Suomi tunnetaan digitalisaation suunnannäyttäjänä, mutta 5G:n täysi potentiaali on vielä valjastamatta. Nyt jos koskaan tarvitaan rohkeita avauksia ja ennakkoluulotonta kokeilua. Matka kohti 6G:tä ei näet ota alkaakseen ilman vahvaa näyttöä siitä, että 5G-teknologian päälle voidaan rakentaa uutta liiketoimintaa ja innovaatioita. Teknisesti lähes mikä vain jo onnistuu ja on testattavissa – kunhan vain löytyisi rohkeita kokeilijoita ja käyttökohteita, joissa piilee tarpeeksi liiketoimintapotentiaalia. Uuden kokeiluun ja riskien pienentämiseen tarvitaan tiivistä yhteistyötä ja innovatiivista rahoitusta.
Lue tiivistelmä
- Verkkoinfrastruktuurin muutos itsenäiseksi on hidasta korkeiden kustannusten ja vähäisen kysynnän vuoksi, mutta se on kriittistä tulevaisuuden 6G-kehitykselle ja eri teollisuudenalojen tarpeiden täyttämiselle.
- Testiverkot, kuten VTT:n tarjoama ympäristö, mahdollistavat uusien 5G-ratkaisujen turvallisen kokeilun ja kehityksen ja ovat erityisen arvokkaita esimerkiksi puolustus- ja energia-alojen vaativille sovelluksille.
- 5G:n mahdollisuudet ovat laajoja kattaen muun muassa autonomisten järjestelmien, terveydenhuollon ja hätäpalveluiden sovellukset, mutta laajempi kaupallinen käyttöönotto vaatii uutta liiketoimintaperusteista kysyntää teknologialle.
Tiivistelmä on tekoälyn tekemä ja ihmisen tarkistama.
Pulmana arkkitehtuuri – itsenäinen vai ei-itsenäinen?
Kun maailmalla tehtiin siirtymää 4G:stä 5G:hen, otettiin siirtymävaiheessa käyttöön olemassa olevaa 4G LTE -ydinverkkoa hyödyntävä niin kutsuttu ei-itsenäinen (Non-StandAlone) -arkkitehtuuri. Ratkaisu oli edullisempi ja nopeampi rakentaa, vaikka toiminnallisuudessa tiedettiin olevan rajoituksia.
5G-standardi sinällään mahdollistaa sekä itsenäisen (StandAlone (SA)) että ei-itsenäisen (Non-StandAlone (NSA)) -arkkitehtuurit.
- Ei-itsenäinen arkkitehtuuri hyödyntää olemassa olevaa 4G LTE -ydinverkkoa, mikä rajoittaa täysien 5G:n kyvykkyyksien hyödyntämistä.
- Itsenäinen arkkitehtuuri puolestaan ottaa käyttöön oman 5G-ydinverkon, mahdollistaen edistyneet ominaisuudet, kuten erittäin luotettavan ja viiveettömän viestinnän (URLLC), massiivisen laiteviestinnän (mMTC), verkon viipaloinnin (network slicing), reunalaskennan (MEC) sekä uuden radiotekniikan puhepalvelut (VoNR). Näitä ominaisuuksia ei tueta täysin ei-itsenäisessä arkkitehtuurissa.
Uskottiin, että siirtymä itsenäiseen arkkitehtuuriin tapahtuisi nopeasti, mutta tähän mennessä vasta alle kolmasosa verkoista on siirtynyt siihen. Alan toimijat, kuten Ericsson ja Nokia, ovat kuitenkin optimistisia, että itsenäiset verkot yleistyvät.
Vanhojen verkkojen uudistaminen ja uusien investointipäätösten tekeminen vievät kuitenkin aikaa. Suurin syy hitaaseen muutoksen on ollut raha. Itsenäisiin 5G-verkkoihin siirtyminen tarkoittaa uusia investointeja ei pelkästään radioverkkoon, vaan myös niin sanottuihin ydinverkkoratkaisuihin.
Laajempi kaupallinen käyttö on ollut hidasta myös siksi, että kuluttajilla tai yrityksillä ei ole ollut tarpeeksi yhteensopivia päätelaitteita.
Monet uudet itsenäisen 5G:n tarjoamat ominaisuudet eivät ole mullistavia kuluttajille, mutta ne olisivat tarpeen esimerkiksi puolustus-, energia- ja valmistavan teollisuuden sovelluksissa.
Itsenäinen 5G on jumissa demovaiheessa
Noin kolmannes maailman operaattoreista tarjoaa tällä hetkellä itsenäistä 5G-tietoliikennetekniikkaa. Pilotointeja ja kokeiluja on runsaasti, ja määrän odotetaan kasvavan lähivuosina. Kiina, Intia ja Yhdysvallat ovat edenneet käyttöönotossa eurooppalaisia operaattoreita nopeammin. Uusien ominaisuuksien käyttöönotto on kuitenkin liiketoimintavetoista: ominaisuuksia ei tuoda markkinoille ennen kuin niille löytyy ostajia.
Tällä hetkellä monet hyödylliset ominaisuudet ovat demovaiheessa. Vaikka 5G:ssä ja 5G Advanced -versiossa on määritelty monia toiminnallisuuksia, kuten alhainen viive ja verkon viipalointi, niitä ei ole otettu laajasti käyttöön.
Tällä hetkellä operaattorien verkoissa käytetään lähinnä nopeaa laajakaistayhteyttä (broadband), mutta ei vielä erittäin luotettavaa ja viiveetöntä yhteyttä (URLLC, ultra-reliable low latency communications), joka mahdollistaisi esimerkiksi kriittiset automaatiosovellukset. Yhteyksiä parannetaan käyttämällä niin sanottua carrier aggregation -teknologiaa, jossa useita taajuuksia yhdistetään, jotta saadaan enemmän nopeutta ja kapasiteettia käyttäjille.
Kun käyttäjien määrä verkossa kasvaa, nykyinen kaista, eli tiedonsiirtokapasiteetti, ei enää välttämättä riitä kaikille. Siksi olisi tärkeää kehittää ratkaisuja, joilla voidaan priorisoida erilaista tietoliikennettä – esimerkiksi hätäviestit tai kriittisten tietojärjestelmien vaatima viestintä voisivat saada etusijan.
Itsenäisen 5G:n mahdollistama taajuuksien joustava allokaatio sallisi verkon käytössä olevien radiotaajuuksien jakamisen ja tehokkaamman hyödyntämisen tilanteen mukaan. Voisimme esimerkiksi valita, mille taajuuksille tarvittaessa lisäämme kapasiteettia, tai päättää kasvattaa kaistaa tietyllä taajuusalueella (kantoaallolla) silloin, kun sille on paljon käyttöä.
Lisäksi energiatehokkuus ja sen automaattinen hallinta ovat tulevaisuudessa tärkeitä kehitysaskeleita. Itsenäinen 5G verkko voi automaattisesti optimoida energiankulutustaan sen mukaan, missä ja milloin kapasiteettia tarvitaan, mikä auttaa säästämään sähköä ja vähentämään ympäristökuormitusta.
Erilaisten verkkojen yhdistäminen luo teollisuuden resilientin ratkaisun
Toimialoilla, kuten valmistavassa teollisuudessa, verkon toimintavarmuus ja joustavuus ovat avainasemassa. Siksi niillä on monesti tarve hyödyntää useita eri radioteknologioita rinnakkain. Esimerkiksi matkapuhelinverkkoa (5G), WiFiä (6 & 7), DECTiä ja mahdollisesti muita langattomia järjestelmiä. Tällainen monipuolinen verkko mahdollistaa joustavan ja häiriöitä hyvin sietävän yhteyden, kun liikenne voidaan ohjata eri verkkojen välillä tarpeen mukaan.
5G:n ydinverkko on jo suunniteltu tukemaan eri radioteknologioiden yhteiskäyttöä. Esimerkiksi WiFi 6/7 ja DECT voidaan integroida osaksi kokonaista tietoliikenneinfrastruktuuria, jolloin verkko toimii saumattomasti ja voidaan valita teknologia käyttötapauksen mukaan. Itsenäinen 5G-arkkitehtuuri mahdollistaa tämän yhteiskäytön entistä tehokkaammin, sillä se on joustavasti parametroitavissa ja skaalattavissa eri tarpeisiin.
Erilaisten radioteknologioiden yhdistäminen on hyödyllistä erityisesti silloin, kun vaaditaan paikallisia, korkean suorituskyvyn laajakaistayhteyksiä (esim. XR-sovellukset, automaatio, etäohjaus). Itsenäinen 5G tarjoaa jo nyt riittävät laajakaistapalvelut ja siihen kuuluvia URLLC-ratkaisuja tarvitaan esimerkiksi tehtaan tai sataman automaatiossa. Lisäksi pilvipohjaiset edge- ja RAN-ratkaisut sekä verkon viipalointi mahdollistavat verkon mukauttamisen käyttötapauksen mukaan. Näin verkot yhdessä muodostavat perustan tulevaisuuden älykkäille ja joustaville teollisuusratkaisuille.
Esimerkkejä 5G:n potentiaalista eri toimialoilla
5G mahdollistaa monia kiinnostavia ratkaisuja eri toimialoilla. Tässä muutamia esimerkkejä siitä, mitä jo tehdään tai voitaisiin tehdä sen turvin.
Teollisuus
Esimerkiksi satama-automaatiossa ja kaivoksissa tietoliikenteen resilienssi ja nopeus ovat keskeisiä koneiden etäohjauksessa.
Satamissa nostureiden etäohjaus vaatii erittäin luotettavaa ja viiveetöntä tiedonsiirtoa, jotta operointi voidaan suorittaa turvallisesti ja tehokkaasti. Yksi keskeisistä vaatimuksista on tietoliikenneverkossa ilmenevien vikojen nopea paikantaminen. Tämä edellyttää verkon jatkuvaa monitorointia ja älykästä analytiikkaa, joka tunnistaa poikkeamat ja ohjaa vian paikantamiseen.
Toinen tärkeä kehityskohde on ennakoiva huolto. Ennakoivassa huollossa pyritään tunnistamaan potentiaaliset vikapaikat jo ennen kuin varsinaisia häiriöitä ehtii syntyä. Tämä voi tarkoittaa esimerkiksi sitä, että järjestelmä analysoi laitteiden sekä verkon toimintaa ja havaitsee ennusmerkit mahdollisista vioista. Tällöin voidaan joko reitittää tietoliikenne uudelleen toimivien yhteyksien kautta tai luoda verkkoon oma, erillinen lohko, joka varmistaa kriittisten toimintojen jatkuvuuden.
Verkon viipalointi mahdollistaa sen, että esimerkiksi nosturien ohjausdata kulkee omassa, priorisoidussa verkon osassa, jolloin tiedonsiirron laatu ja luotettavuus pysyvät korkealla tasolla myös mahdollisten häiriöiden aikana.
Vastaavia tarpeita löytyy myös kaivoksista, joissa kaivostoiminnan etäohjaus ja automaatio edellyttävät luotettavaa tietoliikennettä. Kaivosten keskeinen tietoliikennehaaste on ylipäänsä saada radiopeitto aikaan, koska radiosignaali ei pääse kulkemaan vapaasti, mutta sielläkin perusvaatimukset ovat muutoin samat kuin satamissakin: nopea vian paikantaminen, ennakoiva huolto ja verkon joustava sopeutuminen muuttuviin tilanteisiin.
Tulevaisuudessa teollisuuden autonomiset järjestelmät tarvitsevat luotettavaa tietoa ympäristöstä, ja tietoliikenneverkon vikojen nopea paikantaminen sekä ennakoiva huolto ovat keskeisiä kehityskohteita.
Energia-ala
Energia on yksi merkittävimmistä aloista, jossa etenkin itsenäisen 5G:n mahdollistamaa teknologiaa voisi käyttää tehokkaasti ja myös tuottoisasti. Verkkojen valvonta ja etäohjaus onnistuvat jo nyt, mutta sähköverkkojen suojauksessa 5G:n käytössä on ollut haasteita latenssin vuoksi.
Esimerkiksi kiinteiden valokuituyhteyksien rakentaminen on kallista, joten sähköyhtiöillä olisi kiinnostusta korvata vanhat kaapelit langattomilla yhteyksillä. Operaattorit eivät kuitenkaan toistaiseksi ole halunneet investoida näihin ratkaisuihin, joten energiayhtiöt ovat rakentaneet omia privaattiverkkojaan.
Privaattiverkoilla tarkoitetaan itsenäisesti hallittuja, suljettuja verkkoja, jotka perustuvat 5G Standalone (SA) -teknologiaan.
Puolustus ja droonit
5G-teknologia on erityisen merkittävä viranomaisverkkojen tulevaisuuden kannalta. Nykyinen Tetra-järjestelmä, jota viranomaiset käyttävät turvalliseen ja luotettavaan viestintään, on siirtymässä vähitellen kohti 5G-verkkoja. On oletettavaa, että jossain vaiheessa viranomaisverkot hyödyntävät täysimääräisesti itsenäistä 5G-teknologiaa, mikä mahdollistaa nopeammat, joustavammat ja turvallisemmat yhteydet.
Droonien, eli miehittämättömien ilma-alusten, välittämä videokuva vaatii huomattavan määrän tiedonsiirtokapasiteettia, erityisesti ulospäin suuntautuvaa (uplink) kaistaa. Tällä hetkellä 5G-verkossa on noin 120 megabitin sekuntinopeus uplinkissä, kun vastaava 4G-yhteys tarjoaa noin 30 megabittiä sekunnissa. Tosin 4G:n osalta niin sanottu carrier aggregation voi nostaa kaistanleveyttä, mutta 5G:ssä tämä on viety huomattavasti pidemmälle.
LTE-verkkojen kaistanleveys on vakiona enintään 20 megahertsiä, kun taas 5G-verkossa kaistanleveys voi yltää FR1-taajuusalueella jopa 100 megahertsiin ja FR2:ssa jopa 800 megahertsiin asti. 5G:n keskeisin hyöty droonien osalta liittyy nimenomaan kaistanleveyteen. Useimmissa tapauksissa ei tarvita monimutkaista verkon viipalointia, kunhan käytettävää kaistaa on riittävästi. Näin 5G:n suuri kaistanleveys mahdollistaa droonien tehokkaan ja luotettavan käytön ilman muita erityisjärjestelyjä.
Toistaiseksi matkapuhelinverkkojen peitto on suunnattu pääasiassa maaston tasolle, eikä ylöspäin ilmatilaan. Tämä asettaa haasteita droonien käytölle, sillä niille ei voida taata yhtä hyvää peittoa kuin maan tasolla liikkuville laitteille. Teknisesti suuntaaminen ilmatielle olisi jo täysin mahdollista.
Terveydenhuolto ja hätäpalvelut
5G:n suurimmat mahdollisuudet terveydenhuollossa liittyvät tällä hetkellä kotisairaanhoidon ja ensihoidon palveluiden kehittämiseen.
Käytännöllinen ja jopa nopeasti toteutettava ratkaisu olisi 5G-teknologiaan perustuva kotisairaanhoito. 5G:n tarjoama nopea ja luotettava yhteys mahdollistaa esimerkiksi videokonsultaatiot, etävalvonnan ja sensoreiden käytön reaaliaikaisesti. Näin potilaat voivat saada hoitoa turvallisesti ja tehokkaasti omassa kodissaan, mikä parantaa potilaskokemusta ja tuo kustannussäästöjä terveydenhuoltoon.
Toinen konkreettinen esimerkki on verkkoyhteydessä oleva ambulanssi. 5G-yhteyden avulla voidaan optimoida ambulanssin reittiä ja liikennettä sekä välittää videokuvaa ja sensoreiden tuottamaa tietoa reaaliajassa sairaalan asiantuntijoille. Tämä mahdollistaa nopeamman ja paremmin koordinoidun potilaan hoidon jo matkalla sairaalaan.
VTT:n testiverkko – kehitysympäristö tulevaisuuden ratkaisuille
6G:n odotukset ovat korkealla, mutta nykyisen 5G:n potentiaali olisi tärkeää hyödyntää täysimääräisesti ennen seuraavaa teknologialoikkaa. Evoluutiopolku kohti 6G:tä kulkee itsenäisen 5G:n kautta, sillä todennäköisesti se toimii 6G:n ydinverkkona.
Tällä hetkellä ollaan osittain muna–kana-tilanteessa: Jos markkinaa uusille toiminnallisuuksille ei löydy, niitä ei myöskään tulla toteuttamaan. Rohkeat pilottiprojektit saattaisivat nyt avata tätä solmua.
VTT tarjoaa yrityksille mahdollisuuden pilotoida ja kokeilla uusia ratkaisuja turvallisesti ja hallitusti testiverkossaan. Testiverkossa voidaan räätälöidä ympäristöjä eri toimialojen tarpeisiin, optimoida radio- ja ydinverkkoja sekä emuloida skaalautuvuutta. Testiverkko mahdollistaa myös aikasynkronoinnin ja paikannuksen kehittämisen.
Testiverkko soveltuu erinomaisesti sellaisiin pilotteihin, joissa tarvitaan esimerkiksi suljettuja ja erityisen turvallisia järjestelmiä – kuten puolustussektorilla. Testiverkkoja voidaan räätälöidä asiakkaan tarpeiden mukaan ja vaikkapa testata toimintaa sekä normaaliolosuhteissa että radiohäirinnän alaisena. Testiverkossa voidaan kerätä ja käyttää dataa suljetussa ympäristössä sekä tehdä järjestelmäoptimointeja niin radioverkon kuin esimerkiksi ydinverkon osalta. Lisäksi pystytään emuloimaan tai simuloimaan järjestelmien skaalautuvuutta. Testiverkko voidaan myös integroida muihin järjestelmiin ja mahdollistaa reuna- ja edge AI -ratkaisut sandbox-tyyppisesti räätälöityinä palveluina.
VTT:n testiverkossa toiminta ei rajoitu vain yhden laitevalmistajan tuotteisiin. Testiympäristössä on jopa 1000 muuttujaa, joita voidaan optimoida, mikä mahdollistaa erittäin monipuolisen ja tarkan kehitystyön erilaisille käyttötapauksille ja asiakastarpeille. Ja testiverkon lisäksi yritykset saavat kaupan päälle VTT:n asiantuntijoiden monipuolisen osaamisen, jota hyödyntää tuotekehityksen tueksi.
Älä jää odottamaan tulevaisuutta – luo se. VTT auttaa sinua viemään 5G:n potentiaalin käytäntöön ja rakentamaan polkua 6G:hen. Tutustu palveluihimme ja lue lisää aiheesta.
Meet our team
Ari Aalto toimii VTT:llä Safe and Connected Society -tutkimusalueen vetäjänä. Ari on toiminut yli 30 vuotta tietoliikenteen ja julkisen turvallisuuden tutkimuksen ja tuotekehityksen johto- ja konsultointitehtävissä. Hän on työskennellyt aiemmin mm. Nokian tuotekehityksessä ja kansainvälisissä konsultointiyrityksissä. Hän on ollut mukana langattoman tietoliikenteen kehityksessä alusta pitäen. Hänen mielestään elämme parhaillaan ennennäkemättömän teknologiamurroksen aikaa: tietoliikenneverkkojen kapasiteetti on monikertaistumassa, satelliitit, tekoäly ja kvanttiteknologiat mahdollistavat uusia asioita. Ari haluaa olla mukana parantamassa yritysten kilpailukykyä hyödyntämällä olemassa olevia ja kehittyviä teknologioita mahdollisimman tehokkaasti.
Anne Lönnqvist toimii tutkimuspäällikkönä VTT:llä Safe and Connected Society -tutkimusalueella, jossa kehitetään seuraavan sukupolven turvallisia tietoliikenne-, kyberturvallisuus-, kryptografia- ja kaukokartoitusteknologioita. Hän on kokenut tutkimusjohtaja, jolla vahva tausta tutkimusryhmien johtamisessa sekä laajojen, monialaisten projektien suunnittelussa ja toteutuksessa. Annea kiinnostavat erityisesti monikerroksiset tietoliikennejärjestelmät ja sensoriratkaisut, joiden avulla voidaan data-analytiikkaa ja tekoälyä hyödyntäen luoda uusia ratkaisuja yritysten ja yhteiskunnan tarpeisiin.
