VDSL-tekniikan tulevaisuus Suomessa

VDSL-tekniikan tulevaisuus Suomessa Tekijä: Teemu Heino, 45447W Valvoja: Esa Hyytiä

Tiivistelmä Mielenkiintoni VDSL-tekniikkaan heräsi vuoden 2000 Internet Expo messuilla Wanhassa Satamassa, kun muutamalla standilla hehkutettiin tätä mullistavaa tekniikkaa. Erikoistyötä aloittaessani ei siis pitänyt kovin kauaa miettiä, mitä aihetta työ tulisi käsittelemään. Työn otsikon VDSL-tekniikan tulevaisuus Suomessa mukaisesti työn tavoitteena on perehtyä VDSL-tekniikkaan, sen etuihin ja huonoihin puoliin, hieman syvällisemmin ja näin arvioida tekniikan menestymismahdollisuuksia Suomessa. Tämä menestymisen arviointi tietenkin edellyttää jonkin asteista tutustumista myös VDSL:n kanssa mahdollisesti kilpaileviin tekniikoihin. Perinpohjaisen miettimisen, eri tekniikoiden ja Suomen olosuhteiden puntaroimisen jälkeenkään en keksinyt yhtään käänteentekevää seikkaa, joka tekisi lopullisen eron VDSL:n ja sen kanssa kilpailevien tekniikoiden välillä. Eri tekniikat loistavat eri ominaisuuksilla ja kaikissa on myös heikkoutensa. VDSL-tekniikassa plussat ovat äärimmäinen nopeus ja olemassa olevan talokaapeloinnin hyödyntäminen. Miinuspuolella pisimpänä viivana on suhteellisen lyhyt toimintaetäisyys, jonka vuoksi tekniikan toteutus muodostuu kalliiksi hieman harvemmin asutetuilla seuduilla. Erilaisin laskutavoin saadaan luonnollisesti erilaisia tuloksia siitä, mikä tekniikka olisi kustannustehokkain missäkin olosuhteissa. Paljon jää siis myös sen varaan, mitä tekniikoita tietoliikennealan suuret vaikuttajat alkavat suosimaan. Teknisesti VDSL on täysin kilpailukykyinen ja näin ollen sen menestymiselle ei löydy esteitä. 2

Sisällysluettelo TIIVISTELMÄ...2 SISÄLLYSLUETTELO...3 LYHENNE- JA KÄSITELUETTELO...4 1. JOHDANTO...6 2. HIEMAN TELEHISTORIAA...6 Puhelin...6 Modeemi...6 ISDN...7 Nyt ja tulevaisuudessa...7 3. DSL-TEKNIIKAT (DIGITAL SUBSCRIBER LINE)...8 HDSL (High-bit-rate DSL)...9 ADSL (Asymmetric DSL)...9 DSL-Lite / G.lite...9 CDSL (Consumer DSL)...10 RADSL (Rate Adaptive DSL)...10 SDSL (Symmetric DSL tai Single-line DSL)...10 4. MIKÄ ON VDSL...11 Suorituskyky ja käyttötarkoitukset...11 Tekniikka (Tämä kappale on kirjoitettu pääosin lähteen [15] pohjalta.)...12 Edut ja haitat...14 5. KILPAILIJA-ANALYYSI...14 Kaapeli...15 PLC (Power Line Carrier) Tiedon siirto sähköverkossa...17 Langaton lähiverkko (WLAN, RLAN)...18 Matkapuhelinverkot, GPRS, EDGE, UMTS...20 Valokuitu...21 Satelliittiyhteys...22 ADSL...23 Long-reach ethernet...25 6. TULEVAISUUS...25 Konvergenssi vai divergenssi...26 Harvaan asuttu maa...26 mutta ei liian harvaan...26 7. YHTEENVETO...27 LÄHDELUETTELO...28 3

Lyhenne- ja käsiteluettelo Access-tekniikka - Tekniikka, jolla yksittäinen käyttäjä liittyy laajempaan verkkoon. ATM - Asynchronous Transfer Mode CAP - Carrierless Amplitude Phase (modulation) CCITT - Consultative Committee for International Telephony and Telegraphy CPE - Consumer Premise Equipment, laitteet, jotka sijoitetaan kuluttajan kiinteistöön DMT - Discrete MultiTone Download - Ladata tiedostoja verkosta omalle koneelle Downstream - Datavirta verkosta käyttäjälle päin DSL - Digital Subscriber Line DSLAM - DSL Access Multiplexer DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum DWMT - Discrete Wavelet MultiTone EDGE - Tehokas tapa koodata dataa matkapuhelinverkoissa FEC - Forward Error Correction, tapa suorittaa virheenkorjaus lähettämättä dataa uudelleen FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum FTP - File Transfer Protocol GPRS - General Packet Radio System GSM - Global System for Mobile telecommunications HSCSD - High Speed Circuit Switched Data IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers IP - Internet Protocol IPv6 - IP versio 6, tulossa oleva Internetin osoitejärjestelmä ISDN - Integrated Services Digital Network, digitaalinen monipalveluverkko ITU-T - International Telecommunication Union, Telecommunication Standardization Sector Johdin - Johtavasta materiaalista, yleensä kuparista, tehty pitkä johto, jota pitkin sähköiset signaalit välittyvät kbps - Kilo Bits Per Second, kilobittiä sekunnissa Koaksiaalikaapeli - Kaapeli, jossa ydinjohtimen ympärillä kulkee ytimestä eristettynä ontto johdin LAN - Local Area Network, lähiverkko Last mile - Viimeinen kilometri, tarkoittaa viimeistä osaa palveluntarjoajalta asiakkaalle eli asiakkaan tilaajajohtoa LRE - Long Reach Ethernet Modeemi - MOdulator-DEModulator MPEG - Motion Pictures Experts Group, liikkuvan kuvan ja äänen esitysprotokolla Parikaapeli - Kaapeli, joka sisältää kaksi toisistaan eristettyä johdinta yleensä toisiinsa kierrettyinä PCM - Pulse Code Modulation PCMCIA - Personal Computer Memory Card International Association, väylätyyppi, joka on tavalisesti käytössä kannettavissa tietokoneissa PLC - Power Line Carrier, tapa kuljettaa dataa sähkönjakeluverkkoa pitkin POTS - Plain Old Telephone Service QAM - Quadratude Amplitude Modulation RLAN - Remote LAN, langaton lähiverkko Shared Media - Jaettu media, fyysinen siirtotie, joka on jaettu useamman käyttäjän kesken 4

SLC - Simple Line Code SSH - Secure SHell, tapa salata verkon yli oleva yhteys UMTS - Universal Mobile Telecommunications System Upstream - Datavirta käyttäjältä verkkoon päin VDSL - Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line VoD - Video on Demand, tilausvideo VoIP - Voice over IP, tapa kuljetta ääntää IP:n avulla VPN - Virtual Private Network, virtuaalinen yksityisverkko WAP - Wireless Application Protocol Web hosting - Verkkopalvelimen ylläpito WEP - Wired Equivalent Privacy WLAN - Wave LAN, langaton lähiverkko 5

1. Johdanto Tässä erikoistyössä on tarkoitus pohtia VDSL-tekniikan tulevaisuutta Suomessa. On selvää, että tulevaisuudessa tietoverkkojen loppukäyttäjien tiedonsiirtokapasiteetin tarve tulee kasvamaan suuresti. Erilaiset DSL-tekniikat ovat nousseet tuomaan ratkaisua loppukäyttäjän kaistanleveysongelmaan ja erityisen lupaavalta tekniikalta näyttää VDSL (Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line tai Very High-speed Digital Subscriber Line). Tämä ei varmasti kuitenkaan ole maailman viimeinen eikä paras tiedonsiirtotekniikka ja jo tälläkin hetkellä sillä on kilpailijoita. Kysymys kuuluukin: Saako VDSL markkinoilla merkittävän aseman tiedonsiirtotekniikkana, vai jääkö se vain innovatiiviseksi keksinnöksi pääsemättä koskaan laajasti käytetyksi tiedonsiirtotekniikaksi? 2. Hieman telehistoriaa Puhelin Aloitan vuodesta 1876, jolloin Alexander Graham Bell esitteli Philadelphian maailmannäyttelyssä uuden keksintönsä - puhelimen. Varsin pian tämän jälkeen alettiin Suomeenkin vetää puhelinlinjoja. Aluksi vedettiin vain yksittäisiä galvanoituja rautajohtimia puhelimesta toiseen, mutta nopeasti aloitettiin myös puhelimien verkottaminen keskenään ja ensimmäinen suomalainen puhelinkeskus aloittikin toimintansa Turussa lokakuussa 1881. Julkisia puhelinkioskeja nousi Helsinkiin jo 1912. 1890-luvulta lähtien on rauta johdinaineena korvattu pääasiassa kuparilla (joskin myös pronssia alkuvaiheessa jonkin verran käytettiin) ja puhelinjohtoina alettu käyttää kaksijohtimisia parikaapeleita ylikuulumisen eliminoimiseksi. 1910-luvun lopussa Suomessa oli puhelinlinjaa jo 30 000 kilometriä ja vajaat kaksituhatta puhelinkeskusta. Linjaa vedettiin yhä lisää ja keskuksia - 20-luvulta lähtien automaattisia - rakennettiin. Miltei koko Suomi, harvimmin asuttuja seutuja lukuun ottamatta, saatiin puhelinverkon piiriin melko nopeasti. Puhelinkaapeli Suomesta Ruotsiinkin laskettiin Pohjanlahteen vuonna 1928, jolloin Suomi yhdistyi käytännössä koko Euroopan verkkoon. [1] Kuva 1. Oulun käsivälitteinen puhelinkeskus vuonna 1944. Lähde: Pohjois-Pohjanmaan museon kuva-arkisto Modeemi Puheen välittäminen kupariparia pitkin kehittyi jatkuvasti ja vuonna 1958 otettiin seuraava tärkeä askel tietoliikenteen historiassa, kun binääristä dataa siirrettiin ensi kertaa puhelinlinjaa pitkin Amerikassa [2]. Tämän historiallisen tapahtuman mahdollisti tuolloin keksitty modeemi (MOdulator-DEModulator), jonka avulla ykköset ja nollat saatiin esitettyä analogisen signaalin avulla. Tämän jälkeen modeemit ovat kehittyneet huomattavasti ja ITU-T (entinen CCITT) on julkistanut useita modeemisuosituksia ja standardeja, 6

viimeisimpinä vuonna 1998 hyväksytty v.90-standardi ja aivan tuore v.92-standardi. V.90- standardi mahdollistaa 56000 bitin sekuntinopeuden verkosta modeemille päin. Toiseen suuntaan yhteys on edelleen v.32-tasoinen eli 33600 bps. V.92 tuo sitä edeltävään v.90- standardiin vielä muutaman lisäominaisuuden. QuickConnect tallentaa puhelinlinjan ominaisuudet profiiliksi, jolloin yhteyden muodostusaika noin puoliintuu v.90:een verrattuna. Upstream-nopeus saadaan nostettua 48000 bittiin sekunnissa PCM Upstream -toiminnon avulla. V.92-systeemissä myös modeemiyhteys voidaan jättää pitoon aivan samoin kuin normaalit äänipuhelutkin [3]. ISDN Merkittävä etappi tietoliikenteen kehittymiselle Suomessa oli 1970-luvulla alkanut Suomen puhelinverkon digitalisointi. Vuosikymmenen lopussa olivat jo ensimmäiset ISDN (Integrated Services Digital Network) -kokeilut maailmalla onnistuneet, eli pohja täysin digitaaliselle tiedonsiirrolle oli onnistuneesti luotu. Alueelliset erot harvaan asutussa Suomessa olivat tässä vaiheessa suuret, sillä kun etelän kaupungeissa jo pitkään automaattisesti toimineita keskuksia alettiin vaihtaa täysin digitaalisiksi, käytettiin Pellon kunnassa Tornionjokilaaksossa vielä käsivälitteistä puhelinkeskusta [4]. Kuitenkin Suomessa viimeinenkin puhelinkeskus saatiin digitaaliseksi vuoden 1996 aikana ja noihin aikoihin myös ISDN:ää alettiin käyttää modeemin korvaajana kotitalouksien yhdistämiseen vanhan kuparisen puhelinkaapelin yli palveluntarjoajan runkoverkkoon. Tällainen digitaalinen yhteys sisältää kaksi 64 kbps kanavaa, jotka voidaan tarvittaessa yhdistää 128 kbps datavirraksi. ISDN tekniikkana oli jo vanha tullessaan kotitalouksien ulottuville ja osasyynä kuparilinjan digitalisoimiseen loppukäyttäjälle asti oli Internetin ja sen sovelluksien myötä kasvanut kapasiteetin tarve [5]. Nyt ja tulevaisuudessa ISDN ei kuitenkaan tuonut lopullista ratkaisua tiedonsiirtoon kuparikaapelin yli, sillä alati kehittyvät uudet sovellukset vaativat yhä enemmän kaistanleveyttä ollakseen käyttökelpoisia tietoverkon yli. Pikkuhiljaa ihmiset alkavat pitämään verkkopelejä, videoneuvotteluja ja muita suurta kapasiteettia vaativia palveluita itsestäänselvyyksinä. Pullonkaulaksi on ensisijaisesti jäänyt yksityisten työasemien verkkoonliittymisnopeus. Vielä nykyisin vallitsevat access-tekniikat, modeemi- ja ISDN-yhteydet ovat piirikytkentäisiä. Tämä tarkoittaa, että yhteyden ollessa auki esimerkiksi Internetiin juoksee koko ajan aikaveloitteinen maksu palveluntarjoajalle. Vaikka maksu ei muodostuisikaan ongelmaksi, kestää piirikytkentäisen yhteyden luominen oman aikansa. Aina yhteyden katketessa se pitää ennen tiedon siirtoa luoda uudestaan. Parempana vaihtoehtona ovat nousseet esiin pakettikytkentäiset access-tekniikat, joissa yhteyttä ei tarvitse erikseen muodostaa vaan se on jatkuvasti päällä. Esimerkiksi sähköpostin tarkistamiseksi ei ensin tarvitse luoda erikseen yhteyttä ja odottaa yhteyden muodostukseen tarvittavien kättelyjen viemää aikaa, vaan yhteys on aina valmiina pitkänkin hiljaiselon jälkeen. Laskutus tapahtuu vain siirretystä datamäärästä eikä verkossa oloajasta. Lisäksi pakettikytkentäiset tekniikat ovat yleensä huomattavasti nopeampia kuin yleisimmät piirikytkentäiset - modeemi- ja ISDN-tekniikat. 7

Myös yhteiskunta on todennut tiedonsiirtotarpeen ja nopean tiedonsiirron merkityksen kasvun ja Euroopan neuvosto on julkistanut eeurope ohjelmansa [6], jonka tarkoituksena on tuoda tietoyhteiskunta kaikkien EU:n kansalaisten ulottuville. Konkreettisia tavoitteita ohjelmalla on mm. mahdollistaa nopea Internet-yhteys kaikille eurooppalaisille ja kehittää Internetin kautta hoidettavia palveluita siten, että ne todella olisivat kaikkien käytettävissä. Ohjelmassa on myös huomioitu, että Amerikassa Internetin hyötykäyttö on huomattavasti Eurooppaa yleisempää ja esimerkiksi elektronista kauppaa käydään Amerikassa saman kokoisilla markkinoilla jopa kolme kertaa enemmän kuin Euroopassa. Koko Internetin runko perustuu nykyisellään paketti- tai solukytkentäisiin tekniikoihin. Nykyisiä kuparipareja hyödyntävät DSL-tekniikat ovat tekniikkaa, jonka päällä pystytään kuljettamaan yhtä hyvin puhtaita ip-paketteja, kuin vaikkapa ATM-solujakin. Niinpä DSLtekniikat tuntuisivat soveltuvan hyvin Internetin loppukäyttäjän access-tekniikaksi, sillä ne on helppo sulauttaa osaksi Internet-verkkoa ja Suomessa lähes jokaiseen talouteen tulee valmiit kuparikaapelit. Seuraavassa esittelen lyhyesti yleisimmät DSL-perheen tekniikat. 3. DSL-tekniikat (Digital Subscriber Line) Yksityisen loppukäyttäjän verkkoon kytkeytymisen haasteeseen ovat nousseet vastaamaan erilaiset DSL-tekniikat, joita nousi 90-luvun jälkipuoliskolla nopeaan tahtiin kuin sieniä sateella. Koska DSL-tekniikoita on todella lukuisia, tyydyn tässä esittämään vain niistä yleisimmin tunnetut. DSL-tekniikoiden esittelyssä on käytetty erikseen mainitun lähdemateriaalin lisäksi lähteinä lukemattomia WWW-sivuja ja tiedonrippeitä on kerätty seuraamalla säännöllisesti tieto- ja tietoliikennetekniikan alojen julkaisuja. DSL-tekniikoiden tarkoituksena on ottaa kuparikaapelista irti kaikki saatavissa oleva nopeus käyttämällä mahdollisimman laajaa taajuusaluetta. Normaalille puhelinyhteydelle on varattu 0-3400 Hz:n taajuusalue [7], josta normaalisti käytetään väli 300 Hz:stä 3100 Hz:iin [8]. DSL-tekniikoissa taajuusaluetta laajennetaan ylöspäin useisiin megahertseihin asti. Toki kaistaa voitaisiin edelleen laajentaa, mutta koska nykyisellään käytössä olevat kaapelit on suunniteltu toimimaan mainitulla alle 4 khz:n taajuusalueella, vaimenee signaali niissä liian lyhyellä matkalla taajuusalueella megahertsistä ylöspäin mentäessä. Signaalin vaimenemista voitaisiin vähentää paksumpia kuparikaapeleita käyttämällä, sillä signaalin vaimeneminen kuparijohteessa riippuu likimain lineaarisesti signaalin taajuuden neliöjuuresta. Näillä signaalia vähemmän vaimentavilla, nykyistä paksummilla kaapeleilla päästäisiin tietysti myös nykyistä suurempiin siirtonopeuksiin, mutta nimenomaan valmiit tilaajajohdot on yksi DSL-tekniikoiden eduista kilpaileviin järjestelmiin verrattuna. (Tilaajajohtojen uusimiskustannuksiksi on arvioitu noin 15000 _ / km [9]. Tämä hinta on sen verran korkea, että jos johtojen uusimiseen lähdetään, lienee järkevintä korvata tilaajajohdot saman tien jollain muulla ratkaisulla kuin entistä paksummalla kupariparilla.) Tiedon siirto DSL-tekniikoilla on toteutettavissa siten että alin 4 khz jätetään käyttämättä, jolloin puhelinyhteys toimii vielä normaalisti samalla kupariparilla, vieläpä samanaikaisesti datayhteyden kanssa. Tällöin tulee kuitenkin asentaa tilaajajohdon asiakkaan päähän jakosuodin erottamaan taajuusalueen alapään analoginen puhesignaali korkeampitaajuisesta datasignaalista. Jakosuotimesta alimmat taajuudet päästetään ainoastaan puhelimelle tai puhelimille ja varsinainen DSL-liikenne DSL-modeemiin. DSLpalveluntarjoajalla pitää olla asiakkaan läheisyydessä (etäisyys riippuu mm. käytetystä 8

DSL-tekniikasta, kupariparin paksuudesta ja kunnosta) DSL-modeemin vastakappale, DSLAM, joka keskustelee asiakkaiden DSL-päätelaitteiden kanssa ja välittää liikenteen edelleen palveluntarjoajan runkoverkkoon esimerkiksi ATM:ään tai Frame Relay:hin sovitettuna. HDSL (High-bit-rate DSL) Ensimmäinen kehitetyistä DSL-tekniikoista oli HDSL, joka käyttää kahta tai kolmea kierrettyä kupariparia symmetriseen tiedonsiirtoon, noin 2 Mbps nopeudella kumpaankin suuntaan. HDSL on laajimmin käytetty yritysten sisäisissä verkoissa sekä yrityksien ja palveluntarjoajien välissä. HDSL:n ongelmana kotikäyttäjien kannalta on se, että se varaa koko POTS:in tarvitseman taajuusalueen ja ylikin aina nollasta muutamaan sataan kilohertsiin asti, eikä tällöin siis ole mahdollista käyttää puhelinta HDSL-yhteyden kanssa samanaikaisesti samalla kupariparilla. HDSL:n toimintasäde yltää noin neljään kilometriin. [10] ADSL (Asymmetric DSL) ADSL-tekniikkaa on kehitetty jo 1990-luvun alusta lähinnä liikkuvan kuvan (MPEG) siirtoon kuparikaapelia pitkin verkosta tilaajalle päin. ADSL:ssä noin megahertsin taajuusalueella saadaan siirrettyä käyttäjälle päin jopa 9 Mb dataa joka sekunti. Tekniikka on siis epäsymmetrinen, eli käyttäjälle päin data kulkee nopeammin kuin käyttäjältä ulospäin. ADSL:n asymmetrisyys on toteutettu siten että yhteys jakautuu kolmeen kanavaan: 1) alin ja hitain taajuuskaista on jätetty tavallista puhelinpalvelua (POTS) varten, eli yhtäaikainen puhelin- ja data-yhteys onnistuu. 2) Keskinopea kaksisuuntainen kanava, jonka nopeus on alle 1 Mbps ja joka tarvittaessa voidaan jakaa useisiin alikanaviin. 3) Nopea kanava puhelinkeskuksesta tilaajalle päin. [11] DSL-Lite / G.lite G.Lite on ADSL:n pikkuveli, jossa ei tarvita erillislaitteistoa puhesignaalin erottamiseen datasignaalista, sillä näiden väliin on jätetty leveämpi varmuusalue. G-Lite on hieman normaalia ADSL:ää hitaampi, downstream-nopeuden ollessa 1,5 Mbps ja upstreamnopeuden 512 Kbps. Se on kuitenkin ADSL:ää helpompi asentaa, eikä erillistä asentajaa tarvita. G.lite:n toimintasäde yltää aina kuuteen kilometriin. ITU myönsi G.lite:lle standardin (G.992.2) kesäkuussa 1999. [11] 9

Kuva 2. ADSL:n ja G.Lite:n käyttämät taajuudet CDSL (Consumer DSL) CDSL on Rockwellin kehittämä DSL-tekniikka, joka käyttää omaa koodaustaan yleisten DMT:n tai CAP:in sijaan. CDSL yltää yhden megabitin sekuntinopeuteen käyttäjälle päin. Tekniikassa ei - G.liten tavoin - tarvitse asentaa käyttäjälle erillistä jakosuodinta. [12] RADSL (Rate Adaptive DSL) RADSL on ADSL:ään perustuva tekniikka, jossa DSL-ohjelmisto kykenee mittaamaan linjalle optimisiirtonopeuden ja toimimaan juuri tällä nopeudella. Häiriöisellä linjalla RADSL pudottaa nopeuttaan vastaamaan linjan suorituskykyä. Suurin downstream-nopeus RADSL:ssä on 2,2 Mbps. [12] SDSL (Symmetric DSL tai Single-line DSL) Kuten HDSL, mutta käyttää vain yhtä johdinparia symmetriseen 2Mbps liikenteseen (USA:ssa nopeus 1,5Mbps). Suurena etuna HDSL:ään verrattuna on vain yksi tarvittava kuparipari. SDSL:n toimintasäde Euroopan nopeuksilla on noin 3 km, Amerikassa hieman pidempi. [13] Näiden nyt mainittujen lisäksi on olemassa lukuisia erilaisia DSL-tekniikoita, joita eri yhtiöt kehittelevät omiin lukuihinsa, ja jotka tässä niiden marginaalisuuden tai epämääräisten speksien vuoksi sivuutan tarkemmitta esittelyittä. 10

Taulukko 1. Access-tekniikoiden vertailua Tekniikka Nopeus Etäisyys rajoitus (24 gauge wire) 56 kbps modeemi 56 kbps downstream 33.6 kbps upstream ISDN (BRI) 64 tai 128 kbps Alle 6km (voidaan kasvattaa siirtotielle kytkettävillä laitteilla) Kaapeli Modeemi ADSL Lite (G.Lite) ADSL/R-ADSL HDSL SDSL 10-30 Mbps downstream 128 kbps-10 Mbps upstream (jaettu kaista saman solmun käyttäjille) Up to 1 Mbps downstream 384 kbps upstream 1.5-8 Mbps downstream 1.544 Mbps upstream 1.544 Mbps full duplex (T1) 2.048 Mbps full duplex (E1) (Käyttää 2-3 kupariparia) 1.544 Mbps full duplex (T1) 2.048 Mbps full duplex (E1) N. 20km koaksiaali kaapelin yli. (voidaan kasvattaa siirtotielle kytkettävillä laitteilla) Yleisimpiä sovelluksia --- Internet/Intranet access, sähköposti, www-selaus Internet/Intranet access, videoneuvottelu, kiinteän linjan varayhteys Internet access, sähköposti, www-selaus N. 7km Internet/Intranet access, www-selaus, IP-puhelut, video-puhelut 3,5 5,5 km Internet/Intranet access, video-on-demand, VPN, VoIP 3,5 4,5 km Toimistorakennusten väliset yhteydet, LAN:it N. 3km Toimistorakennusten väliset yhteydet, LAN:it VDSL 13-52 Mbps downstream 1.5-2.3 Mbps upstream (Upstream voi olla suurempikin, jos tingitään downstreamistä.) 300m 1,5km (riippuu nopeudesta) Multimedia Internet access, HDTV-ohjelmien välitys jne. 4. Mikä on VDSL Suorituskyky ja käyttötarkoitukset VDSL on kehitetyistä DSL-tekniikoista kaikkein suurimman tiedonsiirtokapasiteetin tarjoava tekniikka. Se on asymmetrinen ja sen avulla voidaan päästä jopa 52 Mbps downstream-nopeuksiin [14]. Upstreamin suuruus riippuu sille varatusta taajuusalueesta ja sitä voidaan säätää käyttötarkoituksen mukaan. Tämä mahdollistaa tarvittaessa lähes symmetrisen siirron, jonka vuoksi VDSL:ää voidaan käyttää vaikkapa palvelimen kytkemiseksi Internetiin. VDSL:n suorituskyky on jo sitä luokkaa, että todennäköisesti nykyisistä kuparikaapeleista ei juurikaan enempää kapasiteettia saada irti. Sitä, kuinka pitkään VDSL:n tarjoama siirtonopeus riittää tyydyttämään normaalien loppukäyttäjien tiedonsiirtotarpeet, on melko mahdoton ennustaa. Seuraava vaihe VDSL:n jälkeen tulee todennäköisesti joka tapauksessa olemaan kotitalouksiin ja toimistoihin johtavien fyysisten siirtomedioiden viimeisen kilometrin uusiminen. 11

VDSL:n lyhyehköstä kantamasta johtuen tekniikasta tuskin koskaan tulee koko Suomen väestön yhteystekniikkaa, mutta tiheästi asuttuista keskuksista ja yrityksistä VDSL:llä on potentiaalia saada riittävän laaja käyttäjäkunta, jotta VDSL:ää voitaisiin oikeutetusti pitää merkittävänä access-tekniikkana. Tekniikka (Tämä kappale on kirjoitettu pääosin lähteen [15] pohjalta.) VDSL on tekniikaltaan paljolti ADSL:n kaltainen, mutta toimii olennaisesti pienemmillä tehoilla, pienemmällä dynaamisella alueella. VDSL:n linjakoodaukseksi, eli miten bittivirta koodataan signaaliin, on ehdolla neljä linjakoodia (CAP/QAM, DMT, DWMT,SLC), joista DMT (Discrete Multi Tone) tuntuu olevan vahvimmilla lopulliseksi ratkaisuksi. Sen takana ovat useat suuret kehittäjäyhtiöt, sekä tärkeiden yritysten yhteenliittymä VDSL-alliance. DMT:n ideana on jakaa käytetty taajuuskaista moneen - esimerkiksi 256:een - osaan, joissa kulkeva data koodataan kullekin kaistanpalaselle erikseen. Etuna tässä kaistan paloittelusssa on mm. se, että jos tietyllä taajuudella signaali häiriintyy käyttökelvottomaksi, voidaan lähetys lopettaa häiriötaajuudella, mutta jatkaa lähetystä normaalisti muilla taajuusalueilla. CAP/QAM tekniikan takana taas on VDSL Coalition, johon merkittävistä tahoista mm. Lucent kuuluu. Tekniikka ei ole niin hienostunut kuin DMT, mutta se on helpompi implementoida käytäntöön ja periaatteessa sen energian kulutus jää huomattavasti DMT:tä pienemmäksi. [16] VDSL tullee käyttämään saman tyyppistä Forward Error Control (FEC) tekniikkaa kuin ADSL:kin. FEC:in tarkoituksena on korjata yksittäiset virheet ja häiriöimpulsseista aiheutuvat virhebittien purskeet ilman datan uudelleen lähettämistä. Backward Error Correction taas toimii siten, että virheellinen data yksinkertaisesti uudelleenlähetetään. Samojen pakettien moneen kertaan lähettely ei tietenkään ole tarkoituksenmukaista, ja siksi BEC ei sovellukaan kaikkiin tarkoituksiin. FEC on erityisen tarpeellinen reaaliaikaista, katkeamatonta tietovirtaa siirrettäessä, koska tällöin mahdollinen datapakettien uudelleenlähetys aiheuttaa vastaanottoon liiaksi viivettä. Muun muassa tästä syystä siis VDSL:ään on valittu virheenkorjaukseksi FEC. Vielä on avoinna se, otetaanko FEC:in tarvitsemat bitit hyötykuormasta, vai lisätäänkö FEC:in tarvitsema bittimäärä VDSL-paketin kokooon. Jos saman tilaajajohdon päähän halutaan asentaa useampia VDSL-yhteyttä hyödyntäviä laitteita, pitää hoitaa eri yhteyksien multipleksointi, erityisesti käyttäjältä verkkoon päin, eli ns. upstream multiplexing. Tähän on olemassa kaksi toisistaan melko oleellisesti eroavaa tapaa, jotka ovat esitetty seuraavassa kuvassa. 12

Kuva 3. VDSL:n Multipleksointivaihtoehdot Jos käyttäjällä on niin sanottu aktiivinen VDSL-verkkopääte, kuten kuvan ylemmässä tapauksessa, välittää VDSL-pääte vain raakaa dataa ja varsinainen multipleksointi jää käyttäjän verkon tehtäväksi. Tämä onkin yksinkertaisempi ja varsinkin paria laitetta suuremmissa lähiverkoissa huomattavasti kustannustehokkaampi tapa hoitaa useiden laitteiden kytkeminen VDSL-yhteyteen. Passiivisen verkkopäätteen tapauksessa jokaisessa VDSL-yhteyttä käyttävässä laitteessa (CPE, Consumer Premise Equipment) on siihen kuuluva VDSL-yksikkö, kuten kuvan alemmassa tapauksessa. Tällöin kaikkien laitteiden upstream-liikenne kulkee samaa mediaa pitkin. Lähetyksessä voitaisiin tietysti käyttää normaalia törmäyksen havaitsemissysteemiä (collision detection system), mutta koska tietty kaista halutaan taata, on kehitetty kaksi toisistaan poikkeavaa tapaa multipleksoida käyttäjältä lähtevä liikenne. Ensimmäisen mukaan julkisen verkon puolella oleva ONU (Optical Network Unit) tai vastaava ylempänä runkoverkossa oleva laite lisää käyttäjän VDSL-linjalle lähettämiinsä kehyksiin ylimääräisiä bittejä, jotka takaavat vastaanottavalle laitteelle lähetysvuoron vastaanottoa seuraavan jakson aikana. Toinen menetelmä jakaa eri CPE:iden lähetyksille omat taajuuskaistansa. Tämä tapa välttää MAC-osoitteistuksen kanssa puljaamisen, mutta runkoverkon puolella olevaan ONU:un on liitettävä multipleksori. Tässä systeemissä lähettävä CPE voisi lainata taajuusaluetta sillä hetkellä dataa lähettämättömältä naapuriltaan, jolloin lähetysnopeutta ei olisi rajoitettu niin alas, kuin kullekin CPE:lle erikseen allokoitu kaista antaisi ymmärtää. 13

Kuitenkin, kuten kuvasta 3 voi havaita, on ylempi, eli erillisellä lähiverkolla varustettu ratkaisu huomattavasti yksinkertaisempi ja ainakin ADSL-käytössä tuntuu vakiintuneen juuri tämä tekniikka. Koska yhteisen VDSL-purkin takana olevan reitittimen tai hubin nopeudesta ei nykytekniikalla tule tiedonsiirron pullonkaulaa, en oikeastaan näe yhtään hyvää syytä käyttää jokaiselle työasemalle omaa VDSL-purkkia. Lisäksi useissa toimistoissa ja muissa potentiaalisissa VDSL-yhteyden käyttökohteissa on toimiva lähiverkko jo valmiina, jolloin yksi, koko verkolle yhteinen VDSL-laite on helppo asentaa olemassa olevaan infrastruktuuriin. Edut ja haitat VDSL:n kapasiteetti riittää hyvin tyydyttämään nykyisen normaalikäyttäjän tiedonsiirtotarpeen, sen yli voidaan jo näyttää hyvälaatuista elokuvaa tms. Lisäksi kaikkien DSL-tekniikoiden tavoin VDSL hyödyntää fyysisenä siirtotienä kuparikaapeleita, jotka lähes kaikkialle on jo vedetty puhelinlinjojen muodossa. Koska VDSL toimii melko lailla kuparikaapelin fyysisten ominaisuuksien äärirajoilla, on se huomattavan herkkä poikkeavuuksille, joista pienemmillä taajuuksilla toimiville DSL-tekniikoille, POTS:ista puhumattakaan, ei juuri muodostu ongelmia. Näitä poikkeavuuksia ovat mm. päättämättömät (unterminated) johtimien haarat ja muiden signaalien ylikuuluminen. Koska VDSL toimii osaksi amatööriradioiden taajuuksilla, muodostuvat maanpäälliset VDSL-johtimet ongelmaksi myös tämän vuoksi. VDSL:llä saavutettu nopeus riippuu myös paljolti siitä, millaisessa kunnossa käytetyt kupariparit fyysisesti ovat. Eräs VDSL:n suurimmista haitoista on sen melko lyhyt kantomatka, eli yhteyden tarjoajalla tulee olla DSLAM suhteellisen lähellä loppukäyttäjää. Tämä etäisyys vaihtelee olosuhteiden, lähinnä kaapeloinnin kunnon ja käytetyn nopeuden mukaan 300 metristä aina 1500 metriin, eli siirtonopeus ja DSLAM:in etäisyys palvelun käyttäjästä riippuvat toisistaan ja näiden suhteen joudutaan tekemään kompromisseja. Suhteellisen lyhyt toimintaetäisyys tuo mukanaan myös kustannusongelman, sillä harvaan asutuilla alueilla yhtä DSLAM:ia ei välttämättä saada palvelemaan riittävän montaa loppukäyttäjää, jotta VDSL-palvelu kannattaisi alueelle perustaa ja palvelua alueella tarjota. Tämänkin liiketoiminnan siis tulisi olla kannattavaa. 5. Kilpailija-analyysi VDSL-tekniikan yleistyminen tietoliikenteen välitystapana ei riipu pelkästään VDSLtekniikan ominaisuuksista ja mahdollisuuksista. Yhtä suurta osaa näyttelevät VDSL:n kanssa kilpailevat tekniikat. Kysehän ei lopulta ole siitä, mitkä tekniikat ovat hyviä ja käyttökelpoisia, vaan siitä, mikä tekniikka on paras valtaväestön tarpeisiin. Hyväkin tekniikka saattaa jäädä tiettyjen erikoistapausten varsin marginaaliseksi liityntätavaksi, jos löytyy tekniikka, joka on jollain tavoin laskettuna hyötysuhteeltaan ylivoimainen. Seuraavassa käyn lyhyesti läpi tekniikat, jotka tällä hetkellä voisi kuvitella VDSL:n kilpailijoiksi loppukäyttäjien verkkoonliittymistapoina. 14

Kuva 4. Eräs esitys erilaisten tiedonsiirtotekniikoiden ominaisuuksista. (Lähde: West Finland Alliance [wfa]) Kaapeli Kaapelimodeemitekniikka lienee tällä hetkellä varteenotettavin DSL-tekniikkojen kanssa kilpaileva tekniikka. Kaapelimodeemeilla on toistaiseksi kustannusetu DSL-tekniikoihin nähden ja niiden nopeudet ovat ainakin periaatteessa nykyisin kuluttajien saatavilla olevien DSL-tekniikoiden kanssa kilpailukykyisiä, joskin lyhyellä tilaajajohdolla VDSL lyö kaapelimodeemit nopeudessa kirkkaasti. Kaapelimodeemit ovat kaapeli-tv-verkkoon kytkettäviä laitteita, eli tämä tekniikka on ilman lisäkaapelointia saatavilla vain kaapeliverkkojen alueilla, ja näilläkin vain sillä edellytyksellä, että kaapeliverkko on kaksisuuntainen ja kaapeli-tv-yhtiö haluaa kyseistä palvelua tarjota. Tällä hetkellä kaapelimodeemilla pääsee Internetiin Helsingin lisäksi ainakin Kuopiossa, Porissa, Jyväskylässä, Tampereella, Turussa ja monessa muussakin kaupungissa. 15

Kuva 5. Kaapelimodeeminyhteyden kaavakuva (Lähde: HTV) Pienten paikkakuntien kaapeli-tv-verkossa ei usein ole taloudellisesti kannattavaa alkaa investoimaan datanvälitysjärjestelmään, sillä käyttäjäkunta saattaa jäädä marginaaliseksi. Kaapeliverkossa data kulkee shared mediaa pitkin (eli datan siirtotie on saman kaapeliverkkosegmentin sisällä kaikille yhteinen). Tästä aiheutuu kaksi merkittävää haittaa, jotka saattavat lopulta johtaa kaapelimodeemitekniikan jäämiseen muiden nopeiden loppuyhteyksien jalkoihin. Ensinnäkin koko palveluntarjoajan verkkosegmentille tarjoama kaista jaetaan kaikkien käyttäjien kesken. Tämä tarkoittaa sitä, että jos verkossa on yhtä aikaa vain muutamia käyttäjiä, on yhteys loppukäyttäjälle nopea, mutta yhtäaikaisten käyttäjien lisääntyessä sama kapasiteetti jaetaan useammalle ja yksittäisen käyttäjän yhteys saattaa hidastua radikaalistikin. VDSL:llä ei tätä ongelmaa ole, sillä jokaiselle tulee oma johdinpari puhelinkeskukselta, eikä yhteyden VDSL-osuudella kaistanleveyttä näin pääse muut jakamaan. Toiseksi kaapelitekniikassa käytetty jaettu media mahdollistaa saman verkkosegmentin yhteyksien kuuntelemisen ja näin oleellisesti heikentää tietoturvaa esimerkiksi DSL-tekniikoihin verrattuna. Vaikka kaapelimodeemi tällä hetkellä kilpaileekin DSL-tekniikoiden kanssa loppukäyttäjistä, en usko sillä olevan mahdollisuuksia johtavaksi liityntätavaksi pidemmällä aikavälillä, sillä yhteyksien nopeudentarve kasvaa jatkuvasti ja muutamien vuosien kuluttua kaapelimodeemikin on jo liian hidas loppukäyttäjien tarpeisiin nähden. 16

PLC (Power Line Carrier) Tiedon siirto sähköverkossa Yksi mahdollisuus loppukäyttäjien liittämiseksi kiinteästi tietoverkkoihin, esimerkiksi Internetiin, on siirtää data kotitalouksiin matalajännitteistä sähkönjakeluverkkoa pitkin. Tekniikkaa on kehitelty jo vuosia ja onnistuneita pilottihankkeita on toteutettu mm. Iso- Britanniassa [18]. Tämän hetkisten kokeilujen mukaan sähköverkon tiedonsiirtonopeus kuitenkin rajoittuisi noin 10Mb/s sähköverkon kohtuullisen suurista häiriötekijöistä johtuen. Suuret häiriöt vaikuttavat myös sähköverkon läheisyyteen ja toisivat ongelmia muille samalla taajuusalueella toimiville laitteille. Esimerkiksi radioamatöörien keskuudessa PLC on nostattanut suurta vastarintaa juuri liian suurena häiriölähteenä. (Katso esimerkiksi: http://plc.haisee.com/.) Myöskään matka, joka dataa voidaan sähköverkossa kuljettaa, ei ole juurikaan VDSL:n vastaavaa suurempi, eli palvelun toteuttajan täytyy tuoda tietoverkon liityntäpiste kuluttajan läheisyyteen, parin- kolmen sadan metrin etäisyydelle. Kuva 6. Kaavakuva PLC:n toteutuksesta (Lähde: Siemens) Toisaalta yhteys saataisiin sähköverkon kautta jokaiseen pistorasiaan, eli sähköverkon johdotus on huomattavasti vielä puhelinjohdoitusta kattavampi. Näin ollen jokainen sähköverkkoon liitettävä laite voisi päästä osalliseksi verkkoyhteydestä ja esimerkiksi saunan kiukaan ohjaus tietoverkon yli olisi äärimmäisen yksinkertainen toteuttaa. Nykyisellään Internet tosin potee kasvavaa IP-osoitepulaa, eli jokaiselle kodin sähkövempaimelle ei tällä hetkellä ole mahdollista omaa yksilöllistä IP-osoitetta antaa. Tosin kun IPv6 aikanaan otetaan käyttöön, siirtyy tämä ongelma taka-alalle IP-avaruuden kasvaessa 32 bittisestä 64 bittiseksi. Eräs suurimmista sähköverkon tiedonsiirtokäyttöön liittyvistä ongelmista on tietoturva. Sähköverkossa tapahtuva tiedonsiirto on erityisen altis tietoturvariskeille, sillä sähköverkon pistorasioita on yleisesti todella paljon, mikä mahdollistaa kenen tahansa liittymisen tietyn 17

talon tai taloyhtiön sähköverkolla toteutettuun lähiverkkoon. On siis ratkaistava, miten estetään ulkopuolisten käyttäjien pääsy verkkoon. Normaalien salauksien ja käyttäjän tunnistuksen lisäksi tulisi hyvään tietoturvaan pyrittäessä fyysisesti rajoittaa sähköverkon pistorasioille pääsyä asiattomilta henkilöiltä, mikä taas vaatii omia erikoisratkaisujaan. Sähköverkon yli tapahtuva tiedonsiirtotekniikka koki takaiskun 21.3.2001, kun suuri, tekniikkaan vahvasti panostanut telejätti Siemens lopetti tähän tekniikkaan liittyvän kehitystyönsä. Siemensin mukaan tekniikkaa ei ole mahdollista lähitulevaisuudessa markkinoida suurille massoille ja Siemens näkeekin paremmat mahdollisuudet esimerkiksi DSL-tekniikoissa [19]. Tästä huolimatta Saksan Essenissä käynnistyi kaupallinen PLCpalvelu RWE Powerlinen ja Power Plus Communicationsin toimesta heinäkuussa 2001 [20]. Toistaiseksi data kulkee heidän verkoissaan vain 1,3 Mbps nopeudella ja hinnoittelu ei ole ns. flat rate, vaan asiakkaat joutuvat maksamaan PLC-yhtiölle siirrettyyn tietomäärään perustuvan hinnan. Tämä ei ole kovin kannustavaa ja PLC:n käytännön nopeuden ja hinnoittelun tuleekin lähestyä kuluttajien tarpeita, jos tekniikasta halutaan laajasti käytetty tiedonsiirtotapa. Suomessa SENER ja Vantaan Energia ovat käynnistäneet PLC-pilottiprojektin, jossa data kulkee 2 Mbps nopeudella 20 vantaalaistalouteen sähkölinjoja pitkin [21]. Langaton lähiverkko (WLAN, RLAN) Langaton lähiverkko on alun perin kehitelty nimensä mukaisesti lähiverkkotekniikaksi, eli yhdistämään esimerkiksi samassa rakennuksessa olevia verkkokomponentteja langattomasti toisiinsa. Tänäkin päivänä WLAN:in yleisin käyttötapa on se, että WLANtukiasema tai asemat yhdistävät yrityksen yksittäiset työasemat nettiin kuitua tai DSL-linjaa pitkin. WLAN toimii yleisellä radiotaajuudella 2,4-2,4835 GHz:n taajuusalueella. Kyseessä on niin sanottu yhteistaajuusalue, jonka kaikilla käyttäjillä on yhtäläiset oikeudet. Yhteistaajuusalueella toimivalle radiolaitteelle ei tarvitse hankkia radiolupaa. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että taajuusalueella on monenlaisia muitakin käyttäjiä, eikä kenellekään voida taata minkäänlaista häiriöttömyyttä. Muun muassa mikroaaltouunit toimivat tällä taajuusalueella. [22] Tänä päivänä WLAN tekniikka toimii yleisesti, IEEE 802.11b:n mukaisesti 11 Mb:n sekuntinopeudella, joka on sinällään suhteellisen kilpailukykyinen tiedonsiirtonopeus. Tämä nopeus kuitenkin jaetaan kaikkien tukiasemaa käyttävien laitteiden kesken, samaan taapaan kuin kaapelimodeemin kapasiteetti jaetaan saman kaapelisegmentin käyttäjien kesken. IEEE 802.11a taas määrittelee tulevaisuuden WLAN:in taajuusalueiksi kaistat 5 GHz:n yläpuolelta ja nopeudeksi 54 Mb sekunnissa. [23] Kuva 7. PCMCIA-tyyppinen WLAN-kortti 18

Langattoman lähiverkon kantama on yleisesti ottaen suuresti riippuvainen vallitsevista olosuhteista ja lähettimen ja vastaanottimen välisistä esteistä. Sisätiloissa, joissa siirtotiellä voi olla huonekaluja, seiniä ja muita esteitä, kantama ulottuu muutamista metreistä muutamiin kymmeniin metreihin. Ulkotiloissa, joissa verkkoa käyttävän laitteen ja tukiaseman välillä ei juuri ole esteitä, saattaa kantama riittää kilometrien päähän. Tähän voidaan vaikuttaa anteenin suuntaavuudella, tukiasemien lähetysteho puolestaan on telehallintokeskuksen toimesta rajattu. Jo tällä hetkellä Suomessa on lukuisia esimerkkejä kaupunki- tai kyläverkoista, jotka on toteutettu ilmateitse ja jotka ovat kenen tahansa käytettävissä. WLAN-tekniikka mahdollistaa myös ns. roaming-toiminnon, jonka avulla käyttäjä voi liikkua yhteyden katkeamatta tukiaseman alueelta toisen tukiaseman alueelle, samaan tapaan kuin matkapuhelinverkossa. Langattoman tekniikan etuja ovat ilman muuta langattomuuden tuoma laitteiden suhteellisen vapaa liikuteltavuus ja asennuksen helppous. Samoin verkosta saa suhteellisen helposti skaalautuvan yksinkertaisesti tukiasemia lisäämällä. WLAN alkaa olla jo sen verran hyvin tunnustettu tekniikka, että laitteita, niin tukiasemia kuin verkkokorttejakin on helposti saatavilla monilta valmistajilta. Heikkouksia WLAN:illa on muun muassa runsas tukiasemien tarve, jos halutaan asutusalueen kattava verkko. Vaihtoehtoisesti verkkokorttien vastaanottoa voidaan parantaa lisäantenneilla, jotka kuitenkin ovat liikuteltaessa hankalia ja murentavat päätelaitteiden helpon liikuteltavuuden periaatetta. WLAN:in tietoturvassa on myös ongelmana se, että lähes kuka tahansa voi vastaanottaa muille tarkoitettua signaalia, koska radioaallot leviävät ilmassa ympäriinsä. Liikenteen salakuuntelua on kuitenkin WLAN:issa vaikeutettu. Taajuushyppelyä (FHSS) hyödyntävässä järjestelmässä tukiasema ja päätelaite vaihtelevat ennalta sovitun kaavan mukaan jatkuvasti käyttämäänsä taajuutta. DSSS-järjestelmässä taas yksi bitti esitetään useamman bitin jaksona siten, että lähettäjällä ja vastaanottajalla on tiedossaan ennalta sovittu vastaavuuskaava [24] ja [25]. 802.11b:ssa esitetty Wired Equivalent Privacy on tarkoitettu nimensä mukaisesti saattamaan langattomat yhteydet samalle turvallisuustasolle langallisien yhteyksien kanssa. Vaikka tämä (WEP) onkin kyetty murtamaan, voi langattomankin liikenteen salata vaikkapa SSH:lla (lue lisää: http://www.ssh.fi/tech/) aivan kuten langallisenkin liikenteen [26]. Datayhteyden häiritseminen sitä vastoin on kaapelissa kulkevaa yhteyttä helpommin toteutettavissa yksinkertaisesti oikean taajuista häiriösignaalia lähettämällä. WLAN-systeemin kallius tai edullisuus riippuu paikasta, johon se asennetaan. Tällä hetkellä WLAN-laitteet ovat jonkin verran kalliimpia kuin normaalit langallisen verkon komponentit [27], mutta toisaalta johtoja ei tarvita, joten tässä säästyy johdotuskuluja verrattuna langalliseen verkkoon. Verkotettavan paikan fyysiset ominaisuudet määräävätkin hyvin pitkälti, onko langaton verkottamistapa kalliimpi vai halvempi ratkaisu kuin langallinen. 19

Matkapuhelinverkot, GPRS, EDGE, UMTS Tällä hetkellä suuria tulevaisuuden odotuksia luodaan myös matkaviestimille. On ihmisiä, jotka arvelevat ihmisten välisen kommunikoinnin siirtyvän pitemmällä aikavälillä täysin matkaviestimiin. Tällä hetkellä näköpiirissä on muutama merkittävä tekniikka, jotka nopeuttavat matkaviestintää ja alkavat käytännössä mahdollistaa jo verkkopalvelujen laajamittaista matkaviestinkäyttöä. Nykyisellä GSMtekniikalla toki voidaan jo periaatteessa käyttää Internetiä tai WAP-palveluita, mutta tiedonsiirtonopeus GSM:ssä on olematon, maksimissaan 14,4 kbit/s HSCSD:n kanavakoodausta käytettäessä. Tämä ei mahdollista mittavaa hyötykäyttöä. Kuva 8. Uusi Communicator GPRS (General Packet Radio Service) on tekniikka, joka toimii käytännössä nykyisen GSM:n verkkoinfrastruktuurilla, mutta mahdollistaa pakettikytkentäisen datan siirron teoriassa jopa 171,2 kilobitin sekuntinopeudella [28]. GPRS:n vaatimat muutokset GSMverkkoon on Suomessa jo toteutettu ja GPRS-päätelaitteiden (puhelimien) myyntiä ollaan aloittelemassa. GPRS toiminee Suomessa täyttä höyryä jo vuoden loppuun mennessä. Vaikkakin tekniikka on äärimmäisen tervetullut edistysaskel mobiililaitteiden käyttäjille, ei siitä silti liene kiinteiden kotiyhteyksien uhkaajaksi, vaikkakin joitain analogisen modeemin käyttäjiä tekniikka saattaa houkutella luopumaan modeemiyhteyksistään. EDGE on oikeastaan vain uusi tapa koodata dataa GSM ja GPRS-verkoissa. EDGE:n avulla GPRS-nopeudet voidaan kolminkertaistaa, mikä on sinällään hyvä lisäys GPRStekniikkan, ja tarkoittaa käytännössä GPRS:n kanssa maksiminopeutta 384 kbit/s, joka on kolme kertaa nykyisen ISDN:n maksiminopeus [28]. EDGE ei kuitenkaan tuone mitään pysyvästi mullistavaa, sillä kolmas matkaviestinsukupolvi syrjäyttänee sen melko nopeasti. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) on täysiverinen kolmannen sukupolven matkaviestintekniikka, joka pystyy aina 2 Mbit/s tiedonsiirtonopeuteen asti. Tällä nopeudella päästään jo tiedonsiirtonopeuteen, jota voi verrata laajakaistaisiin kiinteisiin yhteyksiin. Tänä päivänä tuota nopeutta voitaisiin jopa pitää suhteellisen nopeana yhteytenä esimerkiksi Internetiin. On kuitenkin muistettava, että yhteystekniikoiden kehittyessä kehittyvät myös tekniikat, jotka kapasiteettia käyttävät ja sitä kautta kapasiteetin tarve taas kasvaa. Ensimmäiset UMTS-verkot otettaneen käyttöön vuonna 2002 ja laajamittaisessa käytössä Euroopan alueella UMTS:n pitäisi olla vuonna 2005. Suomessa UMTS-toimiluvan ovat saaneet Sonera, Radiolinja, Telia ja 3G [29]. Vuonna 2005 kahden megabitin sekunttinopeus ei todennäköisesti enää olekaan kovin nopea yhteysnopeus, eikä välttämättä edes riittävä sen päivän sovelluksiin. UMTSyhteyksien kustannuksista on tässä vaiheessa vielä melko mahdoton sanoa yhtään mitään, mutta viimeaikoina UMTS on ollut yleisen taloudellisen tilanteen myötä vastatuulessa, sillä nyt ei yrityksillä ole varaa panostaa pitkälle tulevaisuuteen, vaan niiden pitää keskittyä kohentamaan tämän hetkistä talouttaan. Tämä vaikuttanee tulevaisuudessa myös UMTS:ään panostaneiden yhtiöiden hinnoittelupolitiikkaan UMTSyhteyksiin liittyvissä asioissa. UMTS-laitteiden hankintakustannukset ja tiedonsiirron kustannukset saattavat viime aikojen taloudellisten suhdanteiden johdosta nousta 20

odotettua korkeammiksi ja nämä seikat tulevat myös osiltaan vaikuttamaan siihen, yleistyykö UMTS kiinteitä linjoja käyttävien datayhteyksien korvaajana, vai jääkö se ainoastaan mobiilikäyttöön, eikä näin olisi varteenotettava kilpailija viimeisen kilometrin tekniikkana. Oma mielipiteeni on, että UMTS:stä pitkällä aikavälillä tulee laajasti käytetty tekniikka, mutta ei kotitalouksien normaalina datayhteytenä vaan nimenomaan kevyempien mobiilisovellusten siirtotekniikkana. Tulevaisuudessa kotitalouksien tiedonsiirtotarve tullee ylittämään myös UMTS:n kapasiteetin, eikä siitä siksi ole varsinaiseksi kilpailijaksi esimerkiksi VDSL:lle. Valokuitu Runkoverkoissa valokuitu on nykyään täyttä arkipäivää ja lähes kaikki suurikapasiteettisimmat yhteydet ovat tänä päivänä valokaapeleilla toteutettuja [30]. Valokaapelilla onkin muutamia täysin kiistattomia etuja kupariveljeensä nähden. Sen tiedonsiirtokapasiteetti on valtaisa, koska optisella signaalilla on huomattavasti pienempi vaimennus, kuin sähkösignaalilla kuparissa. Lisäksi signaali kulkee täysin kuidussaan, eikä se aiheuta ulkoisia häiriöitä, eikä ole niille myöskään herkkä. Esimerkiksi ylikuuluvuus ei valokuidussa ole ongelma. Tietoturvallisuuden suhteen valokuitu on erinomainen tiedonsiirtoväline, sillä fyysisesti kuituun liittymättä signaalia on mahdoton siepata ja kuituun liittyminen taas on vaikeaa puuhaa joka erittäin todennäköisesti huomataan yhteyden ylläpitäjän toimesta. Koska optinen signaali on myöskin täysin tunteeton sähkömagneettisille häiriöille, on signaalin häiritseminenkin vaikeaa. Valokaapelit voidaan jakaa vielä kahteen luokkaan: yksija monimuotokuituihin. Yksimuotokuidussa ytimen ja vaipan välinen heijastuskerroin on tarkka ja täten päästään pienempiin vaimennuksiin ja signaalin dispersioasteeseen kuin monimuotokuidulla, jolla ytimen ja vaipan rajapinta ei ole niin terävä ja näin ollen heijastuskerroinkaan ei ole tarkka. Tätä nykyä yksimuotokuitu onkin yleistymässä myös lähiverkoissa, joissa aiemmin on yleisesti käytetty monimuotokuitua. Kuva 9. Nokian valokaapelia Lähde: NK Cables Koteihin asti valokaapeli ei vielä toistaiseksi ole päässyt. Itse valokaapeli ei enää ole juurikaan kuparikaapelia kalliimpaa, mutta valokaapelin oheiskustannukset nostavat hintaa toistaiseksi huomattavan korkeaksi kuparikaapeliin verrattuna. Kaapelin jatkaminen ja päättäminen on tarkkaa ja kallista käsityötä, lisäksi optisen signaalin konvertoiminen sähköiseksi tapahtuu hintavilla laitteilla, jollaisia ei ehkä ole kannattavaa hankkia erikseen jokaista verkkoon liittyvää konetta varten. Valokuidun lasi ei ole järin elastinen aine, eikä kestä kovin rankkaa käsittelyä. Myöskin valon taittumislait asettavat omat rajansa kaapelin taivuttelulle, eikä kaapeliin voidakaan tehdä yhtä jyrkkiä mutkia kuin normaaliin kuparikaapeliin. Näistä seikoista johtuen 21

kaapelin asennus etenkin vanhoihin rakennuksiin saattaa olla hankalaa ja vaatia erityisratkaisuja. Jos olemassa olevien rakennusten kaapelointia lähdetään korvaamaan valokaapeleilla, nousevat fyysisen muutostyön kustannukset todella korkeiksi, sillä kiinteistöön tehtävien asennustöiden lisäksi joudutaan vielä usein tekemään esimerkiksi kaivuutöitä puhelinkeskukselta kiinteistöön. Valokuitujen vetäminen uusiin rakennuksiin jo rakentamisen yhteydessä lieneekin järkevää ja erinomainen investointi tulevaisuuteen. Sen sijaan vanhojen kaapeleiden korvaamisen kustannukset nousisivat todennäköisesti niin korkeiksi, ettei uusiminen ole taloudellisesti kannattavaa. Kun huomioidaan rakennusten elinikä Suomessa, niin kuluu todella pitkä aika ennen kuin edes puolet suomalaisista asuu 2000-luvulla rakennetuissa asunnoissa. Tämä taas tarkoittanee sitä, että siihen asti loppukäyttäjien yleisimpänä tietoverkkoonliittymistapana käytetään jotain muuta tapaa kuin valokuitua. Satelliittiyhteys Satelliitiyhteys toimii nimensä mukaisesti satelliitin kautta ja tällaisella yhteydellä päästään jopa 50 Mbps nopeuksiin. Yhteys on siis teknisesti omiaan suurien, tasaisasti jatkuvien tietomäärien liikutteluun käyttäjälle päin. Tekniikan ongelmana on viive, joka kahteen suuntaan tietoa läheteltäessä nousee suureksi, koska yksittäisen signaalin matkaan kuluttama aika on suuri. Esimerkiksi geostationaariset satelliitit kulkevat 36000 km:n korkeudella maanpinnalta ja signaalin kulku maasta tällaiselle satelliitille ja takaisin kestää täten: Tätä suuruusluokkaa oleva viive ei muodostu ongelmaksi yksittäisiä suuria tietomääriä siirrettäessä esimerkiksi FTP:llä, mutta kaksisuuntaisessa reaaliaikaisessa tiedonsiirrossa, kuten puheen siirtämisessä (VoIP) tai IRC:issä viive muodostuu jo häiritseväksi. 22

Kuva 10. Satelliitiyhteyden kaavakuva Ainakin luxemburilainen SES tarjoaa koko Euroopan kattavaa Astra-palveluaan myös Suomeen [31]. Palvelu on moniin, muilla tekniikoilla laajakaistayhteyksiä tarjoaviin kilpailijoihin verrattuna kallis. Ennen kaikkea aloituskustannukset lautasantenneineen ja lähettimineen nousevat korkeiksi, useisiin tuhansiin markkoihin asti. Yksittäisille asunnoille, jotka ovat kaukana taajamista tai muista asutuksista, satelliittiyhteys voi kuitenkin olla ainoa tapa laajakaistaiseen yhteyteen. Jos laajaa kaistaa tarvitaan ainoastaan download-suuntaan, on yksi mahdollisuus siirtää downstream laajakaistaisena satelliitin kautta, mutta käyttää upstream-suuntaiselle liikenteelle esimerkiksi perinteistä modeemiyhteyttä. Näin satelliittiantenniin ei tarvita ollenkaan lähetintä, mikä tietenkin alentaa antennin hintaa. ADSL Ehkä varteenotettavin kilpailija VDSL:lle löytyy kuitenkin samasta DSL-perheestä. ADSL on jo tällä hetkellä valtaamassa Suomen loppuyhteysmarkkinoita ja jatkuvasti uusia asuinalueita saadaan tämän tekniikan kattoalueelle. Vaikka kuvassa 11 onkin esitetty vain Elisan pääkaupunkiseudun ADSL-peittoaluetta, on ADSL-verkkoja jo ympäri Suomea rakennettu useita kymmeniä. 23

Kuva 11. Elisan ADSL:n kattavuusalue pääkaupunkiseudulla. Lähde: Elisa ADSL ja VDSL jakavat hyvin pitkälle samat edut ja myös haittapuolet. Ainoana erottavana tekijänä tekniikoilla on käytännössä se, että VDSL:ssä nopeus on jonkin verran enemmän säädettävissä etäisyyden kustannuksella, eli käytännössä VDSL on vain hieman tehokkaampi ADSL. ADSL on jo kuitenkin pitkälle tuotteistettu ja sillä alkaa jo olemaan vankkumaton käyttäjäkuntansa ja uskottavuutta markkinoilla. VDSL on vasta vaiheessa, jossa sitä voidaan alkaa tarjoamaan kuluttajille. On kuitenkin kyseenalaista, kuinka moni palveluntarjoaja, joka on jo rakentanut ADSL-verkkoa, alkaa panostamaan myös VDSL:ään. Toisaalta jonain päivänä tulevaisuudessa eteen tulee tilanne, jolloin ADSL:kin on aivan normaalille tietoyhteiskuntalaiselle liian hidas yhteystapa ja esimerkiksi International Engineering Consortium ennustaa WWW-sivuillaan [32] ADSL:n jäävän pian hitaaksi yhteydeksi, kun taas VDSL:ssä riittäisi nopeutta huomattavasti pitempään. IEC:n mukaan ADSL ei kykene kuljettamaan mm. useita Video On Demand yhteyksiä tai High-Definition TV:n liikennettä, kun taas VDSL:lle nämäkään eivät olisi ongelma. Muun muassa tämä asia ilmenee taulukosta 2. 24

Taulukko 2. Sovellusten vaatimukset: ADSL vastaan VDSL. (Lähde [32]) Application Downstream Upstream ADSL VDSL Internet access 400 kbps 1.5 Mbps 128 kbps 640 kbps yes yes Web hosting 400 kbps 1.5 Mbps 400 kbps 1.5 Mbps today only yes video conferencing 384 kbps 1.5 Mbps 384 kbps 1.5 Mbps today only yes video on demand 6.0 Mbps 18.0 Mbps 64 kbps 128 kbps today only yes interactive video 1.5 Mbps 6.0 Mbps 128 kbps 1.5 Mbps today only yes telemedicine 6.0 Mbps 384 kbps 1.5 Mbps today only yes distance learning 384 kbps 1.5 Mbps 384 kbps 1.5 Mbps today only yes multiple digital TV 6.0 Mbps 24.0 Mbps 64 kbps 640 kbps today only yes telecommuting 1.5 Mbps 3.0 Mbps 1.5 Mbps 3.0 Mbps no yes multiple VoD 18 Mbps 64 kbps 640 kbps no yes high-definition TV 16 Mbps 64 kbps no yes Note: based on ITU ADSL standard 6 Mbps, 640 kbps Long-reach ethernet DSL-tekniikoiden lisäksi nykyisille kuparipareille on laajakaistayhteyttä tullut tarjoamaan myös LRE, Long-Reach Ethernet. LRE pystyy tarjoamaan viiden megabitin sekuntinopeuksia aina 1500 metriin asti ja lyhyemmillä matkoilla jopa 15 Mbps. Suorituskyvyssä LRE siis näyttäisi kamppailevan VDSL:n kanssa samassa sarjassa ja pitemmän kantomatkansa turvin sillä pitäisi teknisessä mielessä olla myös etulyöntiasema yksityisille loppukäyttäjille suunnatuilla laajakaistamarkkinoilla Suomen kaltaisessa harvaan asutussa maassa. Teknisesti LRE toimii samoilla perusperiaatteilla kuin VDSL:kin [33]. LRE:n ongelma VDSL:ään verrattuna on se, että se on täysin yhden valmistajan, Ciscon, hengentuote. Tämä saattaa vaikeuttaa tekniikan leviämistä laajemmalle kuin vain yksittäisten tapausten laajakaistaratkaisuksi. Suomessa ainakin Elisa käyttää LREtekniikkaa pienessä mittakaavassa taloyhtiöiden liittämiseksi runkoverkkoonsa. 6. Tulevaisuus Nyt kun on käyty läpi varteenotettavimmat tekniikat viimeisen kilometrin ongelman ratkaisemiseksi, voidaan aloittaa VDSL-tekniikan tulevaisuuden pohtiminen todenteolla. Tosiasia siis on, että laajakaistaliittymille tulee olemaan käyttöä ja palveluita tarjolla. Myös julkiset tahot pyrkivät saattamaan laajakaistan kaikkien ulottuville. Tämä tarkoittaa, että erittäin todennäköisesti jokin edellä esitellyistä tekniikoista tulee näyttelemään suurta roolia Suomen kotitalouksien ja pienkonttorien liityntätekniikkana. 25