Väitös: 30.5.2023: Esineiden internetin energiankulutusta voidaan suitsia datan pakkaamisella ja datojen yhdistämisellä

TkL Olli Väänänen tutki väitöskirjassaan laskennallisesti kevyitä anturidatan pakkausmenetelmiä tavoitteena energiankulutuksen vähentäminen.

Esineiden internet- eli IoT-laitteita on valtavasti erilaisia ja eri käyttötarkoituksiin. Yksi tyypillinen sovellus on ympäristödatan mittaaminen langattomalla anturilla. Mitattava ympäristösuure voi olla esimerkiksi lämpötila, ilmankosteus, ilmanpaine tai tuuli. Tällaisia sovelluksia voidaan hyödyntää maataloudessa.

– IoT-antureilla kerättyä paikallista säätietoa voidaan hyödyntää esimerkiksi täsmäviljelyssä ja muissa älymaatalouden menetelmissä, Väänänen kertoo.

Langattomat anturisolmut ovat edullisia ja laskentateholtaan pienitehoisia laitteita, joiden energiankulutuksen tulisi olla pieni. Tällaiset anturisolmut ovat yleensä akkukäyttöisiä tai ne voivat jopa saada tarvitsemansa energian ympäristöstä.

– Anturidatan pakkaamisella ja muilla kevyillä reunalaskennan menetelmillä voidaan langattoman anturisolmun energiankulutusta vähentää merkittävästi, Väänänen toteaa.

Energiankulutuksen väheneminen datan pakkaamisella perustuu pienempään langattomasti lähetettävän datan määrään. Anturidatan pakkaamisella voidaan lähetyskertoja vähentää tai sitten yksittäisellä lähetyskerralla on pienempi datamäärä lähetettävänä. Lähetyskertojen vähentäminen on erityisen tehokas keino pienentää anturisolmun energiankulutusta. Langaton datan lähettäminen on suurin yksittäinen energiankuluttaja tällaisessa anturisolmussa. Lähetystapahtumien välillä radiolähetin voi olla pois päältä.

– Langattomia anturisolmuja voi olla kymmeniä, satoja tai jopa tuhansia sijoittuneina laajalle alueelle esimerkiksi viljelyalueille sähköverkon ulottumattomiin. Paristojen tai akkujen tyhjentyessä niiden lataaminen tai vaihtaminen on työlästä ja kallista, Väänänen kertoo.

Toinen menetelmä, jota Väänänen tutki väitöskirjassaan, on anturidatojen yhdistäminen johonkin toiseen dataan. Rikastamalla mitattua anturidataa esimerkiksi avoimella datalla, on antureiden määrää mahdollista vähentää tai mittaussyklejä pidentää. Laitteiden vähentäminen laskee kustannuksia ja mittaussyklien pidentäminen vähentää lähetyskertojen määrää ja siten pienentää energiankulutusta. Energiankulutuksen pieneneminen pidentää laitteiden elinaikaa.

Väänänen osoitti väitöskirjassaan, että kehittämänsä kevyet lineaariseen regressioon perustuvat anturidatan pakkausmenetelmät soveltuvat hyvin ympäristösuureiden pakkaamiseen. Pakkausmenetelmien avulla voidaan langattoman anturisolmun elinikää pidentää huomattavasti.

– Näillä kehitetyillä menetelmillä voimme edetä pienin askelin kohti vastuullisempaa ja kestävämpää esineiden internetiä, Väänänen kiteyttää.

Olli Väänänen on valmistunut diplomi-insinööriksi (2002) ja tekniikan lisensiaatiksi (2016) Oulun yliopistosta. Hän on työskennellyt Nokia Networksillä testaussuunnittelijana sekä Botnia Hightech:lla elektroniikkasuunnittelijana ja tiimipäällikkönä. Vuodesta 2005 alkaen hän on toiminut Jyväskylän ammattikorkeakoulu Jamkissa ensin lehtorina ja vuodesta 2017 alkaen yliopettajana. Jamkissa hän on lisäksi toiminut muun muassa EMC-laboratorion teknisenä vastaavana, elektroniikkatiimin vetäjänä, tutkintovastaavana tietoverkkoturvallisuus ja teollinen internet AMK-tutkinto-ohjelmassa 2015–2017 ja robotiikan YAMK-tutkinto-ohjelmassa vuodesta 2020 lähtien.

TkL Olli Väänäsen ohjelmisto- ja tietoliikennetekniikan väitöskirjan ”Lightweight Methods to Reduce the Energy Consumption of Wireless Sensor Nodes with Data Compression and Data Fusion” tarkastustilaisuus järjestetään tilassa Agora Auditorio 3 tiistaina 30.5.2023 klo 12–16.

Vastaväittäjänä tutkimusjohtaja, TkT Susanna Pirttikangas (Oulun yliopisto) ja kustoksena professori Timo Hämäläinen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on suomi.

Yleisö voi seurata väitöstilaisuutta salissa Agora Auditorio 3, tai verkkovälitteisesti. Linkki Moniviestimen suoraan lähetykseen: https://r.jyu.fi/vaitos-vaananen300523