IoT tarvitsee luotettavan tiedonsiirtoyhteyden ollakseen toimiva ratkaisu sähköverkon jat-kuvassa tarkkailussa. Erilaisten sääilmiöiden ja yllättävien sähköverkon vikatilanteiden seu-rauksena tietoa tarvitaan myös optimiolosuhteiden ja normaalien työaikojen ulkopuolella, mikä vaatii tiedonsiirtoyhteyksiltä luotettavuutta, turvallisuutta ja nopeutta.
Tiedonsiirtoyhteydet voidaan jakaa kahteen pääkategoriaan, langallisiin ja langattomiin yhteyksiin. Langallisissa yhteyksissä tietoa vaihtavien pisteiden välille rakennetaan tiedon-siirtokaapeli, joka yhdistää ne. Langalliset verkot ovat nopeita ja luotettavia, ja niiden vika-herkkyys on pieni. Langallisten verkkojen huonona puolena ovat korkeat rakentamiskustan-nukset, jotka kasvavat välimatkan pidentyessä, sekä vian sattuessa korjauksen pitkäkestoi-suus ja korkeat kustannukset. (Rauhalammi, 2020)
Langattomissa yhteyksissä kaapelia ei ole, vaan tieto siirtyy radioliikenteen, satelliitin, infrapunan tai laserin välityksellä. Langattomat yhteydet ovat langallisiin verrattuna hi-taampia, pienempitehoisia ja herkempiä kyberhyökkäyksille. Pitkien tiedonsiirtoetäisyyk-sien järjestelmissä, kuten maantieteellisesti toisistaan etäällä sijaitsevien sähköverkon otiedonsiirtoetäisyyk-sien välisessä kommunikoinnissa, langattomat yhteydet ovat lähes välttämättömiä, sillä langal-lisen verkon rakentamis- ja ylläpitokustannukset ovat merkittävästi korkeammat.
Matkapuhelinten tiedonsiirtoverkot, erityisesti 5G ja 4G, harvimmin asutuilla alueilla myös 3G, ovat yksi IoT-teknologian mahdollisista tiedonsiirtoyhteyksistä. Matkapuhelin-verkkojen yhtenä suurimmista eduista voidaan pitää sitä, että niitä rakennetaan ja ylläpide-tään suuren käyttäjämäärän takia aktiivisesti. Tämä tarkoittaa, että tiedonsiirtoverkkoa ei tarvitse erikseen rakentaa vain IoT:n käyttöön.
3.4.1 5G
5G-verkko on yleisen näkemyksen mukaan tulossa IoT-ratkaisujen pääasialliseksi siirtoyhteydeksi. 5G:n ennustetaan olevan tähän joustava ratkaisu, joka nopeuttaa tiedon-siirtoa näillä näkymin vähintään 10-kertaiseksi, jopa 10 Gbit/s, verrattuna 4G:n tarjoamaan nopeuteen (Thales Group, 2021). Nopeuden kasvun myötä tiedonsiirron viive, ”lag”, piene-nee ja laitteiden kommunikointi nopeutuu. Verkon luvataan olevan vakaampi ja luotetta-vampi kuin aiempien sukupolvien verkot. 5G:n kaista on leveämpi kuin edeltäjiensä, joten suurempi määrä erilaisia laitteita voi olla verkkoon liittyneinä yhtä aikaa. (Violino, 2020)
Suurimpana ongelmana 5G:n laaja-alaiseen käyttöönottoon IoT:ssa on verkon heikko kuuluvuus Suomessa. 5G-verkkoa otetaan käyttöön nopeasti, mutta kuuluvuus rajoittuu kaupunkeihin sekä suosittuihin lomakohteisiin. 5G-verkon vaatima antennitiheys on kor-kea, mikä tarkoittaa, ettei 5G-verkkoa todennäköisesti tulla rakentamaan koko Suomea kat-tavaksi ratkaisuksi. Haja-asutusalueilla 5G-verkon kuuluvuus tulee olemaan heikko, mikä johtaa siihen, ettei se ole Carunan verkkotoiminnassa paras ratkaisu.
Kuvassa 8 on kartalle piirrettynä Suomen laajimmalle levinneen, Elisa Oyj:n omistaman 5G-verkon kattavuus helmikuussa 2021. Kuvasta voidaan havaita, ettei verkko vielä ulotu tarpeeksi laajalle kattamaan esimerkiksi Carunan verkkoaluetta, mikä tekee 5G:stä mahdol-lisesti tulevaisuuden IoT-yhteyden, mutta sitä ei voida käyttää laajasti Carunan ratkaisuissa.
Kuva 8: Elisa Oyj:n 5G-verkon kattavuus 12.2.2021 (Elisa, 2021).
3.4.2 4G ja 3G
Sähkönsiirtoverkon käyttöön voisi nykyisen näkemyksen mukaan riittää myös 4G- tai 3G-verkko, sillä siirrettävän datan määrä ei vaikuta kasvavan 5G:n nopeutta vaativiin mittoihin.
Jakeluverkon käyttöön riittää myös hieman heikompi luotettavuus, sillä ilmenevien vikati-lanteiden ja kehittyvien vikojen havainnointia ja seurantaa harvoin täytyy tehdä minuuttien tarkkuudella. Vikaa korjaamaan täytyy lähes aina lähettää ammattilainen paikalle, mikä tar-koittaa, että poikkeamista riittää usein suurpiirteisemmät tiedot. Tilanne voi kuitenkin tek-nologian kehityksen ja analyysien paranemisen myötä muuttua.
On hyvin mahdollista, että laajemmin käytössä olevat 4G- ja 3G-verkot olisivat potenti-aalisia Carunan IoT-tiedonsiirtoverkkoja. Kuvasta 9 voidaan havaita, että esimerkiksi Elisan 4G-verkko kattaa laajasti Carunan verkkoalueita ja koko asuttua Suomea, mikä parantaa hyödyntämismahdollisuuksia merkittävästi.
Kuva 9: Elisa Oyj:n 4G-verkon kattavuus 17.2.2021 (Elisa, 2021).
3.4.3 LoRaWAN
LoRaWAN on langaton LPWAN-, eli Low Power Wide Area Network -verkkoteknologia.
LoRa, eli Long Range, on modulaatioratkaisu, jota päätelaitteet ja reitittimet käyttävät, kun ne kommunikoivat toistensa kanssa. LoRaWAN-tekniikkaa hallinnoi ja kehittää LoRa Alli-ance™, joka on voittoa tavoittelematon yhdistys. Yhdistys pyrkii toiminnallaan edistämään LoRaWANia käyttävien osapuolten kommunikaatiota ja tukemaan tekniikan yleistymistä ympäri maailmaa.
LoRaWANin käyttötarkoitus on olla pitkän kantaman sovellus, joka käyttää hyvin vähän virtaa. LoRaWANia käyttävä anturi lähettää dataa reitittimeen, joka toimittaa sen Interne-tiin ja sitä kautta käsiteltäväksi. LoRaWAN toimii kahteen suuntaan, eli dataa pystytään siir-tämään myös reitittimeltä anturille, mikä mahdollistaa anturin ominaisuuksien ja mittauk-sen säädön etäyhteyden kautta. (LoRa Alliance, 2021)
Suomessa LoRaWAN-verkko toimii vapaasti hyödynnettävissä olevilla ISM-taajuusalu-eilla EU 433, jonka taajuusalue on 433,05-434,79 megahertsiä (MHz), ja EU 863-870, jonka taajuusalue on 863-873 MHz (Seneviratne, 2019).
teknologialla on saavutettu jopa 1000 Mbit/s siirtonopeus, joka kuitenkin käytännössä on lähempänä 10-100 Mbit/s nopeutta (Paloheimo, 2021). (Mohan, 2018)
Virrankulutuksella on suuri merkitys verkkoon liitettävän laitteen elinikään, jos laite toi-mii akulla. LoRaWAN-tekniikan ollessa käytössä lähetysteholla 10 desibelimilliwattia (dBmW) lähettävän laitteen virrankulutus on 18 milliampeeria (mA), ja 20 dBmW:n lähe-tysteholla kulutus on 84 mA. Luvut ovat merkittävästi pienempiä kuin mobiiliverkkoja hyö-dyntävän NB-IoT-tekniikan, jossa anturit kuluttavat virtaa noin 100 mA, kun lähetysteho on 13 dBmW, ja 220 mA, kun lähetysteho on 23 dBmW. LoRaWANin niin sanottu linkkibud-jetti, eli kuinka suuria tietomääriä yksi linkkiasema pystyy välittämään, on parhaimmillaan 155-170 dB. (Mohan, 2018)
Datan vastaanotto kuluttaa LoRaWAN-tekniikalla noin 5 mA virtaa, joka on merkittävästi vähemmän kuin matkapuhelinverkon NB-IoT:n noin 40 mA. Matkapuhelinverkon käytössä yhteyden täytyy olla toiminnassa useita kymmeniä sekunteja kerrallaan, mikä pitkittää vir-rankulutusta. Näin ollen LoRaWAN-tekniikka vaatii toimiakseen keskimäärin 3-5-kertaa vähemmän tehoa matkapuhelinverkkoon verrattuna, mikä tarkoittaa käytännössä pidempi-kestoisia tai pienempiä akkuja. Tämä taas parantaa LoRaWANin kustannustehokkuutta matkapuhelinverkkoon verrattuna. (Mohan, 2018)
Yhden LoRaWAN-reitittimen kantama voi olla jopa 40 kilometriä, mikä tekee siitä toimi-van ratkaisun myös haja-asutusalueiden tiedonsiirtoon. LoRaWANia hyödyntäviä laitteita voidaan asentaa sekä sisälle että ulos. Sisälle asennettaessa reitittimiä tulee kuitenkin olla tiuhemmassa, jotta signaali pysyy tarpeeksi vahvana kommunikointiin verkkolaitteiden vä-lillä. (Mohan, 2018)