästä päähän -järjestelmien testaukselle.

”Haluamme tarjota maailmanlaajuisille tutkimuskumppaneillemme joustavan ympäristön kansainvälisiin testitapauksiin, jotka kattavat maailmanlaajuisia käyttötapauksia”, Pouttu toteaa.

Yrityksille 5GTN on helppokäyttöinen integrointikehys, jossa ne voivat kehittää ja testata teknologia- ja palveluratkaisuja ja lisätä asiantuntemustaan uusien konseptien kehittämisessä, mallintamisessa ja validoinnissa. Testiverkko tehostaa sellaisten haastavien konseptien tutkimusta, joita ei ennen ole ajateltukaan, ja alentaa innovointikynnystä ja -kustannuksia. Erityisesti startupit sekä pienet ja keskisuuret yritykset hyötyvät ilmaisvaihtoehdosta. Jos käyttäjä tarvitsee lisäapua tai asiantuntijatukea kokeilujen suorittamiseen, korvauksesta päätetään tapauskohtaisesti. Alusta muodostaa luonnollisesti myös erinomaisen alustan mille tahansa tutkimusyhteistyölle.

Tekniikkaa terahertsialueen testeihin asti

5GTN tarjoaa hallitun ympäristön yritysten palvelukehitykselle. ”Voimme erottaa kokeiluja toisistaan viipalointi- ja hiekkalaatikkotoimintojen avulla”, Pouttu sanoo. ”Lisäksi kumppanit voivat suorittaa arkaluontoisia ohjelmistoja myös omista laskentaresursseistaan, jotka on yhdistetty langattomaan testialustaan VPN:n kautta. Kokeilujen data käsitellään luottamuksellisesti, jos sitä pyydetään.”

Suunnitelmat 5GTN:n kehittämiseksi 6GTN:n suuntaan määritettiin vuonna 2018, ja kehitys on alkanut täydellä nopeudella julkisen infrastruktuurin rahoituksen ja johtavan teollisuusyhteistyön ansiosta. Pouttu vahvistaa tiekartan sisältävän useita kriittisiä vaiheita alkaen 6G-tyyppisten, terahertsialuetta käyttävien konseptilaitteiden lisäämisestä verkkoon. Virtualisoinnin ja pilvitekniikan täysimittainen käyttö sisältyy tulevan 6GTN:n lähitulevaisuuden tavoitteisiin. Tämän tuloksena verkosta tulee erittäin turvallinen ja elastinen, sillä QoS-tekniikka ja palveluiden skaalattavat resurssivarannot on suunniteltu mahdollistamaan palveluiden hyvä käytettävyys, suuri kaistanleveys ja pieni latenssi.

”Tällaiset ominaisuudet ovat kriittisen tärkeitä rakennettaessa testiympäristöä, jolla pystytään vastaamaan erilaisista vertikaalisista tarpeista johtuviin vaatimuksiin”, Pouttu kertoo. ”Viipalointi ja dynaaminen resurssien kohdentaminen ovat jatkossa mahdollisia käytön mukaan, mikä edellyttää intensiivistä tutkimusta ja kiinteää infrastruktuuria algoritmien validoinnille, jotta verkon suorituskyky voidaan varmistaa kaikissa skenaarioissa.”

Sen tosiasian huomioimiseksi, että eri vertikaalisten toimialojen toimintaympäristöissä voi olla merkittäviä eroja, voi olla hyödyllistä määrittää testausympäristöt, ”kultaiset referenssit”, jotka ovat toimialakohtaisia. Tavoitteena on siis luoda joustava ja siirrettävä testausratkaisu. Tämä lähestymistapa mahdollistaa uusien testausalueiden arvioinnin sen osalta, miten ne noudattavat referenssitestausjärjestelmää, ja eri puolueettomat toimielimet voivat näin arvioida annettujen suorituskykykriteerien noudattamista. ”Vain tämä lähestymistapa mahdollistaa 6G-teollisuuskomponenttien sertifioinnin teollisuuden vaatimalla tavalla”, Pouttu toteaa. ”Ja vain tällaisella sertifioinnilla tekniikka otetaan käyttöön kriittisissä ympäristöissä.”

Tällä hetkellä terahertsialueen ratkaisuja testataan jo testiverkossa. Tulevat päivitykset laajentavat materiaalien, laitteiden, aaltomuotojen, signaalinkäsittelyn tai hajautettuun dataan perustuvien verkon ohjausparadigmojen tutkimusta. Lähivuosien parannetut ominaisuudet tukevat lisäksi tulevaisuuden radiorajapinnan ja radiotaajuuden tutkimusta olettaen, että millimetriaalto- ja terahertsitekniikkaa käyttävät suuren kapasiteetin backhaul- ja fronthaul-ratkaisut MIMO-antenneilla mahdollistavat mukautuvan säteenmuodostuksen. ”6G-tyyppisten ominaisuuksien lisääminen tekee testiverkostamme entistäkin tehokkaamman ympäristön omalle innovaatiotoiminnallemme sekä yhteiskehittämiselle etenkin yritysten, akateemisten kumppaneiden ja julkisen sektorin kanssa”, Pouttu sanoo. ”Tuskin maltamme odottaa, että pääsemme esittelemään valikoituja vertikaalisia käyttötapauksia kumppaniemme kanssa lähitulevaisuudessa.”

Avoimuudessaan ainutlaatuisen 5GTN:n avulla voi käyttää useita rajapintoja edistyksellisissä radioliityntäverkoissa (RAN) SDN-tekniikalla ohjatussa pilvipohjaisessa virtuaalirunkoverkossa ja siihen liittyvässä sovellusten palvelurunkoverkossa. Se tarjoaa useita rinnakkaisia 3GPP:n RAN-tekniikoita, joita ovat NB-IoT, LTE-M, 4G-LTE (makrot ja pikot), 5G NR -makrot sekä 5G-konseptilaitteet (PoC) millimetriaalloilla (26–28 GHz). Viime aikoina arkkitehtuuriin on lisätty 300 GHz:n radiotekniikka, joka tukee IEEE 802.15.3d -standardia. Alustaan on integroitu myös muita kuin 3GPP:n RAN-tekniikoita, kuten Wi-Fi, Bluetooth ja LoRa. Myös OAI (Open Air Interface) -ominaisuudella varustetut laitteet ja ohjelmistot ovat 5GTN:n olennainen osa. Samaan aikaan käytettävissä on normaalien älypuhelimien lisäksi esikaupallisia ei-puhelinkeskeisiä loppukäyttäjien laitteita, muisti- ja verkkolaitteita sekä tukea käsittelytarpeisiin, joita syntyy vertikaalisissa yrityksissä etenkin mobiiliin reunalaskentaan, IoT-palveluihin ja antureiden hallintaan liittyen.

Ari Pouttu on luotettavien langattomien järjestelmien professori. Hänellä on kokemusta tieteellisistä ja teknisistä tehtävistä sekä johtotehtävistä esimerkiksi synkronisoinnin, häiriönpoiston, koodauksen, moduloinnin ja monikantoaaltotekniikoiden alalla. Hän on ollut mukana langattomien tietoliikennejärjestelmien suunnittelussa 3G:stä lähtien (FP4 FRAMES). Hänen johtamiensa projektien tuloksena on syntynyt järjestelmäkonsepteja paikannus-, puolustus- ja tutkajärjestelmiin sekä energia-alalle. Tutkimusta soveltuvista tietoliikennejärjestelmäratkaisuista tehdään myös mediaa, urheilua, merenkulkua ja tulevaisuuden sairaalaa varten. Tällä hetkellä Pouttu toimii 6G Flagshipin apulaisjohtajana. Hän johtaa myös 5G-testiverkon tutkimustoimintaa ja strategista tutkimusaluetta, joka kehittää ratkaisuja vertikaalimarkkinoille, kuten teollisuuteen, terveydenhoitoon, energia-alalle ja autoalalle.