Suuren laitemäärän tietoverkkosimulaatiot tasoittavat tietä verkottuneelle maailmalle

Referenssit

Teollisuudenalojen automatisointi ja digitalisointi edellyttää skaalautuvien ja joustavien langattomien tietoverkkojen kehittämistä. VTT (Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy) on toteuttanut simulaatioita, jotka vahvistavat suuren laitemäärän ETSI DECT-2020 NR (New Radio) -tietoverkkoteknologian toimintakelpoisuuden. Wirepas-ohjelmistoyritys on ollut vahvasti mukana kyseisen teknologian kehittämisessä.

Wirepas on kansainvälinen ohjelmistoyritys, joka on suuntautunut esineiden internetin (IoT) liitettävyysteknologian ohjelmistojen kehittämiseen. Wirepas tarjoaa kehitysympäristön, joka varmistaa luotettavan datasiirtymän eri laitteiden ja taustaohjelmien välillä.

Lyhyesti

Edistyneet simulaatiot vahvistavat suuren laitemäärän tietoverkkoteknologian toimintakyvyn ja skaalautuvuuden

Simulaatioista saadut tutkimustulokset auttavat kyseisen teknologian maailmanlaajuista levittäytymistä

Uusi teknologia mahdollistamassa digitalisaatiota

Useimmat teollisuudenalat automatisoivat paraikaa tuotantoaan. Tavoitteena on luoda teollisuus 4.0 -tuotantolaitoksia sekä huippuautomatisoituja rakennuksia. Tavoitteen saavuttaminen edellyttää saumattoman tietoliikenteen mahdollistamista koko ekosysteemin sisällä.

Wirepas on ollut kehittämässä uutta 5G-yhteensopivaa DECT-2020 NR -standardia, joka mahdollistaa  miljoonien laitteiden tai koneiden kommunikaation rajatulla alueella (massive machine type communication). Tämän lisäksi kyseinen standardi tukee äärimmäisen luotettavaa ja pieniviiveistä  langatonta kommunikaatiota (ultra-reliable low-latency communication).

DECT-2020 NR tarjoaa kilpailukykyisen eurooppalaisen teknologiaratkaisun suuren mittakaavan digitalisaatiolle. Kyseiseen teknologiaan perustuvat tietoverkot voidaan ottaa käyttöön vaivattomasti, ja ne soveltuvat erinomaisesti paikalliseen käyttöön ja niitä voidaan myös hyödyntää yksityisverkkoissa sekä massiiviseen että äärimmäisen luotettavaan ja pieni viiveiseen kommunikaatioon.

Todentaakseen kyseisen tietoverkkoteknologian toimintakyvyn Wirepasin tuli osoittaa, kuinka se suoriutuu massiivisten laite/kone-määrien kommunikaatiosta. Tähän liittyvät ITU-R IMT-2020 -vaatimukset ovat tiukkoja, ja tämän vuoksi DECT-2020 NR -standardille oli tehtävä perustavanlaatuiset testisimulaatiot. Tätä varten Wirepas valitsi VTT:n tekemään riippumattoman selvityksen ja analyysin.

Raskaat tietoverkkosimulaatiot vaativat edistynyttä insinööritaitoa

Projektin suurimmat haasteet liittyivät siihen, kuinka mallintaa DECT-2020 NR -teknologia mahdollisimman tarkasti ja siihen, millä tavalla miljoonat langattomat verkkosolmut voidaan simuloida tarpeeksi nopeasti. Tämä vaati huolellista ja  seikkaperäistä simulaattorikehitystyötä. VTT keskittyi simulaattorin optimointiin ja kehittämiseen, kunnes massiivisten simulaatioiden suorittaminen tuli mahdolliseksi..

”Hyödynsimme projektissa NS-3 simulointityökalua. Kehitimme simulaattorin, jonka avulla simulointiskenaario voidaan jakaa useisiin eri vaiheisiin. Näin minimoidaan sekä suoritusaika että tietokoneen muistin kulutus, jotka molemmat olivat huomattavan suuria.  Tämän jälkeen ajoimme läpi erilaisia rinnakkaissimulaatioita suuritehoisilla tietokoneilla.  Nämä skenaariot olivat raskaita: mittavin niistä, jossa analysoimme neljän miljoonan käyttäjäsolmun toimintaa kahden tunnin ajan, kesti reaaliajassa ainoastaan 24 tuntia”, kertoo Mika Lasanen, VTT:n vanhempi tutkija ja projektipäällikkö.

Kyseiset simulaatiot vahvistivat sen, että DECT-2020 NR -standardi täyttää IMT-2020-vaatimukset ja jopa ylittää ne. Nämä vaatimukset edellyttävät sitä, että neliökilometrin alueella on miljoona käyttäjäsolmua, joista kukin lähettää yhden datapaketin kahden tunnin aikana.

Wirepasin johtava järjestelmäinsinööri Juho Pirskanen selittää, että simulaatioiden kautta saatiin myös muita tutkimustuloksia: ”Nämä erittäin seikkaperäiset simulaatiot antoivat ymmärtää, että kyseinen tietoverkkoteknologia toimii erinomaisesti eri käyttäjäsolmumäärillä ja että näiden solmujen virrankulutus on vähäistä ja peittoalueominaisuudet ovat hyvällä tasolla.”

DECT-2020 NR -standarditeknologialla on potentiaalia kasvaa maailmanlaajuiseksi

Riippumattomat teknologia-analyysit ovat elintärkeitä alle vuosi sitten lanseeratun DECT-2020 NR -teknologian toimivuuden todentamisessa sekä tietoisuuden kasvattamisessa sen olemassaolosta. Simulaatioiden avulla IoT-ala sai ennennäkemätöntä tietoaineistoa, jota Wirepas voi hyödyntää kyseisen teknologian markkinoinnissa ja linsensoinnissa.

DECT-2020 NR -yhteensopivat laitteet työskentelevät yhdessä tehokkaasti ja laajentavat verkon peittoaluetta. Näin voidaan poistaa iso digitalisaation pullonkaula teollisuudenaloilta, jotka hyötyvät massiivisen laitemäärän tai äärimmäisen luotettavista tietoverkkoratkaisuista esim. logistiikassa, teollisuus 4.0:ssa sekä älyrakennuksissa.

”Olemme saaneet vedenpitävän todisteen, joka tukee DECT-2020 NR -teknologian leviämistä laajaan maailmanlaajuiseen käyttöön”, kertoo Jussi Numminen, Wirepasin johtaja ja yrityksen radioteknologiastrategiasta ja IPR:stä  
vastaava päällikkö.

Kyseinen Wirepasin kanssa tehty projekti tarjosi VTT:lle mahdollisuuden soveltaa vahvaa langattomien järjestelmien ja tietoverkkojen simulointi osaamistaan uuteen tietoverkkoteknologiaan. VTT:llä on nyt osaamista ja simulointimenetelmiä erilaisille langattomille skenaarioille, joissa voi olla miljoonia radiolaitteita.

Lisää tietoverkkoyhteistyötä eri muodoissa

Wirepas on aiemminkin tehnyt yhteistyötä VTT:n kanssa samankaltaisten T&K&I-radioteknologiatutkimusprojektien parissa.

Olemme viime vuosina työskennelleet VTT:n kanssa useissa kansallisissa ja kansainvälisissä tutkimusprojekteissa, joissa VTT on tuottanut radioteknologiatutkimuksen asiantuntemuksensa avulla korkeatasoisia tutkimustuloksia.
Jouni Mikkonen, Tutkimus- ja kehitystyön päällikkö, Wirepas

VTT:n ja Wirepasin välisen yhteistyön on määrä jatkua myös vastaisuudessa. Seuraavassa vaiheessa Wirepasin suunnitelmissa on analysoida paikallistasoisten teollistietoverkkojen käyttöönoton eri skenaarioita.

VTT odottaa innolla tämän hedelmällisen yhteistyön jatkumista: ”Tarjoamme sekä käytännönläheisiä esikaupallisia suorituskykyarviointeja että edistyneitä kaupallisia simulaatioita vaativiin teolliskäytön tapauksiin. Tämä kokonaistarjontamme säilyttänee yhteistyön Wirepasin kanssa aktiivisena ja mukautuvana”, toteaa Tuomas Korpela, VTT:n Solution Sales Lead.

Jaa
Tuomas Korpela

Tuomas Korpela

Solution Sales Lead
Mika Lasanen

Mika Lasanen

Senior Scientist
Toimialat