NB-IoT ja sen soveltuvuus paikannuksessa

Esineiden internet ja siihen liittyvät teknologiat ovat yksi langattomien verkkojen kasvavista sovellusalueista. Esineiden internetillä tarkoitetaan erilaisia laitteita, jotka on liitetty internetiin ja jotka kykenevät esimerkiksi havainnoimaan ympäristöään sensoreiden avulla. Laitteiden havainnoimaa dataa voidaan tallentaa sovelluskohtaisille palvelimille jatkokäsittelyä ja analysointia varten. Käyttökohteen mukaan IoT-laitteille (engl. Internet of Things) ja IoT-verkoille on olemassa erilaisia suunnitteluvaatimuksia ja ominaisuuksia. Yksi IoT:n sovellusalueista on vähäisen virrankulutusten ja kustannuksien, sekä pitkien välimatkojen etäisyyksillä toimivat LPWAN-verkot (engl. Low Power Wide Area Network). Pitkät kantamat mahdollistavat LPWAN-tekniikoille uusia käyttökohteita, sekä niitä voidaan toteuttaa erilaisin tavoin riippuen järjestelmän käyttötarkoituksista. Tämän työn tavoitteena oli selvittää pitkän kantaman IoT-verkoissa toimivien laitteiden, erityisesti NB-IoT-laitteiden (engl. Narrow Band Internet of Things) paikannuskykyä ja paikannuksen tarkkuutta. Tässä työssä käsiteltävä NB-IoT-teknologia hyödyntää LTE-tekniikkaa (engl. Long Term Evolution) tiedonsiirrossa ja kuuluu LPWAN-teknologioihin. Työ on toteutettu suurilta osin teoreettisena kirjallisuuskatsauksena erilaisiin IoT-teknologioihin keskittyen pitkän kantaman verkkoihin. Työssä on lisäksi toteutettu käytännön mittauksia, joissa pyrittiin selvittämään ja arvioimaan NB-IoT-verkon paikannuksen suorituskykyä ja toimivuutta. Työssä suoritetuissa mittauksissa havaittiin NB-IoT-laitteen paikannuksen sopivan hyvin tekniikan nykyisille käyttökohteille ja niiden vaatimuksille. Mittauksista voidaan myös todeta NB-IoT-laitteella tehdyn paikannuksen olevan toimiva niin kaupunkialueella kuin kaupunkialueen ulkopuolella. Pitkät kantamat IoT-laitteiden muodostamissa verkoissa tuottavat järjestelmään erilaisia haasteita. Matalat signaalitehot ja häiriöt tiedonsiirtokanavissa tekevät pitkien kantamien saavuttamisesta vaikeaa samalla, kun laitteiden virrankulutus ja kustannukset pyritään minimoimaan. Standardointi pitkien kantamien IoT-verkkojen ja erityisesti mobiiliverkkopohjaisten ratkaisujen kehityksessä pyrkii nyt ja tulevaisuudessa kehittämään mahdollisimman tehokkaita ratkaisuja ongelmien selvittämiseksi. Pitkien kantamien IoT-verkot voidaan toteuttaa käyttämällä joko olemassa olevaa verkkoinfrastruktuuria tai kaupalliset toimijat voivat toteuttaa omia ratkaisujaan. Markkinoiden painostus ja käyttökohteiden monimuotoistuminen edesauttavat alan jatkuvaa kehitystä ja täten standardointi voi olla paikoin hyvin nopeaa. Pitkän kantaman IoT-verkoille on olemassa erilaisia käyttökohteita ja sovellusalueita. Nykyisissä pitkien kantamien IoT-verkoissa, kuten NB-IoT-verkkojen tiedonsiirrossa, on usein pidempiä viiveitä kuin esimerkiksi matkapuhelinten tiedonsiirrossa. Myös tiedonsiirrossa lähetettävät datamäärät ovat usein pienempiä, joten tällaiset ominaisuudet asettavat reunaehtoja myös tekniikan käyttökohteille. Useimmiten pitkien kantamien IoT-tekniikat soveltuvat parhaiten erilaisiin mittaus- ja havainnointijärjestelmiin. Monissa mittaussovelluksissa pitkien kantamien IoT-tekniikoiden tiedonsiirto on tarpeeksi reaaliaikaista ja datamäärät säilyvät pieninä. Pitkien kantamien IoT-verkot toimivat hyvin myös haastavissa olosuhteissa, joissa WLAN-tekniikoiden (engl. Wireless Local Area Network) tiedonsiirtokyky heikkenee nopeasti. Tämän ominaisuuden vuoksi esimerkiksi NB-IoT-tekniikka soveltuu hyvin käytettäväksi myös kaupunkialueilla ja sisätiloissa. Käyttökohteiden kasvaessa pitkien kantamien IoT-tekniikoihin kehitetään uusia ominaisuuksia, jotka on toteutettu huomioiden laitteiden ja verkkojen rajoitukset. Esimerkiksi paikantaminen NB-IoT-tekniikassa on toteutettu soluverkkopohjaisesti eikä käyttämällä perinteisempiä satelliittiperusteisia järjestelmiä. Yksi suurimmista syistä soluverkkopohjaisen paikannuksen kehittämiselle satelliittiperusteisen järjestelmän sijaan on virrankulutuksen minimointi; satelliittiperusteiset järjestelmät, kuten GNSS (engl. Global Navigation Satellite System) vaativat toimiakseen huomattavasti enemmän virtaa päätelaitteelta suhteessa soluverkkopohjaiseen paikantamiseen. Paikannusominaisuus on tärkeä pitkien kantamien IoT-verkkojen kehityksessä ja se mahdollistaa useita uusia sovelluskohteita tekniikan hyödyntämiselle