Laajakaista joukkoliikennevälineissä. Verkkoteknologiaselvitys

Transkriptio

1 Laajakaista joukkoliikennevälineissä Verkkoteknologiaselvitys

2

3 ÄLLI-julkaisuja 1/2008 Laajakaista joukkoliikennevälineissä verkkoteknologiaselvitys

4 Laajakaista joukkoliikennevälineissä verkkoteknologiaselvitys ISBN ÄLLI-julkaisuja Helsinki 2008

5 Julkaisija ÄLLI KUVAILULEHTI Julkaisun päivämäärä Tekijät (toimielimestä: toimielimen nimi, puheenjohtaja, sihteeri) Konsultointi Reijo Salminen Arto Karila, Timo Korhonen, Reijo Salminen, Tapio Väärämäki Julkaisun laji Julkinen Julkaisun nimi Laajakaista joukkoliikennevälineissä verkkoteknologiaselvitys Toimeksiantaja Liikenne - ja viestintäministeriö Toimielimen asettamispäivämäärä Tiivistelmä Älykäs liikenne (eng. Intelligent Transport Systems, ITS) käsittää liikenteen tietoliikenne- ja telematiikkaratkaisuja, joilla liikenne voidaan saada turvallisemmaksi, joustavammaksi ja tukemaan monen tyyppisiä matkustajan ja liike-elämän palveluja. Tämän selvitys tarkastelee älykkään liikenteen tietoliikenneratkaisuja tilaajan palvelukehityksen näkökulmasta pääkaupunkiseudulla, Tampereella, Oulussa, Turussa, Jyväskylässä ja Lahdessa. Selvitys sisältää kattavan katsauksen tämän hetken tietoliikenneteknologioihin. Selvityksen tuloksena on laadittu joukko vaihtoehtoisia skenaarioita tietoliikenneratkaisun toteuttamiseksi sekä arvioitu näihin ratkaisuihin liittyviä vahvuuksia ja heikkouksia SWOT-analyyseilla. Skenaarioiden perusteella tilaajalla on kolme periaatteellista toteutuspolkua tietoliikenneratkaisuilleen: tilaaja voi ostaa palvelut teleoperaattoreilta, perustaa oman verkon tai toteuttaa aiempien vaihtoehtojen yhdistelmän. Oman verkon kohdalla YTV:llä voisi olla potentiaalinen sillanrakentajan rooli. Mikäli omaa verkkoa ryhdyttäisiin kehittämään, voisi se tarjota yhteisiä etuja kaikille pääkaupunkiseudun kunnille tietoliikennepalvelujen ja rakenteiden kehityksessä. Verkon palveluita voitaisiin tarjota myös muille kaupunkilaisille liikennevälineiden käyttäjien lisäksi. Hyvä esimerkki kaupunkia ja sen asukkaita palvelevasta verkosta on Oulun panoulu-verkko. Älykkään liikenteen tarpeisiin soveltuvia tietoliikenneratkaisuita arvioitaessa tulee huomioida eri palveluiden asettamat vaatimukset palvelunlaadulle (engl. Quality of Service). Tällä hetkellä valtaosa tilaajan suunnittelemista palveluista on kapeakaistaisia ja ainoastaan osa välitöntä tosiaikaisuutta edellyttäviä. Palvelut kuitenkin kehittyvät ja on luultavaa, että tulevaisuudessa myös kapasiteetin tarve kasvaa. Tietoliikenteen osalta tällaiseen kehitykseen tulee pystyä varautumaan, ja selvityksessä suositellut ratkaisut ovat modulaarisia, mahdollistaen järjestelmän evolutionaarisen päivittämisen. Kustannustehokkuus oli tarkastelun eräs aspekti, ja siihen päästään mm. hyödyntämällä WLANverkkoja, joilla voidaan tukea hot-zone -tyyppisiä tosiaikaisia palvelualueita sekä puskuroituja palveluja esim. varikkokäyntien yhteydessä. Lisäksi hankintaneuvotteluita käytäessä kannattaa huomioida useamman kaupungin yhdessä muodostamat suuret tilaajamäärät ja pyrkiä uusiin innovatiivisiin liiketoimintamalleihin esim. femto-cell -tekniikkaa hyödyntäen. Avainsanat (asiasanat) laajakaistatekniikka, FLASH-OFDM, GSM, 3G, WiMAX, WLAN, LTE,YTV Muut tiedot Sarjan nimi ja numero ÄLLI-julkaisuja 1/2008 Kokonaissivumäärä 93 Jakaja Tiehallinto Kieli suomi ISSN Hinta ISBN ISBN Luottamuksellisuus julkinen Kustantaja Liikenne- ja viestintäministeriö

6 The publisher ÄLLI DESCRIPTION Date of publication Authors (from body, name, chairman and secretary of the body) Konsultointi Reijo Salminen Arto Karila, Timo Korhonen, Reijo Salminen, Tapio Väärämäki Type of publication Public Assigned by Ministry of Transport and Communications Date when body appointed Name of the publication Broadband in Public Transportation Vehicles Technology Study Abstract Intelligent Transport Systems, ITS, focus on telecommunication and telematics solutions for traffic vehicles aiming at achieving the passenger services more safe and flexible. This Study investigates the telecommunication solutions from the customer s viewpoint in the Helsinki Tampere, Oulu, Turku, Jyväskylä and Lahti regions. The study gives a thorough view of the available technologies. As the outcome of the Study a group of alternative scenarios of the telecommunication solutions are given with corresponding SWOT-analysis tables. Based on the scenarios, the customer has in principle three paths for developing the telecommunication solutions: the customer can buy the services from telecommunication operators, build an own network or construct a solution based on a combination of the two aforementioned alternatives. The YTV could have a potential key role in building a network of its own. If one decides to build such a network, it could provide common benefits for all of the Communities in the Helsinki region by providing ample, reliable and flexible telecommunication capacity for various needs. The services provided by the network could be offered also to other users besides the public transportation passengers. A good example of a network serving a city and its inhabitants is the PanOULU network in the city of Oulu, some 500 km to the north of Helsinki. While evaluating the feasible solutions tor ITS, one should take into consideration the requirements for QoS dictated by the services. A major part of the planned services as of today are narrow-band by nature and only a few require rigid real-time characteristics. The services will inevitably be developed further and it is clear that the capacity requirements will be growing in the future. In the field of telecommunications, this kind of development must be possible to take into account, and the recommended solutions of this study are modular, enabling the evolutionaly development of the system in the future. One aspect of the study is cost efficiency, and this can be achieved by utilizing WLAN-networks, which can support hot-zone real-time services and buffered services for example during visits at the service facilities. Also one should note the high subscriber numbers in pricing negotiations with the service vendors and to aim at new innovative ways of working, for example by using femtocell technologies. Keywords Broadband Technology, FLASH-OFDM, GSM, 3G, WiMAX, WLAN, LTE,YTV Miscellaneous Serial name and number ÄLLI publications 1/2008 Pages, total 93 Lanquage Finnish Distributed by Finnish Road Administration ISSN Price ISBN ISBN Confidence status Public Published by Ministry of Transport and Communications

7 ESIPUHE Tämän raportin tarkoituksena on selvittää joukkoliikenteen laajakaistasovelluksissa mahdollisesti käytettävät erilaiset verkkoteknologiset toteutukset ja niiden yhdistelmät sekä niiden uhat ja mahdollisuudet. Selvityksessä tarkastellaan ja vertaillaan kyseisten tekniikoiden lähitulevaisuutta (3-6 vuotta) sekä mahdollista markkinavolyymiä sekä tekniikan ympärille rakentuvaa liiketoimintaa ja syntyvää kilpailua. Työn rahoittajina toimivat YTV Pääkaupunkiseudun yhteistyövaltuuskunta liikenteen lisäksi Liikenne- ja Viestintäministeriö, Helsingin Kaupungin liikennelaitos, Tampereen kaupunki ja Oulun kaupunki. Työ on tehty julkisen kilpailutuksen pohjalta, ja selvitystä on ollut tekemässä allekirjoittaneen lisäksi TkT Arto Karila, TkT Timo Korhonen ja FM Tapio Väärämäki. Selvitykselle toteutettiin auditointi Seutusalissa osoitteessa Opastinsilta 6ak, Pasila toukokuun 27. päivänä 2008 kello Auditoijina toimivat tilaajan edustajien lisäksi professorit Hannu H. Kari ja Olli Martikainen. Auditoinnissa esiintulleet kommentit ja kysymykset on otettu huomioon lopullista raporttia laadittaessa. Kiitän Arto Karilaa, Timo Korhosta ja Tapio Väärämäkeä hyvin tehdystä työstä, etenkin kun toteuttamisen aikataulu on ollut varsin haastava otettaessa huomioon työn laajuus. Nastolassa kesäkuun 15. päivänä 2008 Reijo Salminen 5

8 6

9 SISÄLTÖ KÄYTETYT LYHENTEET JOHDANTO OLETTAMUKSET Tilaajan asettamat vaatimukset Vaatimukset palvelunlaadulle (QoS) Tietojärjestelmien ja tietoliikennejärjestelmien elinkaari Maantieteellinen toiminta-alue Pääkaupunkiseutu Tampereen erityispiirteitä Oulun erityspiirteitä Turun erityspiirteitä Jyväskylän erityspiirteitä Lahden erityspiirteitä Selvityksen kohteena olevat ajoneuvot Järjestelmän elinkaari Budjetti KEHITYSTRENDIT JA RATKAISUMALLIT Tietoliikenneverkko Kapasiteettinäkökohtia Näkökohtia järjestelmän suunnitteluun Operaattori/tilaaja mallit Oma verkko Open Access Tilaaja verkon ylläpitäjänä Hybridimallit, esimerkkinä kaupunki-wlan yhdessä YTV:n kanssa JOUKKOLIIKENNEYMPÄRISTÖ Älykkään liikenteen kehitystrendit Ajoneuvot TEKNOLOGIAKATSAUS Matkapuhelinjärjestelmät GSM G Femtocell-tekniikka Evolved HSPA GPP SAE-LTE Broadcast-teknologiat DVB-T DVB-H

10 5.2.3 Satelliittitekniikat FLASH-OFDM PLC IEEE IEEE IEEE IEEE (Wi-Fi) IEEE IEEE (WiMAX) IEEE IEEE IEEE 802 ja teollisuusallianssit WiFi Alliance ja WiMAX Forum Monikanavaisuus IEEE GPP Taajuusallokaatiokysymykset IMS Eräitä kiinnostavia uusia teknologioita Pehmoradio Kognitiivinen radio Liitäntäverkkoteknologioiden vertailutaulukot ja -kuvat JÄRJESTELMÄARKKITEHTUURI Järjestelmän komponentit Kommentteja arkkitehtuurista SKENAARIOT GSM/3G+LTE GSM/3G/LTE + FLASH-OFDM (@450) FLASH-OFDM -tekniikka WiMAX (IEEE x) Power-line Communications (PLC) WLAN (Wi-Fi) MESH-verkot JOHTOPÄÄTÖKSET JA SUOSITUKSET Tilaajana toimiminen matkapuhelinverkossa Oman verkon rakentaminen Tilaajamallin ja oman verkon tukeminen Flash-OFDM-verkolla LÄHDELUETTELO

11 KÄYTETYT LYHENTEET 3GPP ADSL AS AuC CDMA CSCF DSL DSRC DVB- T/H DWDM EDGE EPON FDD FDM Third Generation Partnership Project Asymmetric Digital Subscriber Line Application Server (3GPP IMS) Authentication Center Code Division Multiple Access Call Session Control Function (3GPP IMS) Digital Subscriber Line Dedicated Short Range Communications Digital Video Broadcasting Terrestrial / Handheld Dense Wavelength Division Multiplexing Enhanced Data rates for GSM Evolution Ethernet Passive Optical Network Frequency Division Duplexing Frequency Division Multiplexing Flash-OFDM Fast Low-latency Access with Seamless Handoff Orthogonal Frequency FMCA FT Gb GE GPRS GSM HILI HLR HPA HSCSD Fixed-Mobile Convergence Alliance Femtocell-tekniikka Gigabitti Gigabit Ethernet General Packet Radio Service Global System for Mobile communications Higher Level Interface Home Location Register Home Plug Alliance High-Speed Circuit-Switched Data 9

12 HSPA IEEE IEEE-SA IETF IMS IP IPSEC ISM ITS ITU ITU-R ITU-T kb kb LIJ2014 LMSC LTE LVM MAC Mb MB MBWA MGW MICS MIES MIH MIIS High-Speed Packet Access Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE Standards Association Internet Engineering Task Force IP Multimedia Subsystem Internet Protocol IP Security Architecture Industry, Science and Medical (frequency bands) Intelligent Transport Systems International Telecommunication Union ITU Radiocommunication Sector ITU Telecommunication Standardization Sector kilobitti kilotavu Lippu- ja Informaatiojärjestelmä 2014-hanke LAN/MAN Standards Committee Long Term Evolution (3GPP) Liikenne- ja Viestintäministeriö Media Access Control Megabitti Megatavu Mobile Broadband Wireless Access Media Gateway Media Independent Command Service Media Independent Event Service Media Independent Handover Media Independent Information Service 10

13 MIMO MPLS MSC MV NMT OFDM PDA PICS PLC PON QoS RAB RNC SAE SC-FDM SIM SMS SSH SSL Tb TDD Multiple-Input Multiple-Output Multi-protocol Label Switching Mobile Switching Center Mid-voltage Nordic Mobile Telephone Orthogonal Frequency Division Multiplexing Personal Digital Assistant Protocol Implementation Conformance Specification Power-line Communications Passive Optical Network Quality of Service Radio Access Bearer Radio Network Controller System Architecture Evolution (3GPP) Single Carrier Frequency Division Multiplexing Subscriber Identity Module (3GPP) Short Message Service Secure Shell Secure Socket Layer Terabitti Time Division Duplexing TD-SCDMA Time-Division Synchronous CDMA UHF UMA UMTS UPA UPS Ultra High Frequency Unlicensed Mobile Access Universal Mobile Telecommunications System Universal Powerline Association Uninterruped power supply 11

14 UTRA UTRAN UWB VHF VPN VTT WCDMA WECA Wi-Fi WiMAX WLAN WMAN WPAN WRAN Universal Terrestrial Radio Access Universal Terrestrial Radio Access Network Ultra-Wide Band Very High Frequency Virtual private networking Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus Wideband CDMA Wireless Ethernet Compatibility Alliance (myöhemmin Wi-Fi) Wireless Fidelity (802.11x-tekniikka) Worldwide Interoperability for Microwave Access (802.16x) Wireless Local Area Network Wireless Metropolitan Area Network Wireless Personal Area Networks Wireless Regional Area Network 12

15 1 JOHDANTO Tämän selvityksen tarkoitus on selvittää tilaajan vaihtoehdot älykkään joukkoliikenteen tiedonsiirtoteknologioiden suhteen nykytilanteessa sekä lähitulevaisuudessa aina 3-6 vuoden päähän. Selvityksen on laatinut Konsultointi Reijo Salminen (DI Reijo Salminen) ja työssä ovat allekirjoittaneen lisäksi olleet mukana TkT Arto Karila, TkT Timo Korhonen ja FM Tapio Väärämäki. Työn tehtävät jakaantuivat teemallisesti seuraaviin osiin: (i) Joukkoliikenteen laajakaistaiset verkkoteknologiset toteutukset ja niiden yhdistelmät sekä näiden uhat ja mahdollisuudet (ii) Lähitulevaisuuden kehityksen (3-6 vuotta) arviointi (iii) Tekniikan ympärille rakentuvan liiketoiminta ja kilpailuympäristö Selvitystä varten ajoneuvojen palvelut (Kuva 1) on jaoteltu perus- ja lisäpalveluihin joista ensin mainitut ovat prioriteetiltaan korkeampia ja toteutettavissa pienempinopeuksilla yhteyksillä. Lisäpalvelut toteutetaan nopeammilla yhteyksillä. Lisäksi palvelut ovat jaoteltu tosiaikaisiin ja puskuroituihin palveluihin. Puskurointi voidaan suorittaa ajoneuvopalvelimessa. Palvelujen parametreja on esitelty tarkemmin luvussa 2. Palvelut asettavat verkkoteknologialle teknisiä, maantieteellisiä ja taloudellisia vaatimuksia joista osa on koottu kuvaan 1. Selvityksen kohteena olevien tietoliikenneverkkojen tulee siis tyydyttää palvelujen asettamat tarpeet. Tämä voidaan saavuttaa eri strategioilla, joista esimerkin omaisesta on kuvattu muutamia kuvassa 1. Työssä on tarkasteltu löydettyihin, suositeltaviin strategioihin (kappale 8) liittyviä ajallisia ulottuvuuksia 3-6 vuoden aikajänteellä. Työn tehtävät on toteutettu seuraavien tutkimusorientaatioiden avulla: Verkkoteknologiaskenaariot, tavoitteena selvittää käytettävissä olevien verkkoteknologioiden yhdistelmät ja liitäntöjen tekninen toteutus. Tässä orientaatiossa on arvioitu myös kilpailevien / osittain päällekkäisten teknologisten ratkaisujen ominaisuuksia. Liiketaloudellinen näkökulma, tavoitteena arvioida alustavasti teknologiavaihtoehtojen toteutukseen liittyviä kustannus- ja epävarmuustekijöitä sekä vastaavia avainparametreja. Palvelujen vaatimukset, tavoitteena tarkastella palvelujen jaottelua ja niiden verkolle asettamia vaatimuksia, verkkoteknisiä toteutuksia sekä arvioida tulevaisuuden tarpeita. 13

16 Työ jakaantuu sisällöllisesti seuraaviin osiin: 1. Johdanto 2. Olettamukset Tilaajan vaatimukset, palvelujen tekniset laatuvaatimukset (QoS), järjestelmien elinkaari ja maantieteellinen alue, tilaajan asettama budjetti. Luku kuvaa lähtötilannetta, jonka perusteella selvitystä on ryhdytty laatimaan. 3. Tietoliikenteen kehitystrendit ja ratkaisumallit Tietoliikenneverkot, kapasiteetin määräytyminen, operaattori/tilaaja -mallit. 4. Joukkoliikenneympäristö Lyhyt kuvaus joukkoliikennevälineiden asettamista erityisvaatimuksista tietoliikenteelle sekä älykkään liikenteen kehitystrendejä. 5. Teknologiakatsaus Kattava katsaus saatavilla oleviin verkkoteknologioihin sekä niiden kehitykseen. Esillä erityisesti IEEE- ja 3GPP-pohjaiset tekniikat. 6. Järjestelmäarkkitehtuuri Joukkoliikennevälineen tietoliikenneratkaisun arkkitehtuuri sekä järjestelmän komponentit. 7. Skenaariot Esiteltyjen verkkoratkaisujen SWOT-analyysit. 8. Johtopäätökset ja suositukset Työn keskeiset tulokset on tiivistetty lukuun Johtopäätökset ja suositukset. Verkkoteknologiat Flash-OFDM Palvelut Reaaliaikaiset peruspalvelut Häiriötiedot Jaeltavat lipputuotteet Kuljettajaviestintä Liikennevaloetuus Paikannustieto Matkustajainformaatiojärjestelmä Puskuroidut peruspalvelut Ennustustieto Lippujärjestelmän käyttötapahtumat Parametrit Reittitiedot Toteutunut paikkatieto Laatuvaatimukset tekniset (QoS) Tiedonsiirtonopeus Tiedonsiirtomäärä Viive Virhesuhde femtocell UMA GSM 3G LTE lisäpalvelut Etähallinta Laite- ja ohjelmistodiagnostiikka Laivaston seuranta Tarkastustoiminta lisäpalvelut Mainosten lataaminen Ohjelmistopäivitykset Turvakamerat maantieteelliset peitto palvelun saatavuus IEEE (WiMAX) ekonomiset käyttökustannukset perustamis -kustannukset IEEE (Wi-Fi) DVB-T DVB-H Skenaariot Kuva 1. Selvityksen viitekehys. 14

17 2 OLETTAMUKSET Esiselvityksessä esitellyt ratkaisut ja tekniset vertailut perustuvat olettamuksiin, jotka liittyvät käyttöympäristöön, toiminta-alueeseen, asiakkuuksiin, palveluihin, sekä teknisiin ja taloudellisiin vaatimuksiin. Tässä luvussa nämä olettamukset esitellään lukijalle. Ne ovat toimineet tämän esiselvityksen lähtökohtana ja ne on huomioitu mm. tietoliikenneteknologioiden elinkaaria arvioitaessa. Tämän luvun lisäksi hypoteeseja on esitelty liiketoiminnan ja joukkoliikenneympäristön kannalta myös luvuissa 3. ja Tilaajan asettamat vaatimukset Tämän teknologiaselvityksen keskeinen lähtökohta ovat olleet tilaajan asettamat vaatimukset. Projektipalaverien lisäksi teknisiä vaatimuksia on kerätty LIJ2014-hankkeen [YTV 2006] ja siihen liittyvän matkustajainformaatiojärjestelmän [Anderson 2008a] projektisuunnitelmista. Tietoliikenneyhteydet toimivat tiedonsiirtokanavana eri tietojärjestelmien ja käyttäjien välillä. Teknologiset valinnat tulisi tehdä mahdollisimman optimaalisesti tilaajan sovelluskohteet ja palvelut huomioiden järjestelmää suunniteltaessa. Tilaaja tarvitsee tietojärjestelmäsovelluksilleen ja -palveluilleen tosiaikaisia ja puskuroituja tiedonsiirtoyhteyksiä ajoneuvoissa sijaitsevien tietojärjestelmien liittämiseksi osaksi tilaajan keskusjärjestelmää. Tässä selvityksessä palvelut jaetaan prioriteetin ja verkkovaatimusten perusteella lisäksi peruspalveluihin ja lisäpalveluihin, joita käsitellään tarkemmin kappaleessa 2.2. Selvityksen kannalta keskeisimmät palvelut ajoneuvoissa ovat: Lippujärjestelmä on tarkoitettu matkustajien matkalippujen myyntiin ja niiden käytön seuraamiseen. Matkan voi maksaa matkakortilla, käteisellä ja tulevaisuudessa myös mahdollisesti muilla maksuvälineillä, kuten matkapuhelimilla. Matkustajainformaatiojärjestelmä tuottaa ajantasaista matkustajainformaatiota, kuten paikkatiedon, reittitiedon ja pysäkkitiedon edelleen käytettäväksi matkustajien informointiin. Lisäksi järjestelmän tuottamia tietoja hyödynnetään erilaisten raporttien laadinnassa mm. reittien analysointia varten. Liikennevaloetuus mahdollistaa ajoneuvoille mahdollisimman sujuvan ajon liikennevaloristeyksissä silloin, kun sen katsotaan olevan ajoneuvolle tarpeen ja mahdollista. Yllä mainitut palvelut asettavat tiedonsiirtoyhteyden palvelunlaadulle tiettyjä rajaehtoja, joita tarkastellaan kappaleessa 2.2. Lippu- ja informaatiojärjestelmä on päivitettävissä teknologian kehityksen ja käyttäjien lisääntyvien tarpeiden mukaan ottaen huomioon myös liittymät muihin 15

18 maksu-, lippu- ja informaatiojärjestelmiin. Tämä tulee ottaa huomioon myös tietoliikenneratkaisuissa. Järjestelmän rajapintojen tulee olla avoimia siten, että järjestelmään voidaan vaivattomasti liittää eri valmistajien ja organisaatioiden laitteita ja järjestelmiä. Toimittajariippumattomuus on tärkeää, jotta voidaan varmistaa järjestelmän osien kilpailukykyinen saatavuus koko järjestelmän eliniän ajan. 2.2 Vaatimukset palvelunlaadulle (QoS) Taulukoissa 1 ja 2 on eritelty tilaajan seurantakokouksessa esittelemiä palveluita. Taulukoissa mainitaan palvelun nimi, onko kyseessä perus- vai lisäpalvelu ja millaisia tyypillisiä palvelunlaatuun liittyviä ominaisuuksia kuhunkin palveluun liittyy. Listatut ominaisuudet ovat arvioita. Perus- ja lisäpalveluiden erot ovat tiedonsiirtomäärissä ja liikenteen prioriteetissa. Lisäpalvelut vaativat huomattavasti suurempaa kapasiteettia kuin peruspalvelut ja niiden toteutus on alemmalla prioriteetilla. Taulukko 1. Tosiaikaisten palvelujen ominaisuuksia. Tosiaikainen palvelu Perus/Lisäpalvelu Ominaisuudet Häiriötiedot P Hidas (max. muutama kb/s) tosiaikainen liikenne Jaeltavat lipputuotteet P Hidas tosiaikainen liikenne Kuljettajaviestintä P Tosiaikainen full-duplex SMS/ puheviestintä min kb/s (GSM) Liikennevaloetuus P Hidas tosiaikainen liikenne Paikannustieto P Downlink GPS-verkko, uplink hidas tosiaikainen liikenne (muutama kb/s / ajoneuvo) Etähallinta L Nopeampi tosiaikainen liikenne, kb/s / ajoneuvo Laite- ja ohjelmistodiagnostiikka L Hidas tosiaikainen liikenne Laivaston seuranta L Downlink GPS-verkko, uplink hidas tosiaikainen liikenne Tarkastustoiminta L Hidas tosiaikainen liikenne Tietoliikenteen palvelunlaatua (engl. Quality of Service, QoS) voidaan kuvata erilaisilla parametreilla, kuten viive ja siirtokapasiteetti. Sovellukset asettavat verkon palvelunlaadulle vaatimuksia, joista jäätäessä sovelluksen toiminta häiriintyy tai saattaa keskeytyä kokonaan. Esimerkiksi videokuvan toistaminen in- 16

19 ternetistä lakkaa toimimasta, jos liian moni IP-paketti häviää tiedonsiirron aikana ja VoIP puhelu muuttuu vaikeasti seurattavaksi jos viive kasvaa liian suureksi. Tekniikoita vertailtaessa on käytetty esitettyjä palvelunlaadun parametreja joko raja-arvoina tai suuntaa antavina suosituksina. Tilaajan on saattanut olla hankala määrittää osaa parametreista tarkasti, sillä tietojärjestelmän elinkaaren aikana saattaa olla tarvetta liittää uusia palveluita osaksi tietojärjestelmää. Tällöin myös parametrien raja-arvot saattavat muuttua. Taulukko 2. Puskuroitujen palveluiden ominaisuuksia. Puskuroitu palvelu (P) Perus /(L) lisäpalvelu Ominaisuudet Ennustustieto P Alle 100 kb / ajoneuvo / vrk Lippujärjestelmän käyttötapahtumat P Tieto kertyy päivittäin alle 1 MB per ajoneuvo. Tieto puretaan päivittäin tai välitetään hitaalla datayhteydellä tosiaikaisesti Parametrit P Alle 100 kb / ajoneuvo / vrk Reittitiedot P Ladataan puskuroidusti, muutama Mb / ajoneuvo / vrk Toteutunut paikkatieto P Alle 100 kb / ajoneuvo / vrk Mainosten lataaminen L Muutama 10 MB / ajoneuvo / vrk Ohjelmistopäivitykset L Max. n. 10 MB / ajoneuvo / vrk Turvakamerat L Max. n. 1 GB / ajoneuvo / päivä (kuva / sekunti / ajoneuvo: kb/s) Tiedonsiirtoyhteyden laatua kuvaavat erikoisesti tämän tutkimuksen kannalta seuraavat palvelunlaatuparametrit: Tiedonsiirtokapasiteetti tarkoittaa sitä bittinopeutta (esim. Mb/s), jonka tietoliikenneyhteys pystyy välittämään. Tiedonsiirtomäärä tarkoittaa sitä tietomäärää, joka ajoneuvossa olevan tietokoneen ja keskusjärjestelmän välillä siirretään vuorokauden aikana. Tätä parametria tarvitaan järjestelmän kokonaiskapasiteettia suunniteltaessa. Bitti- (kehys-) virhesuhde tarkoittaa keskimääräistä virheellisenä vastaanotettujen bittien (kehysten) suhdetta kaikkiin lähetettyihin bitteihin (kehyksiin). Pakettihäviö tarkoittaa siirrossa vastaanottamatta jääneiden pakettien lukumäärää esim. prosentteina kokonaispakettimäärästä. Virheelliset paketit lasketaan mukaan hävinneisiin. 17

20 Viive (engl. delay) tarkoittaa sitä keskimääräistä aikaa, joka kuluu tiedon lähettämisestä sen onnistuneeseen vastaanottoon. Joskus käytetään edestakaista etenemisviivettä (round-trip delay), joka on erityisen tärkeä vuorovaikutteisissa palveluissa (esim. VoIP tai videoneuvottelu). Puheen siirrossa hyväksyttävä maksimiviive on n. 200 ms. Viiveen vaihtelu (engl. jitter) tarkoittaa sitä, missä rajoissa viive on (minimi ja maksimi) sekä viiveen tilastollista vaihtelua (keskiarvo ja keskihajonta). Käytettävyysaste (engl. availability) tarkoittaa yhteyden päälläoloaikaa. Solukkoverkoissa pyritään siihen että solut peittävät koko palvelualueen jolloin yhteys voi olla päällä maantieteellisesti koko palvelualueella. Suunnitellut huoltokatkot eivät vaikuta käytettävyysasteeseen. Tietoliikennejärjestelmien standardointielin ITU-T määrittelee suosituksessa [Y.1541] palvelunlaadun taulukoiden 3 ja 4 mukaisesti: Taulukko 3: Tiedonsiirron palvelunlaatuluokat ITU-T suosituksen Y.1541 mukaan. QoS class Applications (examples) Node mechanisms Network techniques 0 Real-time, jitter sensitive, high interaction (VoIP, VTC) 1 Real-time, jitter sensitive, interactive (VoIP, VTC). 2 Transaction data, highly interactive (Signalling) 3 Transaction data, interactive 4 Low loss only (short transactions, bulk data, video streaming) 5 Traditional applications of default IP networks Separate queue with preferential servicing, traffic grooming Separate queue, drop priority Long queue, drop priority Separate queue (lowest priority) Constrained routing and distance Less constrained routing and distances Constrained routing and distance Less constrained routing and distances Any route/path Any route/path Note: Any example application listed in Table 2/Y.1541 could also be used in Class 5 with unspecified performance objectives, as long as the users are willing to accept the level of performance prevalent during their session. Taulukossa 3 neljä ylintä luokkaa (0-3) ovat tosiaikaisille sovelluksille, luokka 4 puskuroiduille palveluille ja 5 luokittelemattoman tiedonsiirtolaadun sovelluksille. Taulukossa 4 on ITU-T suosituksen Y.1541 mukaiset eri luokkien laatuparametrit raja-arvoineen. 18

21 Taulukko 4: Tiedonsiirron laatuparametrit ITU-T suosituksen Y.1541 mukaan. Network performance parameter QoS Classes Nature of network performance objective Class 0 Class 1 Class 2 Class 3 Class 4 Class 5 Unspeci fied IPTD Upper bound on the mean IPTD IPDV Upper bound on the quantile of IPTD minus the minimum IPTD IPLR Upper bound on the packet loss probability 100 ms 400 ms 100 ms 400 ms 1 s U 50 ms 50 ms U U U U U IPER Upper bound U Taulukossa 4 on käytetyt lyhenteet IPTD tarkoittaa pakettien siirron viivettä, IPDV edellä mainitun viiveen vaihtelua, IPLR pakettien hukkaussuhdetta ja IPER pakettien virhesuhdetta. Huomaa, että tiedonsiirtokapasiteetti ei ole palvelunlaatuparametri ITU-T:n määritysten mukaan. Myös esimerkiksi paikkatiedon päivittämisvaatimus kerran sekunnissa asettuu ITU-T:n määrittelyissä luokkaan 4 eli puskuroitujen palveluiden alueelle. 2.3 Tietojärjestelmien ja tietoliikennejärjestelmien elinkaari Tilaaja on suunnitellut LIJ2014-projektissa toteuttavien tietojärjestelmien elinkaareksi vuotta [Anderson 2008a]. Järjestelmän arkkitehtuuri on suunniteltava sellaiseksi, että se voidaan pitää kustannustehokkaasti käytössä koko elinkaarensa ajan, hyödyntäen uusia nykyistä kustannustehokkaampia verkkoteknologioita kun sellaisia tulee saataville ja niiden käyttö katsotaan perustelluksi. Tietoliikenteen osalta on pyydetty selvittämään eri tekniikoiden lähitulevaisuutta seuraavien 3 6 vuoden ajaksi. Selvityksessä esiteltävien liityntäverkkotekniikoiden osalta (esim. IEEE , IEEE ja 3GPP alaiset tekniikat) tulevaisuudenarviot on rajattu vuoteen Esitettävässä järjestelmäarkkitehtuurissa on pyritty suureen modulaarisuuteen, jotta tietoliikennejärjestelmän komponenttien elinkaaret tukisivat myös uusia palveluja mahdollisimman hyvin. Järjestelmän hankinta- ja käyttökustannukset jakautuvat likimain suhteessa 20 % / 80 %, joten keskeinen vaatimus on käyttökustannusten minimointi. Tietoliikenneyhteyksien toimitusmallina voi olla joko oman tietoliikenneinfrastruktuurin rakentaminen, tilaajana toimiminen muiden operoimissa verkoissa, tai mahdollisesti kahden edellisen vaihtoehdon kombinaatio. 19

22 2.4 Maantieteellinen toiminta-alue Tietoliikenneteknologioita vertailtaessa on tärkeää tietää verkon suunniteltu toiminta-alue, sillä eri radioteknologioilla on erilaiset peittoalueet ja solukoot (signaalin kantamat). Lisäksi verkon koko vaikuttaa olennaisesti verkon kustannusrakenteeseen ja sen toteutuksen kannattavuuteen. Pienelle alueelle soveltuva tekniikka ei välttämättä ole kustannustehokas laajalla alueella. Esimerkiksi kaupunkien keskustojen keskeiset risteykset, pysäkit yms. voidaan peittää WLANtukiasemilla mutta koko YTV-alueen peittäminen pelkästään tällä tekniikalla on epärealistista. Tässä teknologiaselvityksessä esitetyt näkemykset eri tekniikoiden soveltuvuudesta joukko-liikennevälineiden tietoliikenneyhteyksiksi on kohdistettu ensisijaisesti ns. YTV-alueelle ja kehyskuntiin sekä Tampereelle ja Ouluun. YTV:n kehyskunnat (ns. Kuuma-kunnat) on esitetty kuvassa 2. Olemassa olevien radioverkkojen peittoalueita selvityksen alueella on esitelty tarkemmin luvussa Pääkaupunkiseutu Kuva 2. Selvityksen maantieteellinen alue Helsingin ympäristössä. [Lähde YTV-alueen (Helsinki, Espoo, Vantaa, Kauniainen) asukasluku on jo ylittänyt miljoonan Helsingin seudun käsittää lisäksi ns. Kuuma-kunnat ja Neloset. Alue on kooltaan eri luokka kuin mikään muu alue Suomessa ja tästä aiheutuu erityisvaatimuksia tietoliikenteelle. Joukkoliikennevälineiden ja matkustajien tiheys on erityisesti aamu- ja iltapäiväruuhkien aikana sellainen, että tietoliikenneverkolta edellytetään erityisen suurta kapasiteettia. 20

23 Helsingin erityispiirre on suhteellisen laaja, tiheästi rakennettu keskusta, jossa radiosignaali heijastuu rakennusten seinistä (monitie-eteneminen) ja katvealueita syntyy rakennusten väliin. Tämä yhdistettynä suureen ajoneuvotiheyteen asettaa erityisvaatimuksia keskusta-alueella. Myös raitiovaunut sekä metro (joka pian ulottuu myös Espooseen) ovat alueen erityispiirteitä, joita ei löydy muualta Suomesta Tampereen erityispiirteitä Tampere on Helsingin ohella kaupunki, jossa on laajahko tiheästi rakennettu kivitalokeskusta. Siellä tulevat esille samat ongelmat kuin Helsingissä (kts. edellinen luku). Tampereella on vankat tietoliikenneperinteet ja runsaasti alan osaamista mm. Tampereen teknillisessä yliopistossa sekä alan yrityksissä. Erityisesti Internetin alkuvaiheissa Tampere oli Suomen keskeinen solmupiste. Tampereella on perinteisesti tehty yhteistyötä kaupungin, tutkimusmaailman ja yritysten kesken seudun kehittämiseksi. Erilaiset syyt, kuten TPO:n siirtyminen Elisan omistukseen, ovat viime vuosina heikentäneet yhteistyömahdollisuuksia mutta mahdollisuudet paikalliseen yhteistyöhön ovat edelleen hyvät. Tampereella liikennevälineissä käytettävä nykyinen informaatiojärjestelmä on elinkaarensa lopussa ja uuden järjestelmän tarjouskilpailu on odotettavissa vuoden 2009 alkupuolella Oulun erityspiirteitä Oulu on kooltaan lähellä Tamperetta mutta sen keskusta on selvästi pienempi ja matalampi. Oulu on hajaantunut melko laajalle alueelle, jolla on kattava nopeiden teiden verkosto. Langattoman tietoliikenteen näkökulmasta Oulu on helpompi ympäristö kuin Helsingin tai Tampereen keskusta. Toisaalta peitettävä alue on melko laaja ja ajoneuvojen nopeudet keskusta-alueen ulkopuolella suuria. Oulu on kansainvälisesti merkittävä langattoman tietoliikenteen osaamiskeskus, jossa toimivat mm. Oulun yliopisto ja VTT sekä joukko yrityksiä. Paikallisia osaajia on paljon ja kunnalliset päättäjät ovat tavallista paremmin tietoisia langattoman tietoliikenteen mahdollisuuksista sekä suhtautuvat positiivisesti mobiilipalveluiden kehittämiseen. Oulun kaupunki on jo pitkään kehittänyt erilaisia langattomia palveluita, joilla on nostettu palvelutasoa ja työn tuottavuutta sekä tehostettu käytössä olevaa tilaaja-tuottaja-mallia. Oulun ehkä merkittävin erityispiirre tämän selvityksen kannalta on panouluverkko (public access network OULU, 21

24 joka tarjoaa peittoalueellaan erittäin laajan langattoman WLAN-pohjaisen Internet-yhteyden kaikille. Verkon tarjoavat yhteistyössä Oulun kaupunki, Oulun yliopisto, Oulun seudun ammattikorkeakoulu, Hengitysliitto Heli ry, VTT, DNA Oy, Elisa Oyj, ja Netplaza Oy. PanOULU on selvästikin Suomen merkittävin avoin langaton verkko, jota voidaan käyttää hyväksi myös joukkoliikenteessä. Vastaavasti joukkoliikenne voi osallistua verkon laajentamiseen ja sen kapasiteetin kehittämiseen. Kyseessä on menestykselliseksi osoittautunut yhteistyö josta on ollut hyötyä sekä kaupunkilaisille ja turisteille että tutkimusorganisaatioille ja yrityksille ja jota selvästikin kannattaa jatkaa Turun erityspiirteitä Turussa kehitetty SparkNet ( on julkiselle sektorille ja yrityksille kehitetty konsepti, jossa yritykset ostavat langattoman lähiverkkoratkaisun Oy MP-Masterplanet Ab:ltä, joka huolehtii tukiasemien hallinnasta ja päivityksestä sekä keskitetystä käyttäjien tunnistautumisesta. Yksityishenkilöitä ja pienyrityksiä varten on olemassa OpenSpark -yhteisö, johon voi liittyä ostamalla n. 100 hintaisen tukiaseman ja liittämällä sen laajakaistaliittymäänsä. MP-Masterplanetin mukaan tämä on helpoin ja edullisin varmasti laillinen tapa avata langaton lähiverkkonsa laajempaan käyttöön. SparkNetin web-sivujen mukaan tukiasemia on tätä kirjoitettaessa kesäkuussa 2008 kaikkiaan 2380 kpl, joista yli puolet on keskittynyt Turun alueelle (1398 kpl, Helsinki 54 kpl). Turun seudulla toimii myös Paraisten Puhelin Oy:n (Partel) WiMAX-verkko, joka tällä hetkellä kattaa Turun, Raision, Kaarinan ja Naantalin ydinkeskustan ja teollisuusalueet sekä saaristoalueen. Jatkossa verkko tulee laajenemaan alueelle joka ulottuu Porista Hankoon. Tällä hetkellä verkko toimii kiinteän WiMAXteknologian järjestelmänä, mutta tulevaisuudessa voidaan olettaa myös Wi- MAX:in mobiiliversion tulevan otetuksi käyttöön. Joukkoliikenteen tarpeita ajatellen edellä mainitut verkot tuovat merkittävän kehityspotentiaalin, aivan kuten Oulun PanOULU verkkokin, ja olisi suositeltavaa että joukkoliikennetoimijat kartoittaisivat mahdollisuuksia toimia yhteistyössä näiden verkkojen toimijoiden kanssa. 22

25 2.4.5 Jyväskylän erityspiirteitä Jyväskylän kaupungissa ei ole kunnallisia langattomia tiedonsiirtoverkkoja, eikä niiden hyödyntäminen ole täten mahdollista. Kaupungin keskusta on pintaalaltaan pieni, mutta asutus ulottuu siitä huolimatta kohtuullisen etäälläkin sijaitseviin asuinalueisiin. Operaattoreiden matkapuhelinverkkojen 3G-kuuluvuus joukkoliikenteen toimialueella on kohtuullisen hyvä Lahden erityspiirteitä Lahteen perustettiin kaupungin juhlavuonna 2005 lähinnä Salpausselän kisavieraita palvelemaan avoin Mastonet-niminen WLAN-verkko. Myöhemmin verkkoon liitettiin myös kaupungin peruskoulut. Tämän jälkeen verkkoon liitettiin kaupungin energiayhtiön Lahti Energian tytäryhtiön Suomen 4G:n kaupallinen verkko, jonka jälkeen verkkoa on laajennettu muihin merkittäviin kohteisiin kuten Sibeliustaloon. Mastonetin kattavuus on nykytilanteessa varsin rajallinen, jos sitä vertaa Turun ja etenkin Oulun verkkoihin, ja myös verkon kehittäminen on nykytilanteessa varsin epävarmalla pohjalla. Näin ollen joukkoliikenteen tarpeita ajatellen Mastonet ei nykytilanteessa ole varteenotettava vaihtoehto. Matkapuhelinjärjestelmien kuuluvuus alueella on kohtuullisella tasolla. 2.5 Selvityksen kohteena olevat ajoneuvot Selvityksen kohteena ovat erityisesti linja-autot, joita käytetään koko selvityksen kohteena olevalla maantieteellisellä alueella. Helsingin osalta vastaavat palvelut halutaan myös raitiovaunuihin. Paikallisjunat ovat pääosin tämän selvityksen ulkopuolella. Myös metro on erillinen liikenneväline, jossa on omat järjestelmänsä. Tietoliikenteen on kuitenkin toimittava sekä juniin että tunnelissa kulkeviin linja-autoihin. 2.6 Järjestelmän elinkaari Seuraava taulukko esittää erilaisten tietoteknisten komponenttien summittaisia käyttöikiä. Kuituverkon tehollinen käyttöikä on noin kymmenkertainen verrattuna työasemiin tai tietoliikenneverkon aktiivilaitteisiin. Pääsy optisiin kuituihin on välttämätön, jotta runkoverkko voitaisiin kohtuullisin kustannuksin pitää ajantasaisena myös pitkällä tähtäyksellä. Kustannustehokas, toimintavarma ja joustava runkoverkko taas on välttämätön edellytys uusien langattomien verkkotekniikoiden käyttöönotolle. 23

26 Taulukko 5. Verkon komponenttien käyttöikiä. Komponentti Käyttöikä Työasemat 3-5 v. Palvelimet 5 v. Tietoliikenneverkon aktiivilaitteet (ensisijaisesti radiomodeemit) 5-8 v. LIJ v. Tietokannat v. Kuituverkko v. 2.7 Budjetti Tilaaja on asettanut LIJ 2014-projektille alla esitellyn budjetin. Tätä selvitystä ajatellen keskeisiä ovat ajoneuvolaitteiden asennuskustannukset sekä tietoliikenteestä aiheutuvat ylläpito-kustannukset. Päätelaitteiden, sisältäen ajoneuvotietokoneen ja -näytön, on suunniteltu maksavan euroa. Tietoliikenteestä aiheutuvat käyttömenot ajoneuvoa kohden ovat 600 euroa (50 /kk). Budjetti on huomioitu erilaisia ratkaisumalleja esitettäessä, mutta lähinnä suuntaa antavasti. Kustannukset Projektin kokonaiskustannusarvio 14 M Vuotuiset käyttökustannukset 3,4 M 1700 ajoneuvon laitteiden investointi-, asennus ja ylläpitokustannukset á ( ) Keskusjärjestelmä (tietojärjestelmä+sovellukset) Ajoneuvolaitteet (ajon.-pc, ajoneuvonäyttö, modeemi, reititin) Asennuskustannukset Vuotuiset käyttökustannukset á Huolto Tietoliikenne (ajon.) Keskusjärjestelmän ylläpito ja tietoliikenne Operointi ja tukipalvelut Jatkokehittäminen (sis. ohjelmistot ja laitteet) Muut kustannukset Kuva 3. LIJ2014-Informaatiojärjestelmän projektikustannusarvio [Anderson2008b]. 24

27 3 KEHITYSTRENDIT JA RATKAISUMALLIT 3.1 Tietoliikenneverkko Tietoliikenneverkko on nähtävä järjestelmän keskeisenä, horisontaalisena komponenttina, joka yhdistää toisiinsa järjestelmän muut komponentit (kulkuneuvoissa toimivat ja kiinteät järjestelmät). Tietoliikenneverkko koostuu pääsyverkosta (access network, myös liityntäverkko), joka on pääosin langaton, sekä runkoverkosta, joka on pääosin langallinen. Langaton ja langallinen verkko muodostavat kokonaisuuden, joka palvelee kaikkia sovelluksia ja käyttötapoja. Tekninen kehitys on viemässä siihen suuntaan, että langattomat verkkotekniikat kehittyvät edelleen nopeasti ja useita eri tekniikoita käytetään yhtä aikaa. Esimerkiksi Wi-Fi on tällä hetkellä ylivoimainen kustannustehokkuudessa suppeilla alueilla kun taas WiMAX (IEEE ) mahdollistaa laajojen alueiden peiton ja IEEE suuren liikkuvuuden. 3G (sekä jatkossa LTE) taas ovat operaattoreiden tarjoamia verkkoja, joilla on hyvä peitto. Langaton tietoliikenne tulee perustumaan usean eri verkkotekniikan yhteiskäyttöön ja nämä tekniikat tulevat muuttumaan järjestelmän elinaikana. Liikkuvuus erityyppisten langattomien verkkojen välillä on siksi oleellinen verkolle asetettava vaatimus. Monet sovellutukset vaativat myös ns. saumattomia yhteysvastuiden vaihtoja, jolloin mobiiliasema ei huomaa tukiaseman ja/tai verkon vaihtumista sen maantieteellisen sijainnin muuttuessa. Käytännössä kaikki tietoliikenne perustuu kiinteään runkoverkkoon, jonka täytyy kyetä siirtämään pääsyverkoissa kerättävä liikenne. Runkoverkolta vaadittava suuri kapasiteetti saavutetaan optisilla kuituyhteyksillä. Kuiduissa pystytään joka vuosi siirtämään yhä suurempia määriä tietoa. Tämän hetken tehokkaimmat kaupalliset DWDM-kanavointilaitteet (Dense Wavelength Division Multiplexing) pystyvät n. 50 Tb/s siirtokapasiteettiin yhdessä kuidussa. Lisäksi kuidut ovat halpoja ja niitä voi olla yhdessä kaapelissa jopa useita satoja. 3.2 Kapasiteettinäkökohtia Käytettävissä oleva taajuuskaista määrää viime kädessä sen, kuinka suuri siirtokapasiteetti tietoliikenneverkon solussa voi olla. Käytännössä maksimikapasiteetti nykytekniikalla on n. 5 b/s/hz ja todellisissa olosuhteissa luokkaa 2-3 b/s/hz. Yleensä kapasiteetti mobiililaitteelta tukiasemalla päin (ns. paluusuunta, engl. uplink) on selvästi pienempi kuin tukiasemalta mobiililaitteelle (ns. myötäsuunta, engl. downlink) ja käytettävissä oleva kapasiteetti pienenee etäisyyden kasvaessa tukiaseman ja päätelaitteen välillä. Erikoisesti pakettiverkoissa tukiasematiheyttä nostamalla ja käyttämällä suuntaantenneja on mahdollista kasvattaa käyttäjän kokemaa verkon kapasiteettia. 25

28 Näin sitä paremmin, mitä korkeammalla taajuudella toimitaan, koska solujen välinen interferenssi (radioaaltojen keskinäinen häiriövaikutus) pyrkii pienenemään kantoaalto-taajuuden funktiona. Maantieteellisesti suuremmat solut voivat palvella suurempaa määrää käyttäjiä jotka jakavat keskenään solun siirtokapasiteetin. Samalla kapasiteetti per käyttäjä pienenee. Esimerkiksi kun UMTS-järjestelmää aloitettiin spesifioida luvulla, sille luvattiin maksimissaan 2 Mb/s kapasiteettia per käyttäjä jo vuonna Käytännön mittauksissa kapasiteetin todettiin kuitenkin vielä vuonna 2005 solun normaalissa kuormituksessa olevan huomattavasti pienempi, maksimissaan n. 384 kb/s. Tällä hetkellä vaikuttaa, että mobiilidatan käyttö kasvaa jatkuvasti, jolloin verkkoon on tehtävä merkittäviä lisäinvestointeja kun käyttäjäkohtaiset datanopeudet halutaan pitää korkeina. Tämä tulee olemaan erittäin suuri haaste 3G:n jatkokehitykselle, ja edellisen sukupolven viivästyminen ja tulossa olevat laajat muutokset koko verkon arkkitehtuurissa ja muissa rakenteissa ei tältä pohjalta näytä realistisesti asiaa tarkasteltaessa kovinkaan lupaavalta. Kiinteässä verkossa tilanne on toinen. Esimerkiksi alkuperäinen 1980-luvun Ethernet (ns. Sinisen kirjan DIX-spesifikaatio: Digital, Intel, Xerox ja tätä seuraava IEEE 802.3) toimi broadcast-tyyppisesti (kuin radioverkko) ja lähiverkon laitteet jakoivat keskenään 10 Mb/s vuorosuuntaisen siirtokapasiteetin. Lähiverkkokytkimet ja siirtyminen kierrettyihin pareihin muuttivat tilanteen ja pystyvät ajamaan täyttä linjanopeutta molempiin suuntiin kaikissa porteissa yhtä aikaa. Kiinteissä kaapeleissa on helppoa ja edullista rakentaa Ethernet-verkko, joka on käytännössä ruuhkautumaton (non-blocking). Parikymmentä 100 Mb/s Fast Ethernet porttia voidaan keskittää yhteen 1 Gb/s Gigabit Ethernet (GE)-porttiin ja edelleen parikymmentä GE-porttia yhteen 10 GE-porttiin ilman että käyttäjät havaitsevat mitään verkon tukkeutumista. Haluttaessa rakentaa langattomaan verkkoon suurta siirtokapasiteettia, joudutaan rakentamaan kattava kiinteä verkko, johon langattomat tukiasemat liitetään. Erityisesti Wi-Fi-tukiasemat ovat jo nykyisellään halpoja ( EUR). Esimerkiksi yhden WiMAX-tukiaseman hinnalla on rakennettavissa suuri joukko lyhyen kantaman Wi-Fi-tukiasemia, joista jokaisen siirtokapasiteetti on omalla pienellä toiminta-alueellaan yhtä suuri kuin WiMAX-tukiaseman omalla laajalla alueellaan. Toisaalta WiMAX-tekniikka toimii lisensioiduilla taajuusalueilla joka takaa sen ruuhkautumattomuuden lisenssivapaaseen (ISM-taajuisen) liikenteeseen verrattuna. Järkevä verkkoarkkitehtuuri perustuu suorituskykyiseen, edulliseen, luotettavaan ja joustavaan langattomaan ja/tai langalliseen pääsyverkkoon josta on oltava joustavat yhteydet runkoverkkoon. Siellä missä on paljon käyttäjiä ja/tai liikennöintitarvetta on oltava enemmän kapasiteettia. Tätä voidaan järjestää WiMAX, Wi-Fi tai Femtocell-tekniikalla. Laajempien ja pienempi käyttäjämääräisten alueiden peittoon soveltuvat nykyisellään erikoisesti 2G, 3G tekniikat. Useampaa teknologiaa voidaan käyttää yhtäaikaisesti yhteis- 26

29 reitittimen tai erillisten, verkkokohtaisten päätelaitteiden kautta. Järjestelmien turvallisuudesta tulee huolehtia sekä fyysisen ympäristön, että tietoturvallisuuden suhteen. Tämän raportin päätarkoituksena on kriittisesti tarkastella näiden teknologioiden käyttöön liittyviä näkökohtia tilaajan kannalta. 3.3 Näkökohtia järjestelmän suunnitteluun Kulkuneuvojen tietoliikenneyhteydet ovat palvelutasoltaan ajasta ja paikasta riippuvia. Nopeiden, kattavien ja luotettavien langattomien yhteyksien toteuttaminen kaikkiin kulkuneuvoihin kaikissa tilanteissa on taloudellisesti mahdotonta. Tästä syystä joudutaan ainakin vuoteen 2014 ulottuvalla tarkastelujaksolla parhaassakin tapauksessa sopeutumaan tilanteeseen, jossa ajoneuvojen kunkin hetkiset tietoliikenneyhteydet jakautuvat kolmeen luokkaan: Suurimmalla osalla ajoneuvoista on annetulla ajan hetkellä käytettävissä runsaasti halpaa kapasiteettia (esim. WLAN ja WMAN tekniikoiden sekä täydentävinä tekniikoina 3G/LTE verkkojen kautta). Merkittävällä osalla ajoneuvoista siirtokapasiteetti kuitenkin on rajoitettua, siirto epäluotettavaa tai siirtoviiveet pitkiä verkkojen puutteellisen peiton tai paikallisen ylikuormituksen vuoksi (esim. käytettävissä on vain kuormitettu GPRS-yhteys ja luokkaa 10 kb/s kapasiteetti). Osa ajoneuvoista on katvealueiden tai verkkojen toimintahäiriöiden kokonaan poissa verkosta. Edellä mainituista syistä järjestelmä on suunniteltava siten, että: Erilaiset lisäpalvelut ovat vapaasti käytettävissä silloin kun halpaa kapasiteettia on tarjolla runsaasti. Oleellisimmat tosiaikaiset toiminnot toimivat myös tilanteessa, jossa tiedonsiirto on rajoitettua ja lisäpalveluiden käyttö estynyt tai heikentynyt. Ajoneuvojärjestelmät pystyvät tarvittaessa toimimaan itsenäisesti ilman verkkoyhteyttä ja synkronoitumaan keskitettyjen palvelimien kanssa kun yhteys taas toimii. Järjestelmä on rakennettava oppivaksi siten, että se pystyy käyttämään tehokkaasti hyväkseen esim. Wi-Fi hotspottien tarjoaman kapasiteetin pysäkeillä ja varikoilla ja minimoimaan tosiaikaisen liikenteen. Lisäksi tietoliikenneverkko on suunniteltava käyttämään useita eri radiotekniikoita, tarvittaessa myös yhtä aikaa. Suurta luotettavuutta edellyttävät toiminnot voivat toteuttaa reittittämällä samat IP-paketit usean eri langattoman verkon kautta, jolloin siirron luotettavuus ja tosiaikaisuus paranevat merkittävästi. 27

30 3.4 Operaattori/tilaaja mallit Operaattori/tilaaja -malli on ollut tyypillisin tapa hankkia tietoliikenneyhteys. Siinä tilaaja ostaa tietoliikenneratkaisut palveluna operaattorilta. Hankinnan tekeminen on yksinkertaista, kun samalta toimijalta pystytään tilaamaan suunnittelu, päätelaitteet, asennukset, ylläpito ja muut tarvittavat palvelut. Lisäksi suurimpien operaattoreiden toiminta-alueet kattavat lähes koko Suomen, joten palveluiden saatavuus on hyvä. Kun palvelu ostetaan ulkoiselta toimittajalta, ei tilaajaorganisaatiossa tarvita suurta määrää teknisiä asiantuntijoita. Julkisyhteisöt ovat perinteisesti ostaneet tietoliikenteensä palveluna operaattoreilta. Tämä voi johtaa huonoon kustannustehokkuuteen asiakkaan puolelta erikoisesti mikäli kukin yhteisön osa ostaa palvelunsa pieninä palasina (esim. kaupungin kukin toimiala erikseen). Lisäkapasiteetista, uusista palveluista yms. maksetaan yleensä erikseen. Vaihdettaessa operaattoria, joudutaan uudelle operaattorille maksamaan uudet investoinnit (esim. kuidut rakennuksiin, joihin ne on jo maksettu edelliselle operaattorille). Käytännössä tämä rajoittaa operaattoreiden kilpailutusta ja nostaa palvelujen hintoja. Mikäli jättäydytään pelkästään operaattorin varaan, palvelujen hinnoittelussa ja teknologisissa ratkaisuissa sitoudutaan väistämättä operaattorin näkemyksiin. Tämän mallin SWOT-analyysi on nähtävissä taulukossa Oma verkko Useat julkisyhteisöt Suomessa ja ulkomailla ovat päätyneet oman tietoliikenneverkon pystyttämiseen [Muniwireless05], [Oplan_France]. Esimerkiksi Suupohjan Elinkeinotoimen Kuntayhtymä (SEK) kilpailutti vuonna 2004 avoimesti tietoliikenneratkaisunsa. Saatujen tarjousten perusteella seutukunnan kattava kuituverkko aktiivilaitteineen tuli 15 vuodessa halvemmaksi kuin Soneran tarjoama 1 Gb/s kiinteä palvelu tämä siitä huolimatta, että verkon keskeiset osat rakennettiin 96-kuituisella valokaapelilla (48 kuituparia), jossa oli huomattavasti ylimääräistä kapasiteettia. Suupohjan Seutuverkko Oy ( perustettiin 2005 ja se rakennutti verkon kuntien takaamalla lainalla. Kunnat siirsivät tietoliikennepalveluidensa ostot Soneralta perustetulle yhtiölle. Lopputuloksena palvelun hinta säilyi ennallaan, kapasiteetti ja palvelutaso nousivat jyrkästi ja verkkoyhtiö tuottaa voittoa. Ylimääräisiä kuitupareja on vuokrattu operaattoreille (mm. Elisa) ja 15 vuoden lainaajan päättyessä kuituverkko on kokonaan maksettu ja seutukunnan oma. Verkko on jatkuvasti pidettävissä ajantasaisena edullisin laiteinvestoinnein. Esimerkiksi siirtyminen 1 Gb/s nopeudesta 10 Gb/s nopeuteen runkoverkossa on yksinkertainen ja halpa toimenpide, joka voidaan suorittaa heti kun siihen ilmenee tarvetta. Suupohjassa asuu 28

31 vajaat asukasta alueella, joka on kooltaan likimain pääkaupunkiseudun kokoisella alueella. Vahvuudet Operaattorin tuki teknologian ja palvelujen kehittämisessä. Verkkoa on joka tapauksessa ylläpidettävä ja kehitettävä. Operaattoripohjaiset palvelut voivat olla myös kustannustehokkaita GSM tai 3G palveluissa mikäli saadaan neuvoteltua yhteistyöhön sopivat ehdot. Mahdollisuudet Femtocell-tekniikassa tilaajan ajoneuvoihin tai toimitila-alueelle pystytetään operaattorin toimintaa tukevia tukiasemia joilla 3G (LTE) paikallisten palvelujen laatua voidaan oleellisesti parantaa. Samalla yhteistyöstä voi tulla voimakkaammin win-win tyyppistä, mikä parantaa neuvotteluasemia teknologian ja palvelujen kehittämisessä. Samalla voi avautua tilaajan toiminta-alueelle uusia palvelumahdollisuuksia. Heikkoudet Operaattorin kanssa toimittaessa osa päätöksentekovastuusta on välttämättä jaettu jolloin kompromisseihin täytyy valmistautua. Verkon kehittäminen riippuu yhteisten etujen löytymisestä. Viime kädessä operaattori omistaa verkon ja päättää sen käytöstä, asiakkaan jäädessä maksajan rooliin. Uhat Verkon kehittäminen voi olla teknisesti ja palvelujen kannalta osittain tilaajan etujen ulkopuolella tai jopa niiden vastainen. Verkon kehittäminen voi olla kallista ja/tai hidasta. Teknologian ja palvelujen ulkoistaminen voi tarjota joustavuutta ja kustannustehokkuutta. Operaattorin näkemykset ja tietotaito palvelujen kehittämisestä voivat olla tärkeitä kokonaisuuden kustannustehokkuuden kannalta. Taulukko 6. Teleoperaattoriyhteistyön SWOT-analyysi. Vapaita verkkoja toimii myös muualla Suomessa. Näistä menestyksekkäimpiä toteutuksen laajuuden perusteella ovat panoulu ja varauksella myös Lahden Mastonet, jotka molemmat pyrkivät tukemaan seutukunnan kehitystä kokonaisuutena tavoittelematta alioptimoitua maksimaalista liiketaloudellista kannattavuutta. Myös Kristiinankaupunki rakentaa parhaillaan omaa verkkoa kattamaan laajaa, pääasiassa maaseutumaista aluetta, jonka asukasluku on vajaat Kyseessä on public/private-partnership, jossa osuuskunta KrsNET ( rakentaa asukkaiden omalla kustannuksella kuituyhteydet koteihin asti myös haja-asutusalueella. Syntyvä verkko mahdollistaa mm. langattoman peiton edullisen rakentamisen, terveyden- ja vanhustenhoidon sähköiset palvelut edullisina ja korkeatasoisina sekä erilaiset multimediapalvelut, kuten Full-HD-tasoisen videokuvan suoratoiston palvelimelta. 29

32 Pohjois-Ruotsissa toimii joukko maakunnallisia avoimia tietoliikenneverkkoja, jotka ovat liittyneet yhteen nimellä Team Norrland [TeamNorrland]. Hankkeet ovat alun perin julkisrahoitteisia mutta verkko toimii itsekannattavasti. Verkko liittyy myös Norjaan ja Suomeen (Vaasa) sekä Tukholman kautta maailmalle. Tämän seurauksena mm. sosiaali-, terveys- ja opetustoimi pystyvät pitämään yllä korkeaa palvelutasoa haja-asutusalueella. Lisäksi esimerkiksi Pajalassa toimiva yritys saa vaikkapa ulkomaankapasiteetiltaan 1 Gb/s Internet-liittymän alle puolella siitä hinnasta, jonka Helsingissä toimiva yritys maksaisi vastaavasta liittymästä. On huomattava, että kuvassa 4 näkyvä Team Norrland verkon peittoalue on likimain yhtä laaja kuin koko Suomi. Belgiassa Antwerpen ja sen naapurikaupunki Gent ovat rakentaneet yhteisen kaupunkiverkon, joka palvelee kaikkia toimialoja, mukaan lukien poliisi ja pelastustoimi. Verkkoa hoitamaan ja kehittämään on perustettu oma verkkooperaattori Digipolis, joka toteuttaa virtuaaliverkkoja yhteisessä infrastruktuurissa (kts. Oportossa Portugalissa toimii vastaava verkko. Myös monet suuret kaupungit kuten esimerkiksi Amsterdam ja Wien rakentavat avoimia optisia kaupunkiverkkoja. Kyseessä on kasvava trendi, joka johtuu siitä, etteivät paikalliset operaattorit, joilla perinteisesti on ollut alueellaan monopoli, eivät enää palvele paikallista yhteisöä eivätkä ole pysyneet mukana nopeassa teknisessä kehityksessä vaan ovat keskittyneet perinteisten liiketoimintojensa suojeluun ja todellisen kilpailun estämiseen, Ranskassa Limousinin maakunta on rakentanut laajan suurelta osin EU:n rahoittaman open access-periaatteeseen nojautuvan avoimen kuituverkon [Oplan_France]. Verkossa on yhteensä 1200 kilometriä runkoyhteyttä ja rakentamisen kokonaisbudjetti oli 85 M josta 45% oli julkista tukea eri lähteistä. Oman kiinteän runkoverkon lisäksi on mahdollista rakentaa langatonta liityntäverkkoa paitsi vapailla (IMS) myös luvanvaraisilla taajuuksilla. Lisensoidut taajuudet vaativat kuitenkin käyttöoikeuden anomista Viestintävirastolta ja useimmille kaupallisesti kiinnostaville taajuuksille on toimiluvat jo myönnetty. Poikkeuksiakin toki löytyy, ja esimerkiksi 900 MHz -taajuusalueella on edelleen vapaana taajuuskaistoja. Viestintäviraston kanssa voisi avata keskustelun siitä, millä edellytyksillä näitä taajuuksia voisi saada käyttöön. Käyttäjien osalta tiheillä alueilla (kuten esimerkiksi Helsingin Kampin terminaalissa) tarvitaan erittäin suorituskykyisiä langattomia verkkoja, joiden kantama saa olla lyhyt. Tähän tarkoitukseen soveltuu erinomaisesti Wi-Fi alkuvaiheessa g ja pian n, joka toimii myös vähähäiriöisellä 5 6 GHz välisellä taajuusalueella, jossa on käytettävissä peräti 455 MHz vapaata taajuuskaistaa. Käyttäen suunta-antenneja ja useita taajuuksia voidaan Wi-Fi tekniikalla helposti ja halvalla rakentaa riittävä langaton kapasiteetti suppeille ulkoalueille. Kampin kaltaisessa ympäristössä kannattaa hyödyntää kaupungin tiloja ja sijoittaa tukiasemia niihin. 30

33 Kuva 4. Pohjois-ruotsin kattava avoin Team Norrland-verkko. 31

34 Taulukko 7. Oman verkon rakentamisen ja ylläpidon SWOT-analyysi. Vahvuudet Verkon rakentaminen ja kehittäminen voi olla itsenäistä. Verkon teknisessä laadussa voidaan saavuttaa tällä hetkellä operaattoritarjontaa korkeampi taso (vrt. Femtocelltekniikan mahdollisuudet). Koko asiakkaan maksama pitkäikäinen infrastruktuuri (kuituverkko ym.) on täysin asiakkaan hyödynnettävissä ilman rajoituksia tai suuria lisäkustannuksia. Heikkoudet Kokonaiskustannustehokkuus voi olla haasteellista. Erikoisesti palvelujen kehittäminen niin että kaikki osapuolet ovat tyytyväisiä. Mahdollisten voittojen ja kustannusten jaosta tulisi sopia tarkasti etukäteen. Tämä on vaikeaa varsinkin nykytilanteessa jossa sekä verkkoteknologiat että palvelut kehittyvät erittäin nopeasti. Ylläpito vaatii verkon pysyttäjältä resursseja. Kaupallinen palvelutaso vaatii ympärivuorokautisen päivystyksen. Oma verkko käytännössä kapasiteettirajoittamaton Mahdollisuudet Omaa verkkoa ei tulisi kehittää liian itsenäisesti. Mikäli alueen vuorovaikutuskanavat hyödynnetään vastuullisesti voidaan saavuttaa parempi tekninen ja palvelullinen laatu. Tämä tarkoittaa erikoisesti muiden verkon infraa hyödyttävien palveluiden huomioimista. Hyvin hoidettu avoin seudullinen verkko palvelee maksimaalisesti koko paikallista yhteisöä ja sen kaikkia toimijoita. Uhat Itsenäisesti pystytettyjen paikallisverkkojen historia ei ole aina ollut pitkällä aikajännitteellä toimiva ja kehitykseen sisältyy uhkakuvia jotka liittyvät pääsääntöisesti palvelumallien kehittymättömyyteen [Muniwireless08a]. Nykyiset paikalliset puhelinoperaattorit alkoivat aikanaan samalta pohjalta, paikallisia yhteisöjä palvelevina yhdistyksinä ja osuuskuntina, mutta kehittyivät sitten maksimaalista voittoa tavoitteleviksi liikeyrityksiksi. Sama voi tapahtua nyt. 3.6 Open Access Open Access (vapaa pääsy) on termi, jota käytetään kuvaamaan verkkoja, joihin eri osapuolet voivat vapaasti liittyä, maksaen omat kustannuksensa, ja joissa ne voivat vapaasti tarjota erilaisia palveluita. Termiä käytetään vaihtelevasti yleensä tarkoittamaan IP-tasolla vapaata verkkoa. Kuitenkin vain vapaa pääsy IP-tasolla ja kaikilla sen alapuolisilla tasoilla takaa todellisen avoimuuden ja vapaan kilpailun paitsi sovelluspalveluissa myös verkkoteknologioissa ja aktiivilaitteissa. Vapaa pääsy ei tarkoita sitä, että kuka tahansa voi tunnistautumatta käyttää verkon resursseja (tosin ei sulje sitä poiskaan), vaan että loppukäyttäjän palvelut ovat täysin riippumattomia kulloinkin käytettävästä verkkoinfrastruktuurista, tämä lähestymistapa on yksi pääedellytyksistä monikanavaisten järjestelmien onnistuneen toteuttamisen kannalta. Erityisen tärkeää verkon ja sen palveluiden jatkuvan kehityksen kannalta on pääsy kuituihin ja radiotaajuuksiin. Jos kuituja on käytettävissä järkevin ehdoin, voi kuka tahansa edullisesti rakentaa suorituskykyisen runkoverkon ja päivittää sitä teknologista kehitystä vastaavasti. Vastaavasti pääsy radiotaajuuksiin (yhdessä kustannustehokkaan ja kattavan runkoverkon kanssa) mahdollistaa langattoman pääsyverkon rakentamisen. Oheinen kuva 5. havainnollistaa asiaa. 32

35 avoin pääsy kaikilla tasoilla verkkooperaattorit palveluoperaattorit yhteistä infrastruktuuria IP Bit Stream (Ethernet, ) Aallonpituudet (kuitu ja radio) Kuidut Putket, kaapelitiet, kaivuluvat Kuva 5. Open Access periaate. 3.7 Tilaaja verkon ylläpitäjänä Edellä esitetyt esimerkit havainnollistavat sitä, että oma tietoliikenneverkko on toistaiseksi osoittautunut toimivaksi investoinniksi useissa maissa ja hyvin erilaisilla alueilla, tiheistä kaupungeista aina Lappiin asti. Kokonaistaloudellinen ratkaisu voisi tässäkin tapauksessa olla, että tilaajan toimialueiden kunnat rakentaisivat avoimen tietoliikenneverkon, jota tilaaja, kaikki toimialat ja viime kädessä kuka tahansa voisi käyttää maksamalla oman osuutensa kustannuksista. Verkon kustannukset ovat pääosin kiinteitä ja se voitaisiin (Suupohjan tapaan kts. ja luku 3.4) rahoittaa yksinkertaisesti maksamalla investoinnit kuntien takaamalla pankkilainalla ja siirtämällä nykyiset tietoliikennehankinnat perustettavalle verkkoyhtiölle. Suurin osa runkoverkon rakentamiskustannuksista on kaivuu- ym. maanrakennustyötä. Rakentamalla verkkoa muiden maanrakennustöiden (vesijohdot, viemärit, kadut, tiet, kaukolämpö, maakaasu, sähköverkko jne.) yhteydessä sekä käyttämällä hyväksi olemassa olevaa infrastruktuuria (tunnelit, putket yms.), voidaan verkko rakentaa edullisemmin. Kuituverkko on käytännössä huoltovapaa ja elinkaareltaan pitkäikäinen (30 50 v) investointi. Valokuituverkon kapasiteetti on käytännössä rajaton ja verkkoyhtiö voi saada lisätuloja luovuttamalla kuituja ja verkkokapasiteettia kaikkien niitä tarvitsevien (ml. operaattorit) käyttöön. Omassa verkossa on mahdollista ottaa käyttöön lisäkapasiteettia maksamalla siitä aiheutuvat melko pienet lisäkustannukset. Operaattorin kanssa neuvoteltaessa hinnoittelulla ei ole suoraa läpinäkyvää yhteyttä todellisiin kustannuksiin ja asiakas on valtaosin operaattorin tuotteistamien ja hinnoittelemien palveluiden varassa. 33

36 Tilaajan ja kokonaisuuden kannalta olisi avoin verkko on varteenotettava mahdollisuus, jolloin myös muut kunnalliset ja kenties jopa yksityiset toimijatahot voisivat käyttää suunnitellun allokaatio-oikeuden rajoissa samaa verkkoa. Näin investoinnin kustannukset ja hyödyt jakautuisivat laajalle pohjalle ja verkko voitaisiin rakentaa nopeasti kattavaksi. Ellei tällainen ratkaisu ole poliittisesti mahdollinen, kannattaa selvittää mahdollisuudet rakentaa tilaajan oma, suppeampi runkoverkko, jota vähitellen laajennetaan (esim b/g/n-tekniikalla) ja josta tarjotaan palveluita myös mm. sosiaali- ja terveystoimen sekä opetustoimen ja teknisen toimen tarpeisiin. 3.8 Hybridimallit, esimerkkinä kaupunki-wlan yhdessä YTV:n kanssa Pääkaupunkiseutu (ja laajemmin Helsingin seutu) tarvitsee oman seutuverkon, joka muodostuu liittämällä yhteen kaupunkien sisäiset tietoliikenneverkot (Helnet, HelenIT ym.). Tämänhetkinen politiikka esimerkiksi Helnetin osalta on se, että verkon toiminta perustuu tarkkoihin sopimuksiin operaattorin kanssa verkon käytön osalta ja verkon laajentaminen käytettäväksi yhdessä muiden toimijoiden, kuten YTV:n, kanssa ei nykytilanteessa ilman erityistoimia ole mahdollista. Samaten katujen alle sijoitetut kaapelit ja suojaputket ovat operaattorien omistuksessa ja operaattoreiden keskinäiset hinnoitteluperiaatteet ovat useasti johtaneet siihen, että toimintaansa laajentavalle operaattorille on kustannustehokkaampaa repiä katu auki ja asentaa omat putkensa ja kaapelinsa kuin yhteiskäyttää toisen operaattorin infrastruktuuria. Tällainen tilanne on varsin epäoptimaalinen kokonaisuuden kannalta tarkasteltuna. Modernin runkoverkon ytimessä on kuituverkko, joka on pitkäikäinen investointi ja jonka kapasiteetti kasvaa tekniikan kehittyessä käytännössä ilman ylärajaa. 96-kuituinen DWDM-kelpoinen valokaapeli maksaa n. 2 3 /m. Yhdessä kuituparissa voidaan suoraan ajaa GE:tä (1 Gb/s) tai 10GE:tä (10Gb/s) erittäin edullisilla laitteilla. Tarvittaessa voidaan käyttää DWDM-kanavointilaitteita, joilla kuidun kapasiteetti kasvaa dramaattisesti. Alcatel-Lucent demonstroi maaliskuussa 2007 DWDM-laitteiston, jolla yhdessä kuidussa voidaan ajaa 160 kpl. kanavia (valon aallonpituuksia), joista jokaisen kapasiteetti on 160 Gb/s yhteensä 25,6 Tb/s. DWDM-laitteet ovat vielä kalliita operaattorituotteita mutta pohjimmiltaan yksinkertaisia järjestelmiä, joiden hinnat tullevat putoamaan nopeasti tuotantomäärien kasvaessa ja kilpailun kiristyessä. Kuntien tulee systemaattisesti rakentaa kuitu- ja suojaputkiverkkoa muiden rakennustöiden yhteydessä. Kaivukustannus on merkittävästi suurempi kuin kaapelin tai suojaputken kustannus, joten kaapelit ja suojaputket kannattaa haudata maahan aina, kun maata muutenkin kaivetaan: esim. katujen, kevyen liikenteen väylien, viemärien, vesijohtojen, kaukolämpöputkien, sähkölinjojen yms. rakentamisen tai kunnostuksen yhteydessä. Myös olevia metro-, viemäri-, huolto-, yhteiskäyttö- ym. tunneleita voidaan käyttää hyväksi. Kunta voi itse hyödyntää kui- 34

37 tu- ja suojaputkiverkkoaan sekä vuorata siitä kapasiteettia tasapuolisesti ja edullisesti kaikille niitä tarvitseville. Kuntasektorilla kaikki toimialat ja mm. HUS tarvitsevat tällaisia verkkoja. Tasapuolisen neutraalin tahon hoitaessa rakennetun infrastruktuurin tasapuolisesta ja kohtuullisin ehdoin tapahtuvasta vuokraamisesta vältetään myös katujen turhat kaivutyöt ja kaikki toimijat saavat toiminnasta taloudellista hyötyä. Nykytilanteessa operaattorit hallinnoivat rakentamaansa infrastruktuuria ja katujen usein toistuva avaaminen on mm. hinnoittelupolitiikan takia lähes maan tapa. Yksinkertaisin ja halvoin aktiivilaittein voidaan kuituverkossa toteuttaa reitittävä kytkinverkko, joka mahdollistaa sekä MAC-tason VLANien määrittelyn että näiden välisen reitityksen ja palomuuritoiminnon. Tällaisesta verkkoinfrastruktuurista voidaan helposti erottaa esim. tilaajan tarpeisiin looginen verkko, jossa on riittävä siirtokapasiteetti ja palvelun laatu kaikkien kiinteiden toimipisteiden välillä. Kiinteä runkoverkko luo pohjan langattoman liityntäverkon rakentamiselle. Esimerkiksi Wi-Fi -tukiasemia voidaan liittää siihen helposti ja erittäin pienin kustannuksin ja jos käytetään passiivista PON-topologiaa voidaan yhden kuidun yhteyteen kytkeä useita jopa kymmeniä Wi-Fi tukiasemia, millä tavoin säästetään sekä aktiivilaite- että hallintakustannuksissa. Oma verkko voisi olla pitkällä tähtäyksellä selvästi kokonaistaloudellisin ratkaisu. Tämän osoittautui mm. Suupohjan seutuverkon tarjouskilpailussa kolme vuotta sitten, jolloin alueen kunnat päättivät rakentaa oman kuituverkon ja perustaa verkkoyhtiön sitä hallinnoimaan. Edullisinta olisi, että tällainen avoin seutuverkko rakennettaisiin esimerkiksi koko pääkaupunkiseudulle palvelemaan kaikkia toimialoja (ei siis vain YTV:tä), jolloin sen kustannukset jäisivät YTV:n osalta varsin pieniksi. Kaupunkien ei tarvitse ryhtyä operaattoreiksi vaan oleellista on pääsy kuituihin. Tämän jälkeen on mahdollista kilpailuttaa verkkolaitteet ja niiden ylläpito sekä verkon hallinta. Kaupungit saavat näin kertainvestoinnilla käyttöönsä verkon, joka palvelee kaikkia niiden toimintoja ja jossa voidaan helposti ja edullisesti ottaa käyttöön lisäkapasiteettia ja uusia palveluita aina kun niitä tarvitaan. Kustannusetu operaattoreiden tarjoamiin palveluihin verrattuna on ainakin runkoverkon osalta vähintään kymmenkertainen, jos asiaa tarkastellaan laajasti ja pitkällä tähtäyksellä. 35

38 4 JOUKKOLIIKENNEYMPÄRISTÖ 4.1 Älykkään liikenteen kehitystrendit Älykkään liikenteen toimintaympäristö voidaan jäsentää yhtäältä eri liikennemuotojen kautta ja toisaalta ratkaisujen kehittämisen ja soveltamisen kautta tai tyypittelemällä osapuolia, jotka yhteistyössä kehittävät älykkäitä liikennejärjestelmiä. Älykkään liikenteen näkökulmia ovat mm.: teknologia, menetelmät ja tuotteet arkkitehtuurit ja standardit toimintamallit ja pelisäännöt käyttökulttuurit Suomessa on jo vuosia panostettu liikennetelematiikan palvelujen edellyttämien informaatio-infrastruktuurin ja pelisääntöjen kehittämiseen mm. liikennetelematiikan kansallisten t&k-ohjelmien kautta (TETRA , FITS , AINO , ÄLLI 2008). Kuva 5. Suomalaisen älykkään liikenteen SWOT-analyysia. Vahvuuksia ja mahdollisuuksia silmällä pitäen suomalaisten tulisi panostaa kansainvälisillä markkinoilla menestyviin älykkään liikenteen mobiiliratkaisuihin, joiden kehittämistä tukevat kotimarkkinoiden tarjoamat kehitysympäristöt ja arvoketjuyhteistyö. Älykkään liikenteen ratkaisuin tulisi hallita liikennettä ja sen kysyntää sekä vaikuttaa kulkumuotojakaumaan ilmastomuutoksen hillitsemiseksi ja liikennejärjestelmän tehostamiseksi. Merkittävinä muutoksina nykytilaan ITS Finland ry. linjaa mm., että tavaraliikenteen ajoneuvot varustetaan etätunnistimin, joukkoliikennevälineet langattomalla laajakaistalla 2009 loppuun men- 36

39 nessä, ecall-hätäviestijärjestelmä on pakollinen uusissa automalleissa 2011 lähtien ja uuden auton ostaja voi valita ajosuoritteeseen perustuvat tie- ja vakuutusmaksut perinteisen auto- ja ajoneuvoveron sijaan vuodesta 2012 alkaen. ITS Finland on älykkään liikenteen verkosto, joka on koonnut aiheeseen liittyvää tietoa verkkosivuilleen: Tätä tietoa kannattaa käyttää valikoiden hyväksi projektissa. Älykkään liikenteen takana vaikuttavia trendejä: Liikenteen kasvu ja siitä seuraavat päästöt, autoyhteiskunnan rinnalla kehittyy tietoyhteiskunta, liikenteen informatisoituminen (Suomalaisten käytössä on 3 miljoonaa kamerapuhelinta ja lähes liittymää käyttää säännöllisesti mobiilia datasiirtopalvelua), fyysinen liikenne uudistuu turvallisemmaksi ja sujuvammaksi, kuljetusten tehokkuus on tärkeä osa yritysten kilpailukykyä. ITS-Finland tiivistää suomalaisen älykään liikenteen palvelujen ja teknologian kehittämisen kuvan 5 SWOT-taulukkoon. 4.2 Ajoneuvot Liikkuva ajoneuvo asettaa haasteita tietoliikennejärjestelmien asentamiselle. Tilaa on rajoitetusti, ajoneuvo tärisee, toimintalämpötila vaihtelee talven pakkasista kesän helteisiin ja sähkön syöttö tapahtuu varsin suurissa rajoissa vaihtelevana tasavirtana. Ajoneuvojen tiivis tilankäyttö pitää huomioida jo suunnitteluvaiheessa siten, että ratkaisu on mahdollisimman kompakti ja sen asentaminen ei vaadi suuria muutostöitä. Useimmat joukkoliikenneajoneuvot ovat rakenteiltaan sellaisia, että esimerkiksi kaapeleiden asentaminen jälkikäteen on työlästä ja aikaa vievää. Laitteet saadaan joutua myös sijoittelemaan sellaisiin paikkoihin, etteivät esimerkiksi tavallisiin sisätiloihin soveltuvat laitteet tule kysymykseen. Mikäli tietoliikennemodeemien kanssa halutaan käyttää ulkoisia antenneja, pitää näiden sijoituspaikka selvittää. Samalla tapaa myös muiden laitteiden osalta kannattaa selvittää, paljonko tilaa on oikeastaan käytettävissä. Mikäli sitä on hyvin rajoitetusti, on erilaisten tilaa säästävien ratkaisuiden, kuten monitaajuusantennien käyttö suositeltavaa ja joskus jopa välttämätöntä. Tärinä tulee ottaa huomioon käyttämällä tietoliikennelaitteistossa niin vähän liikkuvia osia kuin mahdollista. Käytännössä tämä tarkoittaa esimerkiksi jäähdytyksessä muiden kuin perinteisten tuulettimien käyttämistä ja tallentamisessa Flashmuistien käyttöä. Useimmat tietoliikennemodeemit eivät sisällä liikkuvia komponentteja. Lämpötilan vaihtelu on eräs keskeinen, erityisesti, komponenttivalintaan vaikuttava tekijä tietoliikennelaitteita valittaessa. Tilaaja ilmoitti bussien toimintalämpötilaksi noin astetta, mikä rajaa käytettävissä olevien tietoliikennelaitteiden lukumäärää. Tieto-liikenteen sovelluskohteiden monipuolistuminen on kuitenkin parantanut markkinatarjontaa huomattavasti viime vuosien aikana, ja lisäksi myös erilaisten suojakotelointien käyttäminen on mahdollista. 37

40 Sähkönsyöttö tapahtuu linja-autoissa akkujen kautta, minkä seurauksena syöttöjännite jää alle 40 volttiin. Jännite on mahdollista muuntaa invertterillä perinteistä jakeluverkkoa vastaavaksi (230 V / 50 Hz). Toinen vaihtoehto on käyttää alempaa tasajännitettä tukevia virtalähteitä. Sähkönsyötössä kannattaa varautua katkoihin, sekä huonolaatuiseen syöttöjännitteeseen ja niistä aiheutuneisiin ongelmatilanteisiin esim. käyttämällä UPS tekniikkaa. Tietoliikennejärjestelmä pitää pystyä uudelleenkäynnistämään helposti ja laitteille on hyvä asettaa auto-boot vaatimus. Mahdolliset ajoneuvokohtaiset turvallisuusrajoitukset on hyvä selvittää ennen laitteiden hankkimista. Esimerkiksi kaukoliikennejunille on asetettu tiukkoja vaatimuksia sille, millaisia antenneja junan katolla saa käyttää. Laitteistojen asennusta suunniteltaessa kannattaa huomioida se, ettei asennuksia saa välttämättä tehdä muuta kuin sertifioitu asennushenkilöstö. Toinen turvallisuuteen liittyvä näkökohta on tietoturvallisuus josta voidaan huolehtia käyttämällä ylemmän tason turva/autentikointi palvelimia (esim. Radius-palvelimet) ja tarvittaessa turvaprotokollia, kuten esimerkiksi IPSEC, SSL ja SSH tai VPN (Virtual Private Network, joka voi perustua SSL:ään tai IPSECiin). Pöly, lika ja kosteus voi aiheuttaa ongelmia, jos niitä ei ole otettu huomioon elektroniikkalaitteen suunnittelussa. Useilla laitevalmistajilla on tarjolla ulkokäyttöön suunniteltuja laitteita, jotka kestävät pölyn ja lian lisäksi myös kosteutta. Näitä haittoja vastaan on mahdollista suojautua myös suojakoteloilla, joiden hinnat lähtevät noin sadasta eurosta ylöspäin. Vauhti on häiriötekijä langattomassa tietoliikenteessä. Mitä suurempi ajoneuvon vauhti on, niin sitä enemmän radiosignaaliin vaikuttaa ns. Doppler-ilmiö, jolla tarkoitetaan radiosignaalien vääristymistä. Käytännössä radiosignaalin taajuus muuttuu liikkeen takia. Ilmiö vahvistuu mitä korkeampi käytettävä radiotaajuus on. Toinen liikkeen aiheuttama ongelma liittyy resurssienallokointialgoritmeihin, jotka lakkaavat toimimasta mikäli vastaanottimen nopeus ylittää määrätyn rajaarvon. Teknologiasta riippuen vastaanottimen liike pystytään kompensoimaan jopa 350 km/h nopeuteen saakka. 38

41 5 TEKNOLOGIAKATSAUS Seuraavassa esitetään yleiskatsaus langattomiin teknologioihin, jotka voisivat tulla kysymykseen tilaajan LIJ2014-järjestelmän komponentteina. Työn fokusoimiseksi jo varhaisessa vaiheessa, keskitytään tässä tekniikoihin, joilla nähdään olevan realistisia hyödyntämismahdollisuuksia LIJ2014 :ssa ja ilmeisen soveltumattomat tekniikat käsitellään mahdollisimman lyhyesti. 5.1 Matkapuhelinjärjestelmät GSM GSM (Global System for Mobile communications, tai alunperin Groupe Spécial Mobile) on maailman yleisin matkapuhelinjärjestelmä, joka otettiin Suomessa käyttöön (ensimmäisenä maailmassa) vuonna Tällä hetkellä GSMliittymiä on maailmassa yli 3 miljardia 700 matkapuhelinoperaattorilta 218 maassa ja uusia liittymiä avataan n. 1,3 miljoonaa päivässä. (Lähde: GSM World, GSM on digitaalinen, piirikytkentäinen matkapuhelinpalvelu, johon kuuluu oleellisena osana lyhytsanomapalvelu SMS (Short Message Service). GSM:ään on myös lisätty datapalvelu GPRS (General Packet Radio Service), joka on maailman levinnein langaton datapalvelu. Käytännössä GPRS:n maksimisiirtonopeus on n kb/s myötä- ja 14 kb/s paluusuuntaan. GSM:n evoluutioon kuuluu EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), joka parhaimmillaan kolminkertaistaa GPRS:n kapasiteetin. EDGE on nykyisin yleinen ominaisuus sekä verkoissa että päätelaitteissa. Lähellä tukiasemaa siitä saavutetaan suurin hyöty. Kauempana nopeus on kaksinkertainen ja hyvin kaukana tukiasemasta (haja-asutusalueella) sama kuin GPRS:ssä. GSM/GPRS/EDGE-tekniikka on toimintavarmaa ja soveltuu sinänsä hyvin liikkuvaan käyttöön. Sen suurimpia ongelmia ovat pieni siirtokapasiteetti sekä suuri siirtoviive datakäytössä. Verkkoviiven tarkka arviointi kummankin tekniikan osalta on haasteellista, sillä siihen vaikuttaa ratkaisevasti verkon kuormitus ja konfiguraatio. GPRS:ssä verkkoviive on usein yli 500 ms ja siitä ylöspäin, EDGE:ssä sen ollessa hieman pienempi, alimmillaan noin 200ms..Tiedonsiirtokanavan laatu vaikuttaa viiveen suuruuteen esimerkiksi uudelleenlähetyksien muodossa, mistä johtuen kuuluvuudeltaan heikommilla alueilla viiveet saattavat kasvaa ajoittain jopa yli tuhanteen millisekuntiin. Keskimääräisetkin viiveet ovat verrattain suuria esimerkiksi ADSL-yhteyksien alle 30 ms viiveisiin nähden. 39

42 Suomessa on kolme kattavaa GSM-verkkoa (TeliaSonera, Elisa ja DNA). Käytännössä SIM-kortti (liittymä) on sidottu yhteen operaattoriin. Verkkovierailu (engl. roaming) on käytössä vain ulkomailla, jossa datapalvelun käyttö on erittäin kallista. Datasiirto oli vielä joitakin vuosia sitten huomattavan kallista (6 /MB) myös kotimaassa, mutta nykyisin operaattorit tarjoavat kiinteähintaista rajoittamatonta tiedonsiirtoa alkaen n. 10 /kk (sis. alv.). GSM:n vahvuuksia ovat sen suuri peitto, hyvä toimivuus mobiilikäytössä sekä monipuolinen ja edullinen päätelaitetarjonta. Siirtokapasiteetti on kuitenkin niin pieni ja viive ajoittain niin suuri, että tekniikka soveltuu huonosti tilaajan tarpeisiin muuten kuin vaatimattomaksi varayhteydeksi tilanteissa, jossa mitään nopeampaa verkkoa ei ole käytettävissä. Operaattorit ovat viime vuosina investoineet 3G-verkkoihin ja ovat ilmaisseet aikeita purkaa GSM-verkkojaan jo vuonna 2010 [Sajari 2008]. Kahden rinnakkaisen järjestelmän ylläpito on kallista ja 3G-verkkojen paremman kapasiteetin ansiosta saman tukiaseman alueelle mahtuu noin seitsemän kertaa enemmän käyttäjiä GSM-tukiasemaan verrattuna. Lisäksi esimerkiksi Elisan GSMlaitteiston käyttöikä päättyy vuonna 2015, joten ei ole lainkaan varmaa, että GSM-verkot enää ovat laajasti käytettävissä vuonna G Termi 3G tarkoittaa kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmää (analoginen NMT = 1G, digitaalinen GSM = 2G, GPRS/EDGE = 2.5G). Täsmällisesti 3G:llä tarkoitetaan ITU:n (International Telecommunication Union) IMT-2000 suosituksien (International Mobile Telecommunications-2000) mukaisia digitaalisia monipalveluverkkoja, joissa datasiirron ja digitaalisen median tuki ovat sisäänrakennettuja. 3G pyrkii yhdistämään kaikentyyppiset liityntäverkot, mukaan lukien WiMAX. Varsinaisia 3G-radioverkkoja (Radio Access Network, RAN) on kolme perhettä: WCDMA (Wideband CDMA), eurooppalainen versio, joka käyttää paritettuja (ylös/alas) 5 MHz levyisillä taajuuskaistoja. Tämä järjestelmä tunnetaan myös nimillä UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) ja 3GSM. CDMA2000, amerikkalaisen Qualcomm Inc:n versio, joka tuli markkinoille ennen WCDMA:ta ja toimii 1,25 MHz levyisillä taajuuskaistoilla. TD-SCDMA (Time-Division Synchronous CDMA), kiinalainen 3G-versio, joka on vasta valmistumassa tuotantokäyttöön. TD-SCDMA toimii 1,5 MHz levyisillä kaksisuuntaisilla taajuuskaistoilla täysin pakettipohjaisesti. 3G-versioista tilaajan kannalta kiinnostava on vain WCDMA. Muilla kahdella pääversiolla ei luultavasti tule olemaan merkittävää asemaa Suomessa ainakaan vuoteen 2014 mennessä. Kaikki WCDMA-puhelimet ovat kaksitoimisia ja toimivat siis myös GSM-verkoissa. 40

43 3GPP esitteli Release 5 ja Release 6 dokumentaatioissa parannetut pakettidataominaisuudet myötä- ja paluusuunnan tiedonsiirtoon. Verkkojen sukupolvievoluutiossa myötäsuunnan laajennusta HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) on kutsuttu 3.5G:ksi ja paluusuunnan HSUPA-laajennusta (High Speed Uplink Packet Access) 3.75G:ksi. Termiä HSPA käytetään kun puhutaan näistä kummastakin laajennuksesta yhdessä. HSPA-laajennukset mahdollistavat teoriassa jopa 14.4 Mb/s tiedonsiirtonopeuden myötäsuuntaan ja 5.8 Mb/s paluusuuntaan. Käytännössä näitä nopeuksia ei kuitenkaan tulla saavuttamaan, mutta esimerkiksi DNA:n tiedetään jo testanneen 7.2 Mb/s nopeusluokkaa myötäsuuntaan [Lehto2008]. Sitä voidaan pitää realistisena tulevaisuudessa ainakin suurimmilla kaupunkialueilla. Tällä hetkellä suomalaisissa 3G-verkoissa HSPA laajennus tarjoaa usean päätelaitteen kesken jaettua korkeintaan 2 Mb/s datanopeutta tiheimmin asutuilla alueilla. Mainitut tiedonsiirtonopeudet jaetaan kaikkien saman solun aktiivisten käyttäjien kesken. Kuva 6. Elisan mobiiliverkon peitto pääkaupunkiseudulla [ Tiedonsiirtonopeuksien parantumisen lisäksi toinen merkittävä hyöty HSDPA- ja HSUPA-päivityksistä on verkkoviiveen pienentyminen. Tavallisen WCDMAverkon noin 200 ms verkkoviive pystytään pienentämään alle 100 ms HSDPApäivityksen avulla, ja HSUPA-päivityksellä päästään jo noin 50 millisekuntiin. 41

44 Oheinen kuva 6 esittää Elisan GSM ja 3G-verkkojen peittoalueita pääkaupunkiseudulla. Punainen alue kuvaa nopeaa datasiirtoa, joka riittänee kapasiteetiltaan tilaajan tarpeisiin useimmilla alueilla. Siellä missä joukkoliikennevälineitä ja muita verkon käyttäjiä on runsaasti, saattaa kapasiteetti olla riittämätön. 3Gverkon ulkopuolella toimii pääkaupunkiseudulla pääosin EDGE ja vain harvoilla alueilla joudutaan turvautumaan korkeintaan n. 50 kb/s GPRS:ään. Käytännössä GPRS on osoittautunut kapasiteetiltaan ja viiveeltään riittämättömäksi useimpiin tosiaikaisuutta vaativiin sovelluksiin. EDGE tuo selvän mutta kuitenkin melko marginaalisen parannuksen. 3G-verkoissa palvelun laatu on kuuluvuusalueella selvästi parempi mutta puhelin vaihtaa sisätiloissa helposti GSM-verkkoon jopa aivan keskusta-alueilla, jotka ovat lähellä tukiasemia. Vastaavia ongelmia esiintynee myös ajoneuvokäytössä. Kyseessä on WCDMAtekniikan sisäänrakennettu ongelma: se selviää laajan kaistanleveytensä vuoksi huonosti monitie-etenemisestä, jossa signaali heijastuu rakennusten seinistä ja muista esteistä kaupunkialueilla. Lisäksi käytetty korkea (2 GHz) taajuus läpäisee huonosti rakenteita. Verkon todellinen kapasiteetti ja sen kehityssuunnitelmat on tarkistettava operaattoreilta sekä varmennettava kenttäkokein. Mikrobitti-lehden kesäkuun 2008 numerossa oli vertailuartikkeli mobiililaajakaistoista [MikroBitti08] jonka mukaan kehä-iii sisäpuolisilla alueilla verkot pystyivät kohtuullisen hyvin toimimaan nopeammassa 3G-tilassa eivätkä siis pudonneet 2Gtilaan, mutta alueen ulkopuolella tilanne oli huomattavasti heikompi ja hajontaa eri operaattoreitten välillä oli paljon. Valtioneuvosto teki jo kesällä 2006 päätöksen, jonka mukaan nykyiset 3Gverkko-operaattorit voivat rakentaa myös 900 MHz UMTS-verkot laajentaakseen peittoalueitaan. Elisalla toimii Siuntiossa kuvassa 1 oranssina näkyvä UMTS 900-koeverkko. Operaattorit laajentanevat vähitellen UMTS 900- verkkojaan sitä mukaa kuin laitetarjonta paranee. Aasian, Afrikan ja Euroopan maat ovat kehittämässä yhteistä taajuuspolitiikkaa, joka parantanee laitetarjontaa. Tarvetta 900 MHz 3G-verkoille on erityisesti kehitysmaissa. Käytännössä UMTS:n kehitykssä epäonnistuttiin pahasti. Laitteet tulivat markkinoille useita vuosia myöhemmin kuin CDMA2000-perheen järjestelmät, niiden virrankulutus oli aluksi hyvin suuri, piirien saatavuus heikkoa ja valmistuskustannukset korkeat, ja lisäksi järjestelmässä oli suuria toimintavaikeuksia sekä radiotiellä (fast fading kaupungeissa yms.) että järjestelmätasolla (mm. handover GSM-verkon kanssa). Nämä ongelmat johtuvat sekä WCDMA-tekniikasta, joka edellyttää paljon kehittyneempiä puolijohteita kuin ¼ kaistanleveydestä toimiva CDMA2000 ja selviää huonosti signaalin monitie-etenemisestä, että järjestelmäarkkitehtuurista, joka on tehty niin monimutkaiseksi, että sen toteuttaminen on ollut erittäin vaikeaa. Myös arkkitehtuurissa on sisäänrakennettuna rakenteellisia pullonkauloja joista aiheutuu suuria vaikeuksia tiedonsiirtonopeuksien kasvaessa, kuten esimerkiksi se seikka että user plane data kulkee radioverkossa keskitetyn resurssin RNC kautta. Samaten palveluiden luominen IMS (IP Multimedia Subsystem) avulla on osoittautunut varsin haasteelliseksi 42

45 sekä laitevalmistajille että operaattoreille. Kaupallisessa käytössä olevaa IMSjärjestelmää saataneen vielä odottaa. Kuva 7 alla havainnollistaa 3G-konseptin monimutkaisuutta. Applications & Services Legacy mobile Network Multimedia Packet Switching CAP Iu SCP HSS Gr EIR Gf SGSN Mh CSCF R-SGW Mw Ms Cx Mm CSCF Gi Mr Mg Gi MRF Gc Gi MGCF GGSN Mc Gn Gi Multimedia IP Networks T-SGW TE MT UTRAN R Uu Iu Iu MGW Mc MSC server Nb Nc MGW Mc GMSC server PSTN/ Legacy/External T-SGW Circuit Switching CAP Applications & Services CAP D HSS C Mh R-SGW Signaling Interface Signaling and Data Interface Kuva 7. 3G-viitemalli. Teknisestä kehityksestä huolimatta WCDMA on kallis tekniikka, joka ei pysty kilpailemaan WLANin (Wi-Fi) tai WMANin (WiMAX) kanssa siirretyn bitin hinnassa Mb/s datanopeudet ovat arkipäivää markkinoilla jo olevissa IEEE n WLAN-verkoissa, joiden tukiasemat maksavat n Myös WiMAX laitteiden hintojen odotetaan laskevan nopeasti. Langattomien verkkojen käyttö on yleensä melko keskittynyttä melko suppeille maantieteellisille alueille ja WiMAX ja Wi-Fi-peittoa voidaan rakentaa sinne missä sitä tarvitaan. Pian valmistuva n standardi, joka perustuu MIMOtekniikkaan, lupaa Wi-Fi:in sekä moninkertaisesti suurempaa siirtokapasiteettia että selvää parannusta kantamaan n esiversioita on jo markkinoilla. Rakentamalla nopeaa, edullista Wi-Fi-kapasiteettia sinne, missä tarpeet ovat suurimmat (esim. varikot ja keskeiset risteykset), voidaan hoitaa suuri osa tiedonsiirtotarpeista. Siellä missä oman verkon rakentaminen ei ole perusteltua, voidaan käyttää mm. 3G:tä. Kaupallisessa mielessä 3G-verkot muodostavat saumattoman kokonaisuuden GSM-verkkojen kanssa ja samat datapaketit (alkaen 10 /kk rajoittamattomasta datasiirrosta) toimivat molemmissa. Verkot on alun perin suunniteltu mobiilikäyttöön ja niiden voi odottaa toimivan hyvin busseissa ja raitiovaunuissa. Junat ovat jo selvästi haasteellisempi ympäristö. 43

46 5.1.3 Femtocell-tekniikka Nykyään enemmän kuin 50 % puhelinliikenteestä ja yli 70 % dataliikenteestä saa alkunsa sisätiloista [Chandrasekhar08]. Brittiläisen tutkimusorganisaatio Visiongainin mukaan 75 % kaikesta 3G-liikenteestä tulee tapahtumaan sisätiloissa vuoteen 2011 mennessä. Samaan aikaan WLAN-tekniikat ( a/b/g/n) kehittyvät voimakkaasti ja teleoperaattorit pelkäävät tulojensa menetystä myös Skypen ja muiden ilmaisten nettipalvelujen myötä. Operaattoripohjaisella kotitukiasema-tekniikalla (femtocell-tekniikka; FT tai home base-stations (home BTS) pyritään vastaamaan näihin haasteisiin operaattorin kannalta. Kuva 8. Femtocell-tekniikan käyttöä [Femtoforum08]. FT tekniikassa kotiin asennetaan tukiasema johon käyttäjä on yhteydessä esim. tavallisella GSM tai 3G päätelaitteellaan. Tästä edelleen signaali reititetään operaattorin verkkoon esim. kotiin sijoitetulla DSL- tai WiMAX-laitteistolla. Tekniikan merkittävimmät edut ovat parantuneet sisätilan siirtonopeudet ja peitto sekä kapasiteetin vapautuminen operaattorin tavallisilta tukiasemilta. Tämä johtuu siitä että FT-tukiasema palvelee tyypillisesti 1-4 käyttäjää, jolloin se voi tarjota kokonaisresurssinsa (teho ja kaistaleveys) näille käyttäjille. Tyypillisellä perinteisellä 2G- tai 3G-makrosolulla solun peiton säde on 500 m 1 km, jolla tyypillisesti sijaitsee kertainen määrä käyttäjiä, jolloin FT-asemaa vastaavan palvelun laadun (QoS) tarjoaminen on käytännössä mahdotonta. Nykyään esitetään myös että samaan FT-tukiasemaan voitaisiin olla yhteydessä myös tyyppisillä laitteilla joka laajentaisi operaattoreiden palveluoptioita, esim. voitaisiin käyttää yhteishinnoitteluja eri verkkoteknologioiden käytössä [EDA07]. Tällöin myöskään tukiasemia ei tarvitsisi hankkia erikseen. Nykyisellään FT tukiasemien hinnat liikkuvat 200 $ kieppeillä ja laskevat 100 $:n vuoteen 2011 mennessä mikäli niiden kehitys seuraa DSL-laitteiden mukaista hintakehitystä [Whydom07]. FT- tekniikan valmistajia ja operaattoreita on esitetty taulukossa 6. Tekniikan läpimurtoa odotetaan jo ensi vuonna [Chigago08]. ABI Research:in ennusteen mukaan markkinoille halutaan vuonna 2011 jo 27 miljoonaa FT-tukiasemaa palvelemaan 100 miljoonaa FT-käyttäjää [Tieto- 44

47 kone07c, TechWord07]. FT-tekniikan kehitystä edistää yli 60:n laitevalmistajan yhteistyöelin, Femtoforum joka perustettiin 2007 [Femtoforum08]. FT tekniikalla on edessään seuraavia tärkeitä haasteita: Interferenssi ja kättelyt Lähekkäiset FT-asemat häiritsevät tosiaan mikäli niiden välillä ei ole radiotien esteitä. Tämän vuoksi myös FT-asemat voivat tarvita taajuussuunnittelua tai muita interferenssin rajoitustekniikkoja (kuten hajaspektritekniikkaa tai MACtason erikoissuunnittelua) perinteisten GSM tai 3G asemien tapaan. On myös mahdollista, että soluihin kytkeytyminen voisi tapahtua sopivissa kuuluvuusolosuhteissa myös naapurisolun alueelta. Periaatteessa tämä voidaan estää operaattorikohtaisella integroidulla tunnistautumisjärjestelmällä jonka kuitenkin tulisi samanaikaisesti pyrkiä tarjoamaan käyttäjän vaatima palvelun laatu. FTkäyttäjän kytkeytyminen makrosoluun tulisi myös tarvittaessa estää, esim. mikäli lähistön FT-asema voi tarjota paremmin vaadittavan palvelunlaadun. Skaalaus Perinteinen solukkopuhelinjärjestelmä suunnitellaan tukemaan tuhansia tai korkeitaan kymmeniä tuhansia tukiasemia. FT-teknologiassa tukiasemien lukumäärä voi nousta vastaavalla alueella miljooniin joka on otettava huomioon niin systeemisuunnittelussa kuin runkoverkon kantokyvyssäkin Standardointi FT tekniikka perustuu nykyisellään laitekohtaisiin standardeihin joka hidastaa sen kehitystä. Odotettavissa on, että kehitys siirtyy pitkällä tähtäimellä 3GPP:n huomaan. Tilaajan tapauksessa FT tukiasemia voitaisiin asentaa liikennevälineisiin ja/tai ajoreittien varsille. Signaalin reitittämiseen FT-tukiasemasta voitaisiin käyttää liikennevälineissä omaa tyyppistä mesh- tai WiMAX tekniikkaa ja liikennereittien varrella lisäksi kuitu- tai kuparikaapeli yhteyksiä. FT-tekniikan käyttö voisi olla taloudellisesti järkevää siinä tapauksessa että myös muussa verkon rakenteessa hyödynnetään operaattoripohjaisia komponentteja, kuten 3G tai LTE-verkkoja. Tällöin tilaajan FT tukiasemat täydentäisivät operaattorin verkon peittoa tarjoten samalla verkkokapasiteettiä tilaajan palveluille. Järjestelyllä voisi potentiaalisesti myös saada alennusta tilaajan 3G tai LTE maksuihin. Tilaajan älykkään liikenteen palvelut voisivat hyödyntää 3G/LTE laitteiden korkeimpia mahdollisia siirtonopeuksia ja viivearvoja, saumattomia kättelyitä ja edullisia päätelaitteita. FT-asemista voitaisiin allokoida osa mahdollisesta ylimääräisestä kapasiteetista myös liikennevälineiden käyttäjien/ kaupunkilaisten käyttöön. 45

48 Taulukko 8. Femtocell laitevalmistajia ja operaattoreita [Chandrasekhar08]. Valmistaja Partneri/Operaattori Alue Teknologia Samsung(Ubicell) Sprint (Airwave) USA a) IS-95, CDMA2000, 1xEV- DO; b) WCDMA AirWalk Communications USA CDMA 1x RTT & 1x-EVDO Ericsson Eurooppa GSM/3GPP UMTS Airvana Nokia-Siemens 3GPP UMTS Alcatel-Lucent USA 3GPP UMTS Axiom Wireless PicoChip UK a) 3GPP UMTS; b) WiMAX IP Access (Oyster) PicoChip UK 3GPP UMTS Ubiquisys (Zonegate) Kineto wireless, Google UK 3GPP UMTS/HSPA Evolved HSPA Myös matkapuhelinverkkojen standardoinnista vastaava 3GPP on havainnut UMTS-verkkojen arkkitehtuurista johtuvat ongelmat, ja yrittääkseen säilyttää 3G-teknologioiden kilpailukyvyn esimerkiksi WiMAX-tekniikoita vastaan on 3GPP esitellyt HSPA evolution nimisen laajennuksen [3gppehspa]. Sen tehtävänä on yksinkertaistaa arkkitehtuuria ja yrittää tarjota käyttäjille mobiilia Internet-yhteyttä ohjaamalla dataliikenne tukiasemalta mahdollisimman suoraan RNC-solmun ohi joko SGSN-solmulle tai jopa GGSN-solmulle. Taulukossa 9 on listattu viitteen [3gppehspa] päävaatimukset joihin tällä laajennuksella olisi tarkoitus päästä. Evolved HSPA-laajennus tähtää pakettikytkentäisen datasiirron kannalta ongelmallisen pullonkaulan RNC-solmun ohittamiseen user plane eli itse siirrettävän datan pakettien osalta. Kuitenkin laajennuksen tulee toteuttaa täydellinen taaksepäin yhteensopivuus piirikytkentäisten palveluiden osalta (kuten vallitsevat piirikytkentäiset puhepalvelut, ja tämä myös tukien yhteysvastuiden vaihtoja 2G-verkkojen kanssa). Viitteen [3gppehspa] pääajatus on siirtää toiminnallisuutta RNC-solmusta tukiasemalle ja näin kiertää arkkitehtuuriin jo alkuvaiheessa muodostunut ongelma. Tämä tosin tekee tukiasemasta entistä mutkikkaamman ja kalliimman, ja tuo mukanaan päivitystarpeita myös olemassa oleviin verkkosolmuihin mikäli laajennus otetaan käyttöön. 46

49 Taulukko 9. Evolved HSPA järjestelmätason päävaatimukset [3gppehspa]. Performance Item Release 6 Anticipated HSPA Evolution Target Description of Measurement Round Trip Delay (PING) & UP Latency < 100 ms < 50 ms PING measured once PDP Context is established and Device is in CELL_DCH Packet Call Set Up May exceed 1000 ms < 500 ms Cold start. Measured from the RRC Connection Request sent by a Terminal previously in PMM_Idle to the completion of the PDP Context Establishment Procedure CP Latency Dormant to Active May exceed 1000 ms < 100 ms Time needed to transition the UE from a Dormant state like CELL_PCH or URA_PCH to CELL_DCH (Active with a RAB/RB set Up) with or without having to (re-) establish a PDP Context Järjestelmäarkkitehtuureihin tehtävien perusperiaatteiden muuttaminen jälkikäteen on erittäin haasteellista, koska kompleksisten järjestelmien rakentamisessa on monissa implementaatiovaiheen suunnitteluratkaisuissa pohjauduttu perusarkkitehtuurista johtuviin olettamuksiin, ja jos näitä jälkikäteen muutetaan järjestelmätasolla, ollaan varsin hataralla pohjalla. RNC Iu-ps CP SGS N CN Node_B UTRAN (HSPA access) Iu-ps UP GGSN Kuva 9. Evolved HSPA [3gppehspa]. 47

50 Viite [3gppehspa] ei mitenkään edes yritä selvittää miten yllämainittu haasteellinen yhteistoiminta ja yhteysvastuiden vaihto mm. piirikytkentäisten palveluiden osalta olisi edes teoriassa mahdollista toteuttaa. Tämän toiminteen käyttöönotossahan oli jo 3G-järjestelmän alkuvaiheissa varsin pitkäkestoisia ongelmia. On hyvin kyseenalaista ottavatko operaattorit tätä laajennusta käyttöön ja jos ottavat, minkälaisella aikataululla. Nykydokumentaation perusteella tätä laajennusta ei voi suositella tilaajan kannalta keskeisten ongelmien ratkaisuksi GPP SAE-LTE 3GPP SAE-LTE (3GPP System Architecture Evolution, UTRA-UTRAN Long Term Evolution) [3gppltesae] on kolmannen sukupolven mobiiliverkkoja standardoivan Third Generation Partnership Projectin ohjelma, jolla pyritään parantamaan UMTS-standardia selviämään tulevaisuuden vaatimuksista. Tavoitteiksi mainitaan suurempi tehokkuus, matalammat kustannukset, paremmat palvelut, uusien taajuusalueiden hyödyntäminen sekä nykyistä parempi integraatio avoimiin standardeihin. Käytännössä LTE tarkoittaa huomattavan laajoja muutoksia koko järjestelmään: WCDMA-modulaatio korvataan OFDM/SC-FDM-modulaatiolla ja monia verkkoelementtejä muutetaan mm RNC, MSC ja MGW katoavat. Kaikkein suurin muutos on kuitenkin piirikytkentäisten RAB-elementtien (Radio Access Bearer) poistuminen ja näin ollen piirikytkentäinen puheen häviäminen koko verkosta sekä sen korvaaminen kapasiteetiltaan kustannustehokkaammalla VoIPilla (Voice Over IP). Kuitenkin vaatimuksissa mainitaan WCDMA:n ja LTE:n saumaton yhteiskäyttö joka on todella suuri haaste tällaisessa tilanteessa. Eli käytännössä puhutaan lähes kokonaan eri järjestelmästä kuin suurin kustannuksin ja markkinointiponnisteluin rakennettu WCDMA 3G. LTE-järjestelmien käyttöönotto mahdollistaa aiempaa huomattavasti paremmat datanopeudet ja pienemmän verkkoviiveen, noin 30ms. Datanopeuksien osalta operaattoreilla tulee olemaan aiempaa enemmän vaihtoehtoja joista valita, sillä LTE tarjoaa useita eri kaistanleveysvaihtoehtoja: 1.25/2.5, 5, 10, 15 ja 20 MHz. Datanopeus muodostuu käytettävissä olevan kaistan ja käytettävän modulaation sekä koodauksen perusteella. 20 MHz-kaistalla on puhuttu mm. 32 Mb/s solukohtaisesta tiedonsiirtonopeudesta. Lisäksi Qualcomm on luvannut ensimmäisten LTE-piiriensä tukevan 50 Mb/s myötä- ja 25 Mb/s paluusuuntaista nopeutta. Tilaajan kannalta 3G LTE saattaa olla merkittävä tekniikka siitä syystä, että operaattorit ovat sitoutuneet siihen ja mm. YTV:n alueella on kolme melko peittävää verkkoa, joiden ominaisuudet jatkuvasti kehittyvät. LTE on operaattoreille matkapuhelinverkoissa seuraava luonnollinen kehitysaskel, joskin arkkitehtuuri muuttuu niin paljon, että käytännössä LTE:tä varten joudutaan rakentamaan kokonaan uusi verkko. Kaupallisessa mielessä GSM, UMTS ja LTE muodostavat 48

51 jatkumon vaikka käytetyt teknologiat muuttuvat oleellisesti. Tilanne tulee luultavasti olemaan pitkälti sama, kuin 2G ja 3G välisessä siirtymässä. Kysymyksiä tosin herättää miten laajasti SAE-LTE yleistyy ja millä aikataululla, jos ottaa huomioon WCDMA:n tilanteen vuonna 2008 ja mitä alkuperäisen aikataulun mukaan oli luvattu eri yhteyksissä. Tällä hetkellä julkisuudessa arvioidaan, että kaupalliset LTE-toteutukset aloitetaan Euroopassa vuosien aikana. Ottaen huomioon SAE-LTE:n tuomien muutosten laajuuden koko verkon arkkitehtuuriin ja eri verkkosolmujen toiminnallisuuksiin, ja verraten sitä edelliseen suureen muutokseen eli tuotaessa 3G-järjestelmä käyttöön yhdessä 2G- ja sen jatkokehitelmien kanssa ja miten tässä yhteydessä onnistuttiin noudattamaan luvattuja aikatauluja, voi todeta että SAE-LTE tuskin tulee tämän raportin tarkasteluaikana (ennen vuotta 2015) olemaan teknisesti kypsä ratkaisu toteuttamaan tilaajan kannalta yhtä keskeistä vaatimusta sitä että suositeltavien ratkaisujen tulee perustua käytännössä koeteltuihin toimiviksi osoittautuneisiin teknologioihin. 5.2 Broadcast-teknologiat DVB-T Digita Oy:n maanpäällinen digitaalinen TV-verkko toimii matalilla taajuuksilla käyttäen DVB-T tekniikkaa (Digital Video Broadcast Terrestrial). Koko Suomi on peitetty suhteellisen harvalukuisella määrällä lähetysasemia ja periaatteessa koko pääkaupunkiseutu voitaisiin hoitaa muutamalla lähetysasemalla. DVB-T verkko on edullinen tapa lähettää samaa dataa (engl. broadcast) kaikille mobiililaitteille. DVB-T-verkon käyttöä rajoittavat sen TV-kuvan jakeluun kehitetyt ominaisuudet: sama data kaikille vastaanottajille ja yksisuuntainen siirto. Koska verkosta puuttuu kokonaan paluukanava, tarvitaan DVB-T:n yhteydessä käytännössä aina jokin toinen verkko välittämään liikenne ajoneuvoista verkkoon päin. Tämä tarvitaan jo siihenkin, että saadaan kuittaukset datan onnistuneesta vastaanotosta. Digitan verkossa on toistaiseksi 4 kanavanippua (multipleksiä), joista kunkin kapasiteetti on runsaat 22 Mb/s. Todellinen datanopeus on runsaat 33 Mb/s, joista 1/3 on virheenkorjausbittejä. DVB-T:n hyödyntäminen mobiilissa käytössä on mahdollista diversiteettivastaanottoa käytettäessä jopa yli 100 km/h nopeudessa. Antennin lisäksi myös koodaus ja käytetty taajuus vaikuttaa vaikuttavat kattonopeuteen. Suomen DVB-T verkon peitto suunniteltu niin, että vastaanotossa on käytössä suunnattu antenni talon katolla. Käytännössä tämä rajoittaa DVB-T verkon luotettavan käytön niihin ajanhetkiin kun ajoneuvon on pysähtyneenä esimerkiksi varikkoalueella. 49

52 Kuva 10. Koodaustavan ja vastaanottimen vaikutus DVB-T:n liikkuvuuteen. [PhilipsDVB-T] DVB-T:n liikkuvuuden tuesta on ristiriitaisia tietoja. Digitan antamien tietojen mukaan vastaanotto kuitenkin onnistuu vain kaupunkinopeuksissa (korkeintaan km/h). Edulliset kiinteään vastaanottoon Tarkoitetut vastaanottimet eivät toimi suurissa nopeuksissa mutta signaaliprosessoinnilla onnistutaan Vastaanotossa jopa yli 100 km/h nopeuksissa yhdellä ja vielä suuremmissa nopeuksissa kahdella antennilla. Myös käytetty koodaus ja taajuus vaikuttavat saavutettavaan nopeuteen. Suomessa on käytössä 64 QAM-modulointi kun taas esim. Saksassa käytetään 16QAM-modulointia, joka kuvan 8 mukaisesti toimii jonkin verran suuremmissa nopeuksissa kuin ensin mainittu. Digitan Digi-TV kanavat toimivat keskitaajuuksilla MHz. Liikenne- ja viestintäministeriö ehdottaa, että analogiselta televisiolta vapautuneita taajuuksia osoitettaisiin uusille televisiokanaville ja laajakaistaisille matkaviestinverkoille ja on toukokuussa 2008 lähettänyt asiasta ehdotuksen lausuntokierrokselle. Uuden taajuussuunnitelman on tarkoitus tulla voimaan heinäkuun alussa. Ehdotuksessa televisiolle osoitettaisiin nykyisten lisäksi yksi uusi valtakunnallinen kanavanippu, jonne mahtuvien kanavien määrä riippuu valittavasta pakkaustekniikasta. Taajuuksia osoitettaisiin myös tuleville teräväpiirtotelevision koelähetyksille. VHF-taajuusalueelle ( MHz) mahtuisi kaksi valtakunnallista ja UHF-alueelle yksi pääkaupunkiseudun alueellinen teräväpiirtotelevision kanavanippu. Ehdotuksen mukaan laajakaistaisille digitaalisille 800-matkaviestinverkoille ehdotetaan UHF-alueen yläkaista ( MHz), joka soveltuu langattomien laajakaistapalveluiden tarjontaan erityisesti taajamien ulkopuolella. 50

53 DVB-T ei ole tilaajan kannalta erityisen kiinnostava verkkotekniikka johtuen sen broadcast-luonteesta ja yksisuuntaisuudesta. Sillä voi kuitenkin olla merkitystä täydentävänä tekniikkana, jolla lähetetään ajoneuvoille suuria määriä päivitettävää tietoa, kuten ohjelmistopäivityksiä, kartta- ja reittitiedon päivityksiä sekä mainoksia ja uutismateriaalia erityisesti yöaikaan, jolloin verkossa on vapaata kapasiteettia DVB-H DVB-H (Digital Video Broadcast Handheld) on Digitan verkossa toimiva palvelu, joka tarjoaa mobiilia digi-tv-lähetystä kannettaville päätelaitteille. DVB-H on eräänlainen DVB-T:n laajennus, jossa on kiinnitetty erityistä huomiota mobiliteetin tukeen. DVB-H:n suunnittelussa on myös huomoitu IP-liikenne DVB IP Datacasting (DVB-IPDC). Tällöin lähetettävään video/audio signaaliin lisätään uusi signaali DTV-IP Inserter:llä jota voidaan käyttää paikallisesti rikastamaan vastaanotettua kuvaa ja ääntä internet-sisällöillä. Datacasting on käytössä myös DVB-T:ssä mutta varsinainen TV-lähetys ei toimi IP:n päällä. DVB-H toimii, toisin kuin DVB-T, tyypillisellä vastaanottimella Euroopassa myös yli 100 km/h nopeuden päätelaitteissa. Jos DVB-H yleistyy kämmentietokoneissa ja älypuhelimissa, on odotettavissa, että vastaanottimista tulee hyvin edullisia. Muilta osin DVB-H:n pätee sama kuin DVB-T:hen eikä se siksi ole tilaajan kannalta erityisen kiinnostava verkkotekniikka. Näyttää jopa siltä, että DVB-T diversiteettiantenneilla ja kehittyneellä signaalin prosessoinnilla varustetuilla päätelaitteilla saattaa Suomessa syrjäyttää DVB-H:n, jonka toiminta on ainakin toistaiseksi ollut tappiollista Satelliittitekniikat Tietoliikennesatelliitit eivät ole varteenotettava vaihtoehto tilaajalle seuraavista syistä: Niiden siirtokapasiteetti on varsin rajallista ja kallista. Ne vaativat suunta-antenneja, joiden käyttö ajoneuvoissa on vaikeaa. Geostationääristen satelliittien edestakainen siirtoviive on luokkaa 0,5 s. 5.3 FLASH-OFDM Flash-OFDM (Fast Low-latency Access with Seamless Handoff Orthogonal Frequency Division Multiplexing) on langattomaan tiedonsiirtoon suunniteltu, nykyisin Qualcommin omistaman Flarionin kehittämä radioteknologia. Flash- OFDM tekniikan tyypillinen käyttötaajuus on 450 MHz, jota Digita käyttää Suomessa NMT-450-verkolta vapautuneella kaistalla. Digitan palvelun nimi 51

54 Matalan taajuutensa vuoksi toimii hyvin syrjäseuduilla ja katvealueilla. Käytetty OFDM-modulaatio toimii hyvin myös paikoissa, joissa monitie-eteneminen yleensä aiheuttaa ongelmia. Verkon suurin rajoitus on käytettävissä oleva kapea kaista 2 x 1.25 MHz, joka ei mahdollista suuria siirtonopeuksia. Yhdistyneenä suureen solukokoon tämä aiheuttaa sen, että yksittäisen päätelaitteen käyttöönsä saama siirtokapasiteetti jää pieneksi. Tällä tarjoaa korkeintaan 1 Mb/s siirtonopeuden. Jos käyttäjiä on saman tukiaseman alueella paljon, jää kapasiteetti helposti hyvin pieneksi. Flash-OFDM tekniikassa on hyvä liikkuvuuden tuki ja sen luvataan toimivan aina 250 km/h nopeuteen asti. Suomessa Flash-OFDM tekniikkaa on testattu Pendolino-junassa ulkoisella antennilla 200 km/h vauhdissa ja yhteyden kerrotaan toimineen hyvin [Väärämäki 2006]. Digita toimii puhtaana verkko-operaattorina, joka ei itse tarjoa loppuasiakkaille Palveluita verkossa tarjoaa kolme palveluoperaattoria: Oy M & P Systems Ltd, Fujitsu Services Oy sekä TeliaSonera. Käytännössä kaikkien kolmen palvelu- ja päätelaitevalikoima sekä hinnoittelu ovat samat. Korkeintaan 1 Mbit/s liittymä maksaa 40 /kk. Flash-OFDM 450 on käytössä vain harvoilla alueilla maailmassa minkä vuoksi sen tekniikka, päätelaitevalikoima ja hinnat eivät kehity läheskään samaa tahtia kuin yleisemmin käytetyissä verkoissa. Qualcomm ja Flarion halusivat Flash- OFDM tekniikalle globaalin standardin aseman ja tätä yritettiinkin IEEE työryhmän kautta usean vuoden ajan. Qualcommin ostettua Flarionin kesällä 2005 muuttui Qualcommin siihen saakka noudattama jarrutusstrategia hetkessä erittäin aggressiiviseksi oman ehdotuksen läpijyräämisstrategiaksi useiden omassa etupiirissä toimivien konsulttien bulvaaneina käyttämisen ja muiden täysin IEEE:n perusperiaatteiden vastaisten toimenpiteiden avulla. IEEE-SA puuttui tähän ripein ja voimakkain ottein, ja jäädytti koko ryhmän toiminnan sisäisten tutkimusten ajaksi. Tämän jälkeen ryhmä käynnistyi uudestaan varsin tarkan valvonnan alaisena uudella miehityksellä, ja eteneminen on tämän jälkeen tapahtunut varsin normaalisti avoimessa ilmapiirissä hyvällä tahdilla. On vaikea sanoa mitkä olivat Qualcommin toiminnan pohjimmaiset motiivit tässä varsin erikoisessa tapauksessa, mutta ainakaan ne eivät johtaneet Flash- OFDM:n muodostumiseen IEEE standardin pohjaksi. Flash-OFDM:n tilanteen ajautuminen yhä voimakkaammin vain yhden valmistajan immateriaalioikeuksiin perustuvaksi dedikoiduksi teknologiaksi, on saanut T- Mobile Itävallan luovuttamaan jo myönnetyn lisenssin takaisin regulaattorille keväällä 2008 [Flash-OFDM Austria]. On varsin epätodennäköistä että nykyisille Suomen, Slovakian ja Saksan Flash-OFDM verkoille tulee jatkossa varteenotettavaa lisäystä maailmalla vaikka teknologia sinänsä on osoittautunut toimivaksi ja täyttää sille asetetut vaatimukset kohtuullisen hyvin. Tämä tulee ottaa huomioon tilaajan strategisessa päätöksenteossa verkkoon ja sen päätelaitetarjontaan sitoutumisessa. 52

55 verkko soveltuu hyvin ja se tarjoaa selvästi parempaa palvelutasoa kuin esimerkiksi GPRS. Sen ilmeinen etu on hyvä peitto myös suunniteltu peittoalue kesän 2008 lopussa on nähtävissä kuvassa 11. Sininen (tummempi varjostus) väri merkitsee 1 Mb/s maksiminopeutta sisätiloissa ja aniliini (vaaleampi varjostus) ulkotiloissa tai lisäantennilla sisätiloissa tai mobiilikäytössä. Digita maksiminopeuden nostamista 2 Mb/s sillä edellytyksellä, että se saa käyttöönsä kolmannen taajuuden kahden nykyisen lisäksi. Qualcommin FLASH-OFDM roadmapissa ovat kehityskohteina VoIP-kelpoisen palvelun käytännön peittoalueen laajentaminen sekä usean taajuuden käyttö samalla sektorilla. Lisäksi Qualcomm kehittää verkon ylläpitoon liittyviä asioita. FLASH-OFDM verkkoja on Suomen lisäksi Slovakiassa, Saksassa, Irlannissa, Hollannissa ja Tanskassa (700 Mhz), joista kaksi viimeksi mainittua ovat vielä esikaupallisessa vaiheessa. Oikeastaan ainoa kaltainen verkko on Slovakiassa toimiva Nokia Siemens Networksin toimittama 450 MHz FLASH-OFDM-verkko, jossa on n käyttäjää. Slovakian asukasluku on likimain sama kuin Suomen mutta pinta-ala vain n. 1/7 Suomen pinta-alasta. Eräs syy verkon nopeaan leviämiseen on se, että Slovakiassa kiinteän laajakaistan saatavuus on laajoilla alueilla edelleen huono. Slovakian verkon perusliittymä maksaa n. 15 /kk ja premium-liittymä 45 /kk. Saksassa T-Mobile (entinen Deutsche Telekom) on käyttänyt Digitan kanssa samaa FLASH-OFDM-tekniikkaa 450 MHz kaistalla verkossa, joka on tehty junarunkojen up-linkiksi palvelemaan junaportaalia ja junan liikematkustajia. T-mobile on rakentamassa FLASH-verkkoa myös Saksan rautateille matkustajakäyttöön. He ovat testanneet jollakin rataosuudella kaikki käytettävissä olevat tekniikat ja todenneet FLASH-OFDM:n parhaiten toimivaksi liikkuviin juniin. Digitan antamien tietojen mukaan FLASH-OFDM:n tilaajakannan kehitys on vielä toistaiseksi kiihtyvässä vaiheessa kaikilla markkinoilla. verkon käyttäjämäärä on vielä selvästi alle ja liiketoiminnan kannattavuus edellyttäisi arviolta käyttäjää Suomen kokoisessa maassa. Päätelaitteiden valmistajia on tällä hetkellä vain kaksi, joista toinen keskittyy PC-kortteihin ja USB- mokkuloihin sekä toinen pöytämodeemeihin. Päätelaitteissa ei siis ole nähtävissä todellista valmistajien välistä kilpailua vaan niiden hinnat laskevat lähinnä kilpailevien vaihtoehtoisen tekniikoiden (esim. WiMAX) hintojen laskiessa. Oletus on, että suhteellinen hintaero FLASH-OFDM:n ja yleisemmin käytettyjen tekniikoiden välillä säilyy likimain nykyisellään. 53

56 Kuva kaavailtu peittoalue kesän 2008 lopussa. [Lähde Digita, tarkempi kartta verkkosivuilla: 54

57 FLASH-OFDM on tekniikkana monessa suhteessa edistyksellinen mutta sen tulevaisuutta varjostaa Qualcommin protektionistinen politiikka, jonka seurauksena tekniikan levinneisyys ja päätelaitteiden tarjonta ovat jääneet vähäisiksi. On mahdollista, että päätelaitteiden saannissa tulee ongelmia. On myös mahdollista, että Digita aikanaan siirtyy käyttämään taajuuksillaan jotain yleisemmin käytettyä tekniikkaa. Ilmeinen kandidaatti tällaiseksi tekniikaksi on IEEE , kun sen standardointi valmistuu ja tuotteita tulee markkinoille. hinta on n. 40 /kk 1 Mb/s maksiminopeudella ja yrityspalvelun (Sonera Business Internet Wireless) alkaen 66 /kk. Todellinen siirtonopeus jäänee ajoneuvokäytössä yleensä selvästi nimellistä pienemmäksi riippuen solujen käyttäjämääristä. Kyseessä on siis melko kallis palvelu, ellei sen käytölle onnistuta neuvottelemaan edullisempaa tukkuhintaa. Tilaajan kannalta FLASH-OFDM on tekniikkana kiinnostava, koska se toimii ajoneuvoissa ja kattaa koko toiminta-alueen. Tekniikka on kuitenkin kallis ja hidas eikä siinä ole nähtävissä luontaista jatkumoa kohti selvästi suurempaa kapasiteettia tai merkittävästi edullisempia hintoja. FLASH-OFDM ei siksi tule kyseeseen yksinomaisena ratkaisuna vaan nopeampia verkkoja täydentävänä, kattavana mobiilidatapalveluna. 5.4 PLC Kuva 12. MV-PLC järjestelmä [GridlineComms1]. 55

58 Power-line communications (PLC) tarkoittaa modulaatiotekniikkaa jolla viesti välitetään tehon siirtoon tarkoitetuilla kaapeleilla. Tilaajan tarvitsemilla siirtonopeuksilla PLC-tekniikkaa on kaupallisesti valmiina sekä 110/220 V:n että keskijännitteen (Mid-voltage; MV) (10-30 kv) järjestelmiä varten. PLC:n sovellutusalana ovat olleet sekä kotiverkot että DSL-tekniikkaa korvaavat/täydentävät ratkaisut jotka toimivat MV-verkossa. PLC:n laitetoimittajia on esitelty varsin kattavasti HomePlug Allance:n kotisivuilla [Plc1]. IEEE:ssä PLC-tekniikkaa standardoi P1901-työryhmä [P1901]. Kuva 13. PLC-järjestelmä junaympäristössä. Tekniseltä ratkaisultaan nykyaikaiset PLC-modeemit perustuvat samankaltaiseen OFDM- tekniikkaan kuin DSL-modeemit ottaen kuitenkin paremmin huomioon erittäin häiriöllisen siirtokanavan. Kotiverkoissa PLC voi saavuttaa 10 Mb/s Ethernet:iin verrattavia siirtonopeuksia (Kuva MV-PLC kotitalouksien tiedonsiirrossa) ja MV verkossa vielä tästäkin huomattavasti suurempi, luokkaa Mb/s nopeuksia [Plc2, Plc4]. PLC-tekniikka soveltuu periaatteessa sellaisiin datasiirron tarpeisiin missä ajoneuvoon on langallinen yhteys, siis metro ja paikallisjunat sekä syöttämään muiden verkkojen maa-asemia (esim. WLANasemia), siis toimimaan WiMAX:n ja DSL-tekniikoiden tapaan. Kuva 13 esittää PLC:n käyttöä junaympäristössä. Älykään liikenteen toteuttamisympäristönä juna vastaa linja-autoa palvelurakenteensa puolesta muuten mutta suurimmat erot tulevat junan suuremmasta nopeudesta, ja vaadittavien verkkojen peittoalueesta. Palveluiden puolella korostuvat asiakkaan palvelut koska juna on työskentely-ympäristönä linja-autoa ergonomisempi [Icomera08]. 56