5G:n ymmärtäminen - teollisen internetin selkäranka

Vuosi 2019 tullaan muistamaan vuotena, jolloin esineiden internetin (IoT) todelliset matkapuhelinyhteydet pääsivät vihdoin vauhtiin. Nykyään ei kulu viikkoakaan ilman uutta ilmoitusta uudesta 4G NB-IoT / LTE-M -verkon käyttöönotosta. Teollisuuden tulevaisuus on kuitenkin jo matkalla kohti langattoman viestintäteknologian viidettä sukupolvea (5G).

5G lupaa salamannopeaa nopeutta, tuskin havaittavaa latenssia (tai viestinnän vasteaikaa) ja valtavasti lisääntynyttä kapasiteettia. Kaikki neljä suurta yhdysvaltalaista operaattoria ovat antaneet vihreää valoa testiverkoille ja osittaisille toteutuksille joissakin kaupungeissa.

Fyysisen maailman ja digitaalitekniikan yhdistämisen eduista on keskusteltu jo sukupolven ajan. Monet teollisuudenalat voisivat käyttää verkottuneista järjestelmistä saatavaa älykkyyttä saadakseen kriittistä tietoa toiminnoistaan ja siitä, miten ne voivat tehdä parannuksia, joilla on todellista vaikutusta niiden tulokseen. Vaikka 4G luo jo nyt dramaattisia parannuksia eri puolilla maailmaa toimiville teollisuudenaloille, 5G on se, joka aiheuttaa suurempaa kohua.

Pelkkä data ei riitä

Sandvikin tutkimus- ja teknologiajohtaja Jani Vilenius sanoo, että data ohjaa teollisuutta jo nyt kaikkialla maailmassa: "Kaikki keräävät jo nyt dataa ja käyttävät sitä jossain määrin. Mutta tarvitaan parempia yhteyksiä, jotta dataa voidaan todella hyödyntää ja lisätä liiketoiminta-arvoa. Kun lisäämme tekoälyä (AI), koneoppimista ja ääni-/kuvatunnistusta jokapäiväisiin järjestelmiin, kaistanleveysvaatimukset tarkoittavat, että 5G on väistämätön uusien ominaisuuksien hyödyntämiseksi."

Teollisuus 4.0:n piti tuoda nämä edut, mutta tähän asti siitä on puuttunut yksi ratkaiseva elementti. Yhteistyöhön perustuvan, mukautuvan ja reaaliaikaisen teollisen digitaalisen järjestelmän idean muuttaminen todellisuudeksi edellyttää todella ketterää viestintäinfrastruktuuria.

Enemmän kuin asteittainen parantaminen

Voi luulla, että 4G:stä 5G:hen siirryttäessä on kyse vain asteittaisista nopeusparannuksista, eikä kaikkea hypetystä tarvita. Nykyinen 4G/LTE (Long Term Evolution) -viestintäarkkitehtuuri on yhdistänyt noin 3 miljardia mobiililaitetta.

Todellisuudessa 4G:n ja 5G:n välinen ero ei kuitenkaan ole sama kuin vertaisi yhtä iPhone-mallia toiseen, vaan pikemminkin kuin vertaisi hevoskärryä sähköiseen kilpa-autoon.

Kyllä, 3G- ja 4G-teknologia rinnastetaan useimmiten älypuhelimiin. Tämä johtuu siitä, että järjestelmät on suunniteltu vastaavasti puheensiirtoa ja mobiilidataa varten. On totta, että 5G:n dramaattinen nopeuden kasvu merkitsee paljon muutakin kuin vain laadukkaampaa suoratoistoa ja salamannopeita latauksia, mutta se, että se on suunniteltu alusta alkaen datayhteyksiä varten, muuttaa pelin.

Nopeammat yhteydet ja matala tai olematon viive avaavat toiminnallisia etuja kaikilla toimialoilla maapallolla. Tähän asti on vain puhuttu, mutta nyt kun testijärjestelmät on otettu käyttöön, nämä toiminnalliset hyödyt alkavat olla selviä.

Verkottuneen tehtaan vieminen seuraavalle tasolle

Markkinoilla, jotka ovat riippuvaisia tietointensiivisistä konesovelluksista, 5G:n suurempia nopeuksia ja pientä latenssia tarvitaan autonomisen robottiteknologian, puettavien laitteiden ja virtuaalitodellisuuden tehokkaaseen käyttöön.

Toisin kuin aiemmat teknologiatason hyppäykset teollisuudessa, 5G ei suunnittele tuotantolinjaa perusteellisesti uudelleen. Mutta se tarjoaa valmistajille mahdollisuuden rakentaa älykkäitä tehtaita, jotka voivat mukautua muuttuviin markkinaolosuhteisiin.

Älykkäiden laitteiden ja niitä valmistavien tehtaiden lisääntyvät ominaisuudet eivät vaikuta kilpailuun vain tietyn toimialan sisällä. Kun kilpailu siirtyy tuotepohjaisesta järjestelmäpohjaiseksi, aiemmin selkeät toimialarajat hämärtyvät. Perinteiset teollisuusyritykset saattavat pian huomata kilpailevansa esimerkiksi osana paljon laajempaa automaatioteollisuutta.

Terveydenhuolto: Etäkirurgian mahdollistaminen

5G:n alhainen viive tulee mullistamaan terveydenhuollon, erityisesti leikkaussalien, toiminnan. Kokeneet kirurgit voivat neuvoa nuorempia kollegoita videoyhteyden välityksellä tai jopa käyttää leikkauslaitetta etänä. Tämä kuulostaa epätodennäköiseltä, mutta se on jo tapahtunut.

Vuoden 2019 alussa Kiinassa tehtiin onnistuneesti maailman ensimmäinen etäavun avulla toteutettu live-leikkaus. Kokenut kirurgi asensi stimulaatiolaitteen Parkinson-potilaan aivoihin. Lähes välittömän 2 millisekunnin viiveen ansiosta kirurgi pystyi suorittamaan toimenpiteen tarkasti ikään kuin hän olisi ollut aivan potilaan vieressä, vaikka todellisuudessa hän oli 3 000 kilometrin päässä. Viive muistuttaa leikkausta, jossa käytetään perinteistä kaapeloitua monitoriratkaisua.

Autonominen teknologia maantiellä ja maan alla

Verkon viiveen parantuminen antaa sovelluksille ja laitteille mahdollisuuden kommunikoida lähes reaaliaikaisesti. Tämän pitäisi helpottaa autonomisten ajoneuvojen turvallisuusongelmia, sillä ne pystyvät jatkuvasti kommunikoimaan jatkuvasti muuttuvan ympäristönsä kanssa.

Tällä on tietenkin merkittävä vaikutus kaivostoimintaan, mistä Sandvik on tietoinen. Sandvik on jo allekirjoittanut Nokian kanssa sopimuksen yksityiseen LTE- ja 5G-tekniikkaan perustuvien ratkaisujen jatkokehittämisestä, josta suuri osa tapahtuu Sandvikin testikaivoksella Tampereella.

"Tähän mennessä olemme keskittyneet yksityiseen LTE-teknologiaan, joka tarjoaa nopeuden, viiveen, luotettavuuden ja yksityisyyden suojan etuja Wi-Fi-verkkoon verrattuna. Se on yksi niistä teknologioista, joita asiakkaamme nyt pyytävät", Vilenius kertoo. Sandvikille LTE:hen keskittymisestä koituva hyöty on yksinkertainen. (LTE on lyhenne sanoista Long-term Evolution, eikä se ole niinkään teknologia kuin tie, jota noudatetaan 4G-nopeuksien saavuttamiseksi). Jani Vilenius, Director of Research and Technology at SandvikAsiakaskysyntä on olemassa, ja laitteisto voidaan helposti päivittää 5G:hen, kun sen aika koittaa.

Tämä johtuu siitä, että 5G:tä käytetään pikemminkin nykyisten LTE-verkkojen täydentämiseen ja parantamiseen kuin niiden korvaamiseen. Silti teleyrityksillä on edessään huomattava investointi. Mutta sen sijaan, että se hidastaisi käyttöönottoa, juuri tämä seikka voi nopeuttaa asioita.

Johtamiskonsulttiyritys McKinsey & Company uskoo, että verkon yhteiskäytön suuntaus kiihtyy, mikä vähentää 5G:n käyttöönoton muuten pelottavia kustannuksia. Verkon yhteiskäytön ansiosta operaattorit voivat vähentää omistuksen kokonaiskustannuksia ja parantaa samalla verkon laatua jakamalla sekä aktiivisia että passiivisia laitteita. "Erään tapauksen simuloinnit osoittivat, että jakamalla 5G-piensolujen käyttöönoton ja rakentamalla yhteisen, valtakunnallisen 5G IoT -makrokerroksen operaattorit voisivat vähentää 5G:hen liittyviä investointeja yli 40 prosenttia", kertoi tiedottaja.

Tulevaisuuden liiketoimintamallien tutkiminen

Sandvikin testikaivoksen lisäksi Suomessa tehdään merkittävää tutkimusta. Aalto-yliopiston Industrial Internet Campus on poikkitieteellinen alusta, joka tarjoaa testialustan tulevaisuuden ratkaisuille teollisuuskumppaneille, kuten Sandvikin yhteistyökumppanille Nokialle.

Hankealueita ovat muun muassa älykkäät rakennustyömaat, energiankäytön optimointi älykkäissä rakennuksissa ja tulevaisuuden tehdas. 5G meets Industrial Internet (5G@II) -hankkeessa tarkastellaan, miten voidaan tarjota kustannustehokas, maailmanlaajuisesti turvallinen ja varmatoiminen perusta tulevaisuuden 5G-vetoiselle teolliselle internetille. Tiimin tavoitteena on erityisesti luoda suunnitelma 5G-palvelunhallintajärjestelmästä kokeilemalla sitä todellisissa teollisissa käyttötapauksissa.