Langaton virransyöttö mullistaa IoT:ta

Oulun yliopistossa on apulaisprofessori Herley Alvesin johdolla kahden vuoden ajan kehitetty rajoittamattomia, lähes viiveettömiä tietoliikenneyhteyksiä. Ne ovat voivat mullistaa 6G-teknologian ja samalla teollisen IoT:n.

Kehitystyötä on tehty MTC-tutkimusryhmässä (MTC, machine-type wireless communications). 6G-teknologia on seuraava vaihe mobiiliteknologiassa parhaillaan käyttöön tulevan 5G-teknologian jälkeen. 6G-teknologia on Suomen Akatemian yksi lippulaivatutkimushankkeista. Työtä johdetaan Oulun yliopistosta käsin.

Oulun yliopisto tiedotti asiasta 14.4.

MTC koostuu kahdesta pääkomponentista: kriittisestä ja massiivisesta konetyyppisestä tietoliikenteestä.

”Lähes viiveetön toiminta liittyy kriittiseen MTC-viestintään, jolta odotamme erittäin luotettavia äärimmäisen pienen latenssin yhteyksiä. Rajoittamattomuus liittyy massiiviseen MTC:hen, jolla pyritään tuomaan yhteydet miljooniin laitteisiin ja palvelemaan monenlaisia sovelluksia”, Alves sanoo.

”Tutkimuksemme keskittyy pääasiassa fyysiseen kerrokseen (PHY), mutta MTC vaatii uutta näkökulmaa langattoman viestinnän suunnitteluun kaikilla alueilla”, hän sanoo.

Verkossa paljon käyttäjiä

MTC-ryhmä etsii matemaattisia ja algoritmisia ratkaisuja langattoman koneviestinnän ongelmiin. Verkkoliikenteen monitoroinnissa ryhmä keskittyy valtavan käyttäjämäärän verkkoon pääsyyn, käyttäjätunnistukseen ja resurssienhallintaan.

 ”Koska emme tiedä, milloin laite on aktiivisena, sen tiedonsiirto voi törmätä muiden käyttäjien tiedonsiirtoon, mikä aiheuttaa viiveen lisäksi suorituskyvyn ja luotettavuuden heikkenemistä. Pyrimme ratkaisemaan ongelman turvautumalla kompressoivaan mittaukseen ja todennäköisyyspohjaiseen koneoppimiseen.”

Toinen esimerkki koskee kriittistä langatonta koneviestintää ja teollisen verkon toimintaa mahdollistamalla yhteydet autonomisiin ajoneuvoihin.

Moniyhteyksien hyödyntäminen

”Ohjaimessa ja ajoneuvossa voi esimerkiksi olla useita antenneja, mikä tarkoittaa tila-avaruudellista diversiteettiä. Samassa tehdassalissa voi olla muita ohjaimia, jotka koordinoivat omaa tiedonsiirtoaan, jolloin hyödynnetään yhteistyötä ja moniyhteyksiä. Niissä voi olla muitakin langattomia radiorajapintoja (3G, 4G, 5G), joita pystytään hyödyntämään kahdennettuun tiedonsiirtoon, jolloin puhutaan rajapintojen diversiteetistä. Vaatimukset voidaan täyttää yhdistämällä kaikki diversiteettiratkaisut, joten etsimme matemaattisia ja algoritmisia ratkaisuja niiden yhdistämiseen.”

Tarvitaan kestäviä IoT-verkkoja, joista eräs tiimin tohtorikoulutettavista, Onel López, väittelee tohtoriksi.

López ehdottaa uudenlaista konseptia, kanavatilatiedosta (CSI, channel state information) riippumatonta massiivista langatonta energiansiirtoa (WET, wireless energy transfer), jolla voidaan syöttää langattomasti virtaa useisiin nyt akuista riippuvaisiin laitteisiin. Se voisi mullistaa teolliseen internetiin tukeutuvat älykaupungit, maatalouden, kuljetusalan ja logistiikan.

”Ehdottamamme CSI-riippumattomat ratkaisut helpottavat näitä pulmia, ja vaikkei edes otettaisi huomioon kanavatilatietojen hankintaan vaadittavia energiaresursseja, CSI-pohjaisten ratkaisujen hyödyt pienenevät nopeasti syötettävien laitteiden määrän kasvaessa. Hajautetuista CSI-riippumattomista strategioista on etua myös laajentaessamme energian kattavuusaluetta, silloinkin kun vaadimme energiansiirrolta suurta luotettavuutta tai kasvatamme näköyhteyskomponenttia verkon tihentyessä”, Lopez sanoo

”Tavoitteenamme on osoittaa 5G-testiverkkomme avulla joidenkin uusien MTC-konseptien toimivuus vertikaalisissa sovelluksissa”, Alves toteaa.

”Etsimme parhaillaan ympäristöä, jossa voisimme aloittaa ensin kanavien karakterisoinnin ja sitten järjestelmäsuunnittelun sopivilla diversiteettimenetelmillä, jotta saavutamme vaadittavat luotettavuustavoitteet. Odotamme ensimmäisiä tuloksia keväällä 2021”, Alves sanoo.