Asjade võrgutamine à la Levikom

Eestis kaetakse maa ühe uue võrguga, mille levialakaardid meenutavad kaugeid GSM-i algusaegu: ringid katavad suuremaid linnu ja lähiaja plaanides ka põhimaanteid. Meile on sündimas esimene avalik Asjade Interneti võrk, mida ehitab Levikom, kirjutab tehnoloogiaajakirjanik Kaido Einama (am.ee).

Asjade Internetiga (ingl k IoT – Internet of Things) hakatakse otsast peale – tulevad uued tugijaamad ning uued levialad, mis mõeldud väikestele seadmetele – sensoritele, träkkeritele, anduritele ja muudele pisividinatele, mis saadavad ja võtavad vastu andmeid – väikestes kogustes.

Asjade Internet on mobiilivõrgust siiski mõnes mõttes erinev. Esiteks on seadmed erinevad – väikesed ja kauakestvad, millest mõned suudavad aastaid laadimata olla, mistõttu võib neid lausa betooni või asfaldi sisse valada. Teiseks tahavad need seadmed väga vähe andmeid korraga edastada, sest võrk kasutab vabasagedust ja seal on omad reeglid – iga sideseansi järel peab valitsema pikk vaikus. Ja kui aku peab aasta või veelgi kauem vastu pidama, ei saagi eriti tihti tugijaamaga suhelda.

Eestis on sündimas esimene avalik Asjade Interneti võrk. Avalik tähendab seda, et kõik võivad oma asju sinna ühendada – makstakse nagu ikka võrgu kasutamise tasu, kuid paketid on teistsugused. Mobiilipaketid on tavaliselt vähestele seadmetele, igal kliendil on mõni mobiil. Asjade võrku ühendamisel võib aga seadmeid olla kümneid või isegi sadu, aga neid ühendada ja administreerida on tunduvalt lihtsam.

Levikomi IoT erilahenduste osakonna juht Ove Tüksammel ütleb, et nende töö praegu ei erinegi palju mobiilioperaatorite tööst võrgu ülesehitamisel: samamoodi tuleb tugijaamu paigaldada, nende leviala on maal ca 10 kilomeetrit, linnas mõni kilomeeter. Vaid sagedus on teine. Kui mobiilivõrgus aetakse taga suuri mahtusid ja kiirusi, siis Asjade Internet tiksub aeglaselt, aga kaua ja stabiilselt. Andmeid on vähe, neid edastatakse teatud aja tagant ja kaugelt. Paljud väikesed seadmed tilgutavad andmeid üle pilveteenuse, kuhu info kokku kogutakse ja kust klient saab administreerimisliidesest neid edasi kasutada ja juhtida.

Kolm võrgutehnoloogiat, mis ei konkureeri

Põhimõtteliselt on olemas kolm võrgutehnoloogiat, millel igaühel on oma nišš. Kui lähivõrgud (LAN) ja mobiilivõrgud on meile kõigile teada, siis sinna vahele või kõrvale tuleb LPWAN (Low Power Wide Area Network – madala võimsustarbega kaugvõrk). Lähivõrk ehk WiFi ja Bluetooth oma eeliste, kuid ka puudustega on muidugi teatud olukordades asendamatu ja kasutame seda kindlast ka tulevikus. Sama lugu on mobiilsidevõrkudega, kuid kumbki neist pole ideaalne väikeste sensorite jaoks, mis tahavad oma andmeid edastada rasketes oludes ja mitte nii mahukalt, kui vajavad internetis surfamiseks arvutid ja nutitelefonid ning peavad samas püsima akutoitel ilma laadimiseta aastaid.

Mis on Asjade Interneti kaugvõrgus?

Kui WiFi võrgus ja mobiilivõrgus olevad seadmed on tavaliselt sülearvutid, mobiilid, tahvlid ja teised olmelised aparaadid, siis mida ühendatakse nutistu ehk Asjade Interneti kaugvõrku?

Madala energiatarbega seadmed, mis on nutistus, koosnevad andurist, mikrokontrollerist ja raadiomoodulist, mida toidab väikese võimsusega aku. Leviala jääb tavaliselt 3–10 km piirdesse, aku kestab kuid või isegi aastaid. Mõnede seadmete aku peab vastu lausa kümme aastat. Selleks, et andurist tulevad näidud saaks turvaliselt edastatud, kasutatakse AES 128 krüpteeringut (128-bitise võtmega salastamine). Võrgus kasutatakse 868 MHz sagedusala. See on sama, millega töötavad mänguautod ja mudellennukid, raadio teel juhitavad mänguasjad ja autode võtmepuldid. Tegemist on vabasagedusega, kus kehtivad siiski teatud piirangud töötsüklile: andmeid tohib saata 1% töötsükliga ehk kui 1 sekund edastatakse infot, peab järgmised 100 sekundit vait olema, et anda samal sagedusel ka teistele võimalus raadiokanalit kasutada. Selleks aga, et hea leviala ja -kvaliteet saada, tuleb ohverdada andmemahtu. Asjade Interneti kaugvõrgus ei räägi me gigabittidest ega isegi mitte megabittidest sekundis, kiirus on ainult 0,3 kuni 50 kbit/s.

Mida küll nii aeglaselt üldse edastada saab?

Näiteks temperatuuri, mille näit ongi ju mõni bait, GPS-koordinaate või muid samasuguseid parameetreid. Mõni andur edastab oma olekut vaid binaarselt: sees/väljas. Sellegi jaoks pole vaja teab mis andmemahtu. Osa andureid edastavad oma asukohta ilma GPS-i abita, mis tarbib liiga palju energiat. WiFi- ja Bluetooth-majakatega on võimalik asukohta määrata mõnekümnemeetrise täpsusega.

Andmeedastuskiirus sõltub ka seadme kaugusest tugijaama suhtes. Kui on kaugemal, siis edastatakse automaatselt aeglasemalt, lähemalt aga kiiremini.

Nutistu seadmed jagatakse klassidesse. Kui klassis A on kõige säästlikumad patareitoitel sensorid, mis vaid harva saadavad andmeid ning võtavad vastu ainult vahetult peale oma sideseansi lõppu, siis B klassi seadmed võtavad kindlatel aegadel infot vastu ja kasutavad majakaid nende aegade sünkroniseerimiseks. C klassi täiturid on aga püsitoitega ja neil pole probleemi, et võtta andmeid vastu ükskõik mis ajal.

Kus Asjade Internetti kasutatakse?

Võib öelda, et nutistu on juba praegu paljudes kohtades olemas. Näiteks kaugloetavad arvestid on tüüpilised sedasorti seadmed: andmeid saadetakse vaid kord kuus ja rohkem polegi ühendust vaja. Põllumajanduses mullaniiskuse näitusid edastavad sensorid ei pea seda samuti tegema kuigi tihti, piisab mõnest korrast päevas. Autode, laevade, lennukite ja seadmete positsioneerimisel on vaja edastada tühine hulk infot kindla ajavahemiku tagant – siin on juba olemas palju GPS-träkkereid, mis saadavad oma info praegu GSM-võrgu kaudu, kuid Asjade Internetis oleks see efektiivsem ja odavam. Targa linna parkimis- ja valgustussüsteemid vajavad samuti sensoreid, mis saadaks ja võtaks vastu teateid, kuid mitte väga tihti.

Leviala täieneb kiiresti

Levikom kordab mobiilivõrgu arengut uuesti algusest: nii nagu GSM-i algusaastatel, nii laiendatakse ka nüüd Asjade Internetti suurematest asulatest äärealadele. Kiirus on aga meeletu – juba kahe aasta pärast loodetakse ligi 200 tugijaamaga katta kogu Eesti, et iga asi, ükskõik, kus see ka ei asuks, saaks olla ühenduses oma keskseadmete ja pilveteenustega.

Avatud maastikul on leviala, kust sensor tugijaamaga ühenduse loob, üle kümne kilomeetri, linnatingimustes 1–2 km. Kasutada saab olemasolevaid maste, kuid kommertsvõrgu seadmed on Asjade Interneti jaoks teistsugused.

Kuna senised M2M lahendused mobiilivõrkudes kasutavad tehnoloogiat, mis mõeldud mobiilikõnedeks ja mobiilseks andmesideks, siis jäävad üksikute seadmete jaoks paketid üsna kalliks. Samas pole vaja selliseid andmemahtusid, mille eest mobiilioperaatorid oma raha õigustatult küsivad. Piisab tuhandeid kordi väiksemast kiirusest kui moodsates 4G võrkudes. Seega peab ka hind soodsam olema ja kuna andureid võib klient tahta paigaldada kümneid kordi enam, kui M2M mobiilivõrgus oleks taskukohane, siis makstakse erinevate pakettide puhul selle pealt, kui tihti sensorid ühendust võtavad. Hinnad jäävad vahemikku 20 senti kuni üks euro kuus. Mida harvem, seda odavam on pakett, sest avalikku võrku peavad samas ajas jagama paljud seadmed. Keegi ei tohi eetrisse liiga pikalt jääda.

Näiteid nutistu lahendustest

• Kortermajade ühistud saavad lugeda vee- ja küttearvesteid eemalt.
• Ärikinnisvara hooneautomaatika mõõdab kontorites õhuniiskust ja temperatuuri, et keskkonda reguleerida.
• Eratarbijatele suitsu- ja uputuseandurid, mis edastavad häire.
• Ehituses ja tööstuses kallite seadmete liikumise ja asukoha jälgimine.
• Nutikas kaubaalus – kaupade liikumise jälgimiseks.
• Nutikas prügikast saadab veofirmale teate, kui täis on konteiner, et vältida tühisõite.
• Tänavavalgustuse andurid aitavad valgustuse pealt elektrikulu kokku hoida.
• Metsatööstuses jälgitakse palgikoormate liikumist metsast raielangilt alates.
• Maanteedel teekattesse paigaldatud sensorid annavad infot teeolude kohta.
• Põllumajanduses jälgitakse pinnase niiskust ja kastmisvajadust.
• Farmides saab nutikate sensoritega jälgida loomade liikumist.