Esineiden internetin pitkän kantaman verkot

Abstract

Esineiden internet (engl. Internet of Things, lyh. IoT) on lähitulevaisuuden suurimpia teknologisia suuntauksia. Esineiden internet koostuu esineistä eli laitteista, sekä verkoista, joiden avulla laitteet kommunikoivat toistensa ja ihmisten kanssa. Verkot ovat ehdottoman tärkeässä osassa Esineiden internetin toiminnan kannalta, joten niihin kohdistuu paljon vaatimuksia ja odotuksia. Esineiden internet vaatii verkoilta eri asioita verrattuna esimerkiksi älypuhelimiin tai tietokoneisiin, joten eri tahot ovat luoneet erilaisia, osaltaan myös toistensa kanssa kilpailevia verkkoteknologioita yksinomaan Esineiden internetin käyttöön. Työn tavoitteena oli selvittää erilaisten, erityisesti pitkän kantaman toimintaan käytettävien, ja Esineiden internetille suunnattujen verkkojen toimintaa. Työ toteutettiin pääosin kirjallisuuskatsauksena, jonka lähteinä käytettiin alan tieteellisiä artikkeleita, kirjoja sekä teknologioita kehittävien tahojen materiaaleja. Lisäksi työssä toteutettiin mittauksia, jotta työhön saataisiin mukaan myös käytännön näkökulmaa ja näyttöä verkon toiminnasta todellisissa ympäristöissä pelkän teorian lisäksi. Työssä käsiteltäviä pitkän kantaman verkkoja kutsutaan usein englanninkielisellä nimityksellä Low Power Wide Area Network (lyh. LPWAN). LPWAN-nimityksellä viitataan verkkojen laajaan toiminta-alueeseen ja vähävirtaisuuteen, jotka ovat verkkojen tärkeimpiä ominaisuuksia. Työssä selvitetään eri LPWAN-verkkoteknologioiden toimintaa ja verkkoteknologioiden välisiä eroavaisuuksia, jotta saataisiin ymmärrys siitä, mikä verkko mihinkin käyttötarkoitukseen sopii. Erityisesti työssä tarkastellaan tarkemmin NB-IoT- ja LoRaWAN-verkkoja (Narrowband IoT ja Long Range Wide Area Network) niiden ollessa suosituimpia LPWAN-verkkoteknologioita. Kyseisistä verkoista käydään läpi niiden keskeisimmät toimintaperiaatteet ja suorituskykyparametrit sekä verrataan niiden välisiä eroja. Vaikka verkkoja markkinoidaan hyvin samankaltaisiin käyttötarkoituksiin, on niiden toteutuksissa ja suorituskyvyssä kuitenkin eroja. Eroavaisuuksia löytyy esimerkiksi käytetyistä taajuusalueista ja modulaatiotekniikoista. Toteutetuissa mittauksissa tutkitaan LoRaWAN-verkon signaalin voimakkuutta eri ympäristöissä. Tuloksista voidaan havaita ympäristön muutosten, kuten etäisyyden ja rakennusten vaikutus signaalin voimakkuuteen. Työssä käsitellään myös Esineiden internetiä yleisellä tasolla, jotta lukija saisi aiheen ymmärtämisen kannalta tärkeitä perustietoja selville.