5G:n hyödyntäminen tieliikenteessä

Tommi Kukkula

5G:N HYÖDYNTÄMINEN TIELIIKENTEESSÄ

Kandidaatintyö

Rakennetun ympäristön tiedekunta

Tammikuu 2021

TIIVISTELMÄ

Tommi Kukkula: 5G:n hyödyntäminen tieliikenteessä (Utilization of 5G in road traffic) Kandidaatintyö

Tampereen yliopisto

Rakennustekniikan tekniikan kandidaatin tutkinto-ohjelma Tammikuu 2021

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on tutkia uuden mobiiliteknologian 5G:n vaiku- tusta tieliikenteen ja sen turvallisuuden kehitykseen. 5G tarjoaa edistysaskeleen turvalli- suuskriittisissä tieliikenteen ratkaisuissa mahdollistaen muun muassa lyhyemmän tie- donsiirron viiveen ja suuremman tiedonkäsittelyn kapasiteetin ajoneuvojen välittämän tiedon ja kommunikoinnin määrän kasvaessa. Työssä tarkastellaan 5G:n hyödyntämisen nykytilannetta sekä Suomessa että muualla Euroopassa ja maailmalla, sekä pohditaan tieliikenteen kehityssuunnan asettamia vaatimuksia älyliikenteen ja 5G:n turvallisuuskriit- tisille ratkaisuille. Työssä tarkastellaan myös 5G:n tarjoamien ominaisuuksien hyödyntä- mistä kelitiedottamisessa sekä 5G-verkon toteuttamisen ja hyödyntämisen haasteita Suomen tieliikenteelle.

Opinnäytetyö suoritettiin kirjallisuustutkimuksena, jossa hyödynnettiin pääosin Suo- messa tuotettuja raportteja ja artikkeleita. Työn aluksi tehtiin kirjallisuuskatsaus työssä käsiteltävien olennaisten aiheiden taustoittamiseksi. Tämän jälkeen käsiteltiin Suomen ja muun maailman älykkään liikenteen ja 5G:n nykytilaa ja tarkasteltiin 5G:n käyttöönot- tovaiheen edellyttämiä testihankkeita ja niiden päämääriä sekä tuloksia. Työtä täyden- nettiin myös liikennetelematiikan alan asiantuntijan haastattelulla, jossa käsiteltiin use- ampia työn kannalta olennaisia aiheita.

Työssä tunnistettiin 5G:lle keskeisiä hyödyntämiskohteita tieliikenteen automaatiossa ja turvallisuuden kehityksessä, sekä tunnistettiin 5G-verkon toteuttamisen ja hyödyntä- misen keskeiset haasteet Suomen tieliikenteelle. 5G:n testaaminen on edennyt nopeasti ja ensimmäisiä arkipäivän käyttötapauksia tieliikenteessä on jo pian havaittavissa. Suo- men osalta Euroopan komission asettamiin tavoitteisiin pääsy riippuu vaadittavan infra- struktuurin toteutusaikataulusta. Lähitulevaisuudessa Suomen maanteillä prioriteettina on mobiiliverkon kattavuus, ei niinkään huippunopeus. Ajoneuvojen viestintä ei tule poh- jautumaan vain mobiiliverkkoon, vaan viivekriittisissä tapauksissa tukeudutaan suoraan ajoneuvojen väliseen kommunikaatioon. Tutkimuksen perusteella 5G on kuitenkin vält- tämätön tekijä tieliikenteen automaatiolle. Osana digitaalisia palveluita 5G tulee katta- maan kaikkia matkantekoon liittyviä osia.

Johtopäätöksinä työstä voidaan todeta, että 5G liikenteen automaation osana luo uu- denlaisen pohjan tieliikenteen turvallisuutta ja sujuvuutta kehittäville ratkaisuille ja sovel- luksille mahdollistamalla sujuvan ajoneuvojen välisen, sekä ajoneuvojen ja infrastruktuu- rin välisen kommunikoinnin. 5G on myös ratkaiseva tekijä automaation kehittymisen edellyttämässä ajoneuvojen etähallinnassa ja -ohjauksessa tiedonsiirtovaatimusten vuoksi. Tulevien sukupolvien mobiiliteknologioilla tullaan jatkamaan tätä kehitystyötä kohti täysin automatisoitua tieliikennettä.

Avainsanat: 5G, älyliikenne, V2X

Tämän julkaisun alkuperäisyys on tarkastettu Turnitin OriginalityCheck -ohjelmalla.

ALKUSANAT

Työn aiheen valinta perustui kiinnostukseeni tieliikenteen kehityksestä ja kehittämisen keinoista. Työn toteuttaminen avarsi ymmärrystäni erityisesti tieto- ja viestintätekniikan soveltamisesta tieliikenteessä sekä tieliikenteen tulevaisuudennäkymistä.

Tämä työ voisi tarjota mielenkiintoa erityisesti niille, jotka haluavat saada lisätietoa 5G:n vaikutuksesta tieliikenteeseen tai tieto- ja viestintätekniikan soveltamisesta liiken- neturvallisuudessa.

Haluan esittää kiitokseni opinnäytetyöni ohjaajalle, Tampereen yliopiston Markus Pöllä- selle hyvästä, myös omaa ajattelua harjoittavasta ohjaustyöstä. Kiitokseni esitän myös Sitowisen Pekka Elorannalle työhön liittyvästä haastattelusta ja sen tuomista uusista näkökulmista työhöni.

Tampereella 20.01.2021

Tommi Juhani Nikolai Kukkula

SISÄLLYSLUETTELO

1. JOHDANTO ... 1

2.ÄLYLIIKENNE JA 5G ... 3

2.1 Mitä on älyliikenne?... 3

2.2 5G:n ominaisuudet ja taajuusalueet ... 5

3. 5G:N SOVELTAMINEN ÄLYLIIKENTEESSÄ ... 7

3.1 5G:n hyödyntäminen ajoneuvojen tiedonsiirtoteknologiassa ... 7

3.2 Esimerkkejä 5G:n soveltamisesta kansainvälisesti ... 10

3.3 5G:n soveltaminen Suomen tieliikenteessä ... 13

3.4 Soveltaminen kelitiedossa ja arktisilla alueilla ... 14

3.5 Suomen strategia 5G-verkon hyödyntämiseen liikenteessä ... 17

3.6 Kuinka soveltamista kehitetään? ... 19

3.7 Ajoneuvovalmistajat mukana teknologian kehityksessä ... 20

4. 5G-VERKON TOTEUTTAMISEN JA HYÖDYNTÄMISEN HAASTEET SUOMEN TIELIIKENTEESSÄ ... 22

5.PÄÄTELMÄT ... 24

LÄHTEET ... 28

LYHENTEET

5G Fifth Generation (Viidennen sukupolven mobiiliteknologia) C-ITS Co-operative Intelligent Transport Systems and Services (Yhteistoiminnalliset älykkään liikenteen järjestelmät) C-V2X Cellular Vehicle to Everything (Matkapuhelinverkkoa

hyödyntävä tiedonvälitys ajoneuvosta toiseen tai mihin tahansa ympäristön osaan)

CAM Connected and Automated Mobility (Verkottunut ja automatisoitunut liikenne)

CAV Connected and Autonomous Vehicle / Connected and

Automated Vehicles (Kytketty automatisoitu kulkuneuvo) DSRC Dedicated Short Range Communication (Lyhyen kantaman

tiedonsiirto)

IoT Internet of Things (Esineiden internet)

ITS Intelligent Transport Systems and Services (Älykkäät liikennejärjestelmät)

V2X Vehicle to Everything (Tiedon välittäminen kulku-

neuvosta toiseen tai mihin tahansa ympäristön osaan)

1. JOHDANTO

Työn aiheena on 5G-teknologian hyödyntäminen älyliikenteessä, rajautuen tieliikenteen automaatioon ja turvallisuuteen. 5G on uuden sukupolven teknologia, joka mahdollistaa nykyistä nopeammat langattomat yhteydet, pienemmän tiedonsiirron viiveen, paremman turvallisuuden ja energiatehokkuuden (Liikenne- ja viestintäministeriö 2018). Älyliikenne käsitteenä tarkoittaa liikenteen sujuvuuden, turvallisuuden, tehokkuuden, tuottavuuden ja ympäristöystävällisyyden kehittämistä tieto- ja viestintätekniikkaa hyödyntäen. (Lii- kenne- ja viestintäministeriö 2009). Työn tavoitteena on tarkastella 5G:n tulevaisuuden hyödyntämisnäkymiä ja mahdollisuuksia tieliikenteen automaation ja turvallisuuden ke- hittämisessä sekä ajoneuvojen kommunikoinnissa. Tavoitteena on myös tutkia ja pohtia 5G-verkon toteuttamisen ja hyödyntämisen haasteita tieliikenteelle. Työssä tarkastellaan myös 5G:n tarjoamia mahdollisuuksia kelitiedon kehittämiseen sekä ratkaisumalleja ark- tisen alueen älyliikenteeseen. Tulevaisuutta pohditaan ja tarkastellaan Suomen ja EU:n asettamien tavoitteiden ja strategioiden sekä tieliikenteen automaation asettamien vaa- timusten kannalta.

Päätutkimuskysymyksenä on:

• Miten 5G:tä hyödynnetään tieliikenteessä?

Työ pyrkii vastaamaan myös kysymykseen:

• Mitkä tekijät asettavat haasteita 5G:n hyödyntämiseen Suomen tieliiken- teessä?

Aihe on käsittelemisen arvoinen varsinkin ajankohtaisuutensa takia. Liikenneala on hyvin voimakkaassa muutosvaiheessa. Suomi pyrkii olemaan 5G-teknologian edelläkävijämaa (Traficom 2020a). Maailman ensimmäiset kaupalliset tukiasemat pystytettiin Suomeen kesäkuussa 2018 (European 5G Observatory 2020). Julkisen sektorin ohella suomalai- set yksityisen alan yritykset ovat viime vuosina toimineet aktiivisesti kotimaisissa ja kan- sainvälisissä projekteissa. Liikenneturvallisuutta halutaan kehittää jatkuvasti samalla, kun liikenteen automatisaatiota pyritään kehittämään. Älykkään liikennejärjestelmän hyödyntäminen on jo alkanut liikenteessä, uusia sovelluksia ja ideoita kehitetään jatku- vasti. 5G luo täysin uudenlaisen, nopeamman viestintäverkon, joka tarjoaa liikenteen viestinnälle ja turvallisuuden kehittämiselle paljon uusia mahdollisuuksia, joita aiemman sukupolven mobiiliteknologiat 3G ja 4G eivät vielä kyenneet mahdollistamaan.

Työ on toteutettu kirjallisuustutkimuksena, jota täydennettiin Sitowisen johtavan konsul- tin Pekka Elorannan haastattelulla. Haastateltavalla on yli 35 vuoden kokemus muun muassa liikennetelematiikan, logistiikan ja julkisen liikenteen alalta ja hän on toiminut laajasti niihin liittyvissä hankkeissa, myös 5G:n soveltamista liikenneturvallisuuteen tut- kivissa hankkeissa, kuten tässä työssäkin käsiteltävissä 5G-Safe- ja 5G-Safe-Plus - hankkeissa. Haastattelu järjestettiin sähköisesti etähaastatteluna ja sen kesto oli noin tunti. Haastattelu oli tyypiltään vuorovaikutteinen teemahaastattelu ja aihepiirit olivat en- nakkoon määritellyt. Haastattelussa käsiteltiin Suomen tieliikenteen tulevaisuutta sekä 5G:n käyttöä ja vaikutuksia liikenteessä. Lisäksi keskustelunaiheena oli 5G-Safe-Plus - hanke, jossa Eloranta toimii kansainvälisenä koordinaattorina. Hanke keskittyy tutki- maan liikenneonnettomuuksien välttämistä tarjoamalla 5G:tä hyödyntäviä aikakriittisiä sovelluksia ajoneuvoille ja tienkäyttäjille (Ilmatieteen laitos 2020b).

Työssä hyödynnetty aineisto on pääosin suomalaisia tutkimus- ja muita raportteja, myös uutisia ja tiedotteita, sillä Suomesta löytyy paljon käsiteltävän alan tutkimustietoa ja osaa- mista. Työ myös käsittelee maantieteellisesti suurelta osin Suomea. Pääaineistonkeruu- menetelminä olivat vapaasanahaku Googlella sekä Google Scholar. Yleisinä hakuter- meinä käytettiin muun muassa hakusanoja 5G, älyliikenne, ITS, V2X, C-V2X, CAV, tie- liikenne ja liikenteen automaatio.

Työn tarkastelualue rajautuu tieliikenteeseen ja pääosin henkilöajoneuvoihin ja tieliiken- teen käyttäjiin. Maantieteellisesti työ rajautuu Suomeen, mutta työssä tarkastellaan myös kansainvälisiä projekteja ja tavoitteita sekä niiden tuloksia.

Luvussa 2 taustoitetaan työn aiheen kannalta olennaisia käsitteitä, kuten älyliikennettä ja kerrotaan 5G:n ominaisuuksista. Luku 3 pyrkii vastaamaan päätutkimuskysymykseen ja siinä käsitellään 5G:n hyödyntämisen nykytilannetta tieliikenteessä, sekä Suomen strategiaa 5G-verkon hyödyntämiseen liikenteessä. Tarkasteltavana on myös jo toteu- tettuja tai käynnissä olevia testiprojekteja 5G:n hyödyntämisessä tieliikenteen automati- soinnissa, sekä ajoneuvovalmistajien rooli 5G-verkon hyödyntämisessä. Luku 3 tarkas- telee myös 5G:n soveltamista tulevaisuuden kelitiedottamisessa ja hyödyntämistä ark- tisten alueiden tieliikenteen turvallisuuden parantamisessa. Luvussa 4 käsitellään 5G- verkon toteuttamisen ja hyödyntämisen haasteita Suomessa ja se pyrkii vastaamaan toi- seen tutkimuskysymykseen. Luvussa 5 esitetään työn päätelmät.

2. ÄLYLIIKENNE JA 5G

2.1 Mitä on älyliikenne?

Älykästä liikennettä voidaan jo nyt pitää osana nykypäivän kansalaisten jokapäiväistä elämää. Tienkäyttäjät ja ajoneuvot tuottavat ajantasaista informaatiota liikennejärjestel- män eri tilanteista liikenteen operoijille mahdollistaen pohjan ennusteille liikennejärjes- telmän muutoksista. Traficomin (2020b) podcastissa liikenne- ja viestintäministeriön Ma- ria Rautavirta kuvaa liikenteen kehityksessä näkyvää liikennejärjestelmäajattelua infra- struktuurina, joka voidaan ajatella fyysiseksi teiden ja muun rakenteen kollektiiviksi ja jonka päälle nyt rakentuu digitaalinen datakerros, joka tuottaa reaaliaikaista tietoa infran tilasta sekä digitaalisia palveluita esimerkiksi liikennejärjestelmän hallinnan avuksi.

Liikenne- ja viestintäministeriön (2009) julkaiseman kansallisen älyliikenteen strategian mukaan älykäs liikennejärjestelmä, eli älyliikenne (ITS – Intelligent Transport Systems) tarkoittaa tieto- ja viestintätekniikan hyväksi käyttämistä liikennejärjestelmässä. Keskei- sinä tavoitteina on liikkumisen kokonaisuuden kannalta edullisimman tavan valinnan ja optimoinnin kautta parantaa liikenteen sujuvuutta ja turvallisuutta tehden liikenteestä sa- malla ympäristöystävällisempää. Tämä perustuu ajoneuvojen ja infrastruktuurin väliseen kommunikaatioon.

Älyliikenteen mahdollistamat palvelut tukevat liikenteen seurantaa, ohjausta ja hallintaa.

Tärkeä osa palveluita on myös informaatiotarjonta liikkujille sekä liikennejärjestelmän operoijille. Palveluketju jakaantuu osiin aina tiedonkeruusta matkan suunnitteluun ja sen aikaisiin informaatiopalveluihin. Sovellusten perustana on ajantasainen tieto paikasta ja ajasta, sekä liikennejärjestelmän tilasta ja mahdollisista häiriöistä. Tätä kautta liikenne- välineille voidaan tarjota eri etuuksia ja jakaa tienkäyttäjille tietoa esimerkiksi eri reitti- vaihtoehdoista ja sääolosuhteista. (Liikenne- ja viestintäministeriö 2009)

Tulevaisuuden reaaliaikainen liikennejärjestelmä tekee ajoneuvoista päätelaitteita, jotka on kytketty ajoneuvon ulkopuoliseen järjestelmään. Tämä mahdollistaa liikenteen oh- jauksesta enemmän ajantasaista ja ennakoivaa (ITS Finland 2020). Euroopan parla- mentti ja neuvosto haluavat edistää älykkään tieliikennejärjestelmän kehitystä ITS-direk- tiivin (2010/40/EU) avulla, jonka tarkoituksena on perustaa puitteet, jotka mahdollistavat tieliikenteen älykkäiden liikennejärjestelmien käyttöönoton sekä käytön tukemisen EU:n alueella, myös EU:n jäsenvaltioiden rajojen yli. (Traficom 2020d)

Ajoneuvojen automaation kehitys on osa älyliikennettä. Tieliikenteen automaatio etenee kohti täysin autonomisia robottiautoja ja automaatiota kehitetään vähitellen lisäämällä kuljettajaa tukevia järjestelmiä. Yleisesti ajoneuvojen automaatiotasoa havainnolliste- taan asteikolla 0-5. Taso 0 tarkoittaa, että ihminen kuljettajana vastaa täysin ajoneuvon kuljettamisesta ja ympäristön havainnoinnista. Tason 5 täysin autonomiset robottiautot, joissa kuljettajaa ei edes tarvita, saattavat olla vielä vuosikymmenien päässä. Alla oleva kuva 1 havainnollistaa ajoneuvojen eri automaatiotasoja. Automaation kehityksessä 5G on oleellisessa osassa sen mahdollistaman pienen tiedonsiirron viiveen ja suuremman kapasiteetin ansiosta, kun halutaan käsitellä ajoneuvojen lähettämää dataa. (Väylävi- rasto 2020)

Kuva 1: Ajoneuvojen automaatiotaso SAE:n (Society of Automotive Engineers) J3016 - määritelmän mukaisesti. (Serban et al. 2020)

Luonnollisesti liikenteen vaaratilanteissa reagointiaika on tärkeä tekijä. Elorannan (2020) mukaan täysin autonominen ajoneuvo, joka kykenee itsenäisesti ohjaamaan itseään ja tekemään vaadittavia ratkaisuja, pärjää myös 4G:n avulla. Täysin autonomisen ajoneu- von toiminnot eivät välttämättä siis edellytä huippunopeaa tiedonsiirtoa ja reaaliaikai- suutta. Eloranta (2020) kuitenkin painottaa 5G:n merkitystä ajoneuvojen etävalvonta- ja etäohjaustapauksissa, jolloin reaaliaikaisuusvaatimukset kasvavat huomattavasti.

2.2 5G:n ominaisuudet ja taajuusalueet

Uuden sukupolven mobiiliteknologia 5G muuttaa langattoman teknologian merkityksen yhteiskunnassa mahdollistamalla nykyistä nopeammat langattomat yhteydet, pienem- män tiedonsiirron viiveen, paremman turvallisuuden ja energiatehokkuuden sekä tuotta- malla lisää uusia palveluita ja yritysten liiketoimintamahdollisuuksia myös liikenteen sa- ralla. Liikennesektori on yksi suurimmista hyötyjistä 5G-aikakaudella. (Liikenne- ja vies- tintäministeriö 2018) Traficom (2020c) listaa 5G:n suuriksi hyödyiksi muun muassa lan- gattoman laajakaistan nopeuden kymmenkertaistumisen, mahdollisuuden kytkeä verk- koon suuren määrän IoT-laitteita (engl. Internet of Things, esineiden liittäminen interne- tiin) ja mahdollisuuden räätälöidä verkkopalveluita eri käyttötarpeiden, kuten luotettavuu- den mukaan. 5G-verkkoon on mahdollista kytkeä neliökilometrin alueella jopa miljoona eri laitetta (Viestintävirasto 2015). Viestintävirasto (2016) on koonnut numeerisesti alla olevaan kuvaan 2 Suomessa 5G:lle asetettuja keskeisiä tavoitteita. Oleellisimpana voi- daan huomata viiveen lyheneminen ja siirtonopeuksien kehitys sekä lisääntyvä verkon päätelaitekapasiteetti.

Kuva 2: 5G-verkolle asetettuja tavoiteominaisuuksia. (Viestintävirasto 2016)

Huomioitavaa on, että 5G:tä jatkuvasti kehitettäessä myös 4G-teknologiaa kehitetään edelleen kohti 5G-palveluita tukevia toimintoja. Nykylaajakaistaverkkojen taajuuksia on mahdollista nykyään käyttää palveluihin, jotka käyttävät kapeampaa taajuuskaistaa, ku- ten esimerkiksi esineiden internetiin (IoT). Vuonna 2017 Suomessa otettiin ensimmäi- senä maana EU:ssa valtakunnalliseen käyttöön 700 MHz:n taajuusalue laajentamaan

nykyistä 4G-verkkoa. Vaikka kyseessä ei ole 5G-kaista, on se tunnistettu kansainväli- sesti laajan peiton 5G-palveluiden käytön mahdollistajaksi. Euroopassa on yleisesti tun- nistettu matalia 3,4-3,8 GHz:n taajuusalueita 5G-pioneeritaajuuskaistoiksi. (Liikenne- ja viestintäministeriö 2018) Suuri osa Euroopassa tapahtuvasta 5G-testauksesta tapahtuu- kin näillä taajuusalueilla (European 5G Observatory 2020). Vuonna 2019 Suomessa al- koi toimia uusia 5G-tukiasemia 3,5 GHz:n taajuudella. 3,5 GHz:n taajuuden oletetaan muodostavan aluksi Euroopan perusverkkokerroksen. (Telia 2019) Korkeampaa testat- tavaa taajuusaluetta edustavat yleisesti 26-28 GHz:n millimetriaallot. Näitä aletaan laa- jemmin hyödyntää todennäköisesti vasta muutamien vuosien päästä ja ne vaativat huo- mattavia investointeja tarvittavan peiton saavuttamiseksi eli verkon tiheyttämiseksi. (Lii- kenne- ja viestintäministeriö 2018)

Tulevaisuudessa 5G:tä tullaan hyödyntämään sekä matalilla että korkeilla taajuusalu- eilla. Näiden taajuusalueiden käytettävyys eroaa erityisesti alueellisen kattavuuden ja kapasiteetin kannalta. Matalampia taajuusalueita hyödyntäen voidaan verkkoja rakentaa kustannustehokkaammin ja samalla saavuttaa maantieteellisesti laajempia peittoja.

Tästä johtuen ensimmäisiä havaittavia 5G-sovelluksia tarjotaan Euroopassa lähtökoh- taisesti matalammilla 3,4-3,8 GHz:n taajuusalueilla. (Liikenne- ja viestintäministeriö 2018)

3. 5G:N SOVELTAMINEN ÄLYLIIKENTEESSÄ

3.1 5G:n hyödyntäminen ajoneuvojen tiedonsiirtoteknologi- assa

Tulevaisuudessa ajoneuvot ovat vuorovaikutuksessa ympäristönsä ja toistensa kanssa.

Keskeinen kehitysteema tieliikenteen tulevaisuudessa on tiedonvälityksen ja kommuni- kaation lisääntyminen. Tämän myötä tarpeet tiedonsiirrolle ja tiedonsiirtoyhteyksien luo- tettavuudelle kasvavat. Tapa, jolla liikennejärjestelmää ohjataan, tulee muuttumaan eri- tyisesti tehokkuuden näkökulmasta. Jatkossa ajoneuvot vastaanottavat tietoa ympäris- töstään ja välittävät keräämäänsä tietoa muiden ajoneuvojen ja palveluiden hyödynnet- täväksi. Ajoneuvojen välillä liikkuva tieto monipuolistuu ja tarve suurta kapasiteettia vaa- tivalle tiedonsiirrolle kasvaa molempiin suuntiin. Tulevaisuudessa tieliikenteen kommu- nikaatio tulee pohjautumaan todennäköisesti sekä lyhyen kantaman että pitkän kanta- man tiedonvaihtoon, joista erityisesti jälkimmäisessä tukeudutaan yleisesti mobiiliverk- koon, eli myös 5G:hen. Tätä kutsutaan hybridiratkaisuksi. (Väylävirasto 2019)

Ajoneuvojen automatisaatiossa ja liikenneturvallisuuden kehityksessä ajoneuvon kom- munikointi muun ympäristön kanssa on tärkeää. Nykyajan lähes autonomiset ajoneuvot käyttävät ympäristön havainnointiin pääosin kameroita, kaikuluotaimia ja tutkia, kuten esimerkiksi LiDAR-järjestelmää (Light Detection and Ranging) (Automotive World 2020).

Cao et al. (2016) toteavat, että näköyhteyden puuttuessa, esimerkiksi huonoissa sääolo- suhteissa tai jyrkissä mutkissa, nämä havainnointilaitteet ovat virhealttiita, eivätkä kovin hyödyllisiä. Yhdistettyjen ajoneuvojen välinen V2X-kommunikointi toisi tähän uuden vaihtoehdon. V2X on lyhenne sanoista Vehicle-to-Everything, tällöin ajoneuvo kykenee kommunikoimaan langattomasti ympäristönsä ja toisten ajoneuvojen kanssa (Everything RF 2019). V2X jakaa ajoneuvon dataa, kuten nopeutta tai sijaintia, ympäristölleen yleensä joko 5G:tä tai WiFiä hyödyntäen, pyrkien välttämään vaaratilanteita ja onnetto- muuksia (Everything RF 2019).

Pitkään vain Wi-Fiä hyödyntävä DSRC (Dedicated Short Range Communication), tun- nettu myös nimellä ITS-G5, oli ainoa saatavilla oleva V2X-palvelu, mutta 2020-lukua lä- hestyttäessä kehitteille saatiin myös matkapuhelinverkkoa hyödyntävä C-V2X (Cellular vehicle-to-everything) (Autotalks 2020). Euroopan komissio on antanut asetuksen DSRC:stä ainoana kommunikointitapana, mutta Euroopan neuvosto äänesti vuonna 2019 tätä vastaan huomioiden myös C-V2X:n mahdollisena kommunikointitapana DSRC:n rinnalla. 5G:n tulevaisuuden roolissa tämä vastakkainasettelu on suuri tekijä C-

V2X:n hyödyntäessä pidemmän kantaman kommunikoinnissa matkapuhelinverkkoa, siis myös 5G:tä, kun taas DSRC tukeutuu vain langattomaan lähiverkkoon. Virallista jatko- tietoa Euroopan suuntauksesta ei vielä ole saatu. (Väylävirasto 2019) DSRC:n etuina ovat lyhyen kantaman viestinnässä toimivuus myös mobiiliverkon katvealueilla, mobiili- verkkoa lyhyen kantaman viestintään hyödynnettäessä verkko saattaisi myös kuormittua liikaa (Väylävirasto 2019). Alla oleva kuva 3 havainnollistaa yksinkertaisesti ajoneuvon kommunikointia V2X:n avulla.

Kuva 3: V2X, ajoneuvon kommunikointi ympäristönsä, eli infrastruktuurin, palveluiden, jalankulkijoiden, muiden ajoneuvojen ja esimerkiksi älykkään kodin kanssa. (Everything RF 2019)

V2X voi operoida lyhyellä kantamalla DSRC:n kautta 5,7-5,9 GHz:n taajuudella hyödyn- täen tienvarsilaitteita Wi-Fi-standardiin, eli IEEE:n standardiin 802.11p langattomille WLAN-lähiverkoille, perustuen. Lähiverkon kantama on suurimmillaan noin kilometrin verran. Palvelu on kehitetty erityisesti nopeasti liikkuville objekteille, jotka voisivat liiken- nöidä esimerkiksi huonon näkyvyyden olosuhteissa tai vilkkaissa taajamissa. (Everyt- hing RF 2019) Jokainen ajoneuvo lähettää tietoa itsestään noin 10 kertaa sekunnissa ympäristölleen ja ympärillä olevat ajoneuvot vastaanottavat tietoa reagoiden siihen tar- peen tullen. Tätä teknologiaa on alettu jo hyödyntämään Euroopassa ja Japanissa, myös USA:ssa, jossa kuitenkin vuonna 2020 päätettiin alkaa hyödyntämään C-V2X-teknolo- giaa (Autotalks 2020).

C-V2X eli Cellular Vehicle to Everything eroaa edellisestä lähtökohtaisesti jopa kaksin- kertaisen kantamansa ansiosta ja käyttämällä matkapuhelinverkkoa, toimien myös 5.9 GHz:n taajuudella. Päämäärät liikenneturvallisuuden parantamisessa ovat kuitenkin mo- lemmilla palveluilla samat. Palvelun on tarkoitus toimia pitkällä kantamalla 4G- ja 5G-

verkoissa, kuitenkin ollen hyödynnettävissä parhaiten 5G-verkossa viiveen ollessa pie- nin mahdollinen. (Qualcomm 2017) Kiinassa käynnistettiin jo vuonna 2020 ensimmäinen C-V2X-massatuotanto-ohjelma, jonka odotettiin tuottavan vuoden 2020 aikana lähes 630 000 C-V2X-tuettua henkilöautoa (Autotalks 2020). Eloranta (2020) kertoo, että C- V2X kykenisi tarjoamaan 5G:n ansiosta lyhyen kantaman viestintämahdollisuuden, kun tarvitaan nopeaa, lyhytlatenssista viestintää. Se toimisi siis sekä lyhyen, että pitkän kan- taman viestinnässä. Alla oleva kuva 4 havainnollistaa C-V2X:n etua liikenteen vaarati- lanteissa DSRC:hen nähden. Pidemmän kantaman ansiosta C-V2X-tuettu ajoneuvo ky- kenee saamaan varoituksen esimerkiksi mutkan takana olevasta onnettomuustilan- teesta aiemmin kuin DSRC-tuettu ajoneuvo. Tällöin reagointiaika on pidempi ja vaadit- tava pysähtymismatka pitenisi. Kuvasta 4 huomataan, että sekä normaaliolosuhteissa että tienpinnan ollessa jäinen voi C-V2X-tuettu ajoneuvo ajaa varoituksen saantihetkellä huomattavasti nopeammin, jotta kykenee edelleen pysähtymään ennen onnettomuus- kohtaa. Kuvan tapauksissa C-V2X-tuetun ajoneuvon nopeus voi olla noin 61-101 km/h olosuhteista riippuen. DSRC:n vastaavat tilannenopeudet olisivat noin 45-74 km/h. Huo- mioitavaa on, että kuvassa 4 nopeudet ovat maileina per tunti.

Kuva 4: V2X-käyttötapaus lähestyvän ajoneuvon varoittamisesta edessä olevan mutkan takaisesta onnettomuustilanteesta, kuva havainnollistaa C-V2X:n ja DSRC:n eroja sekä jäisellä että kuivalla tienpinnalla. (Qualcomm 2019)

Viime vuosina on käyty voimakasta keskustelua Euroopan parlamentin ehdotuksesta suosia Wi-Fin (DSRC), toisin sanoen lyhyen kantaman viestinnän käyttöä 5G:tä hyödyn- tävän C-V2X -teknologian sijasta ajoneuvoteollisuudessa ja liikenteessä. Autonvalmista- jien ja teleoperaattorien keskuudessa tämä aiheutti vastakkainasetteluja. Muun muassa Qualcomm, Ford ja Samsung perustelivat 5G:n hyötyjä C-V2X:n laajemmilla käyttömah- dollisuuksilla ja tulevaisuudennäkymillä. Ehdotus asettaisi Euroopan ja samalla Suomen aseman ristiriitaan Yhdysvaltojen ja Kiinan strategioiden kanssa, jotka ovat halukkaita

tukeutumaan juuri C-V2X:ää hyödyntävään 5G-teknologiaan. (Osto & logistiikka 2018) Eloranta (2020) näkee C-V2X:n lisäävän liikenneturvallisuuden ja autonomisen ajamisen kehitystä ja toteaa, että Yhdysvaltojen päätös marraskuussa 2020 asettaa C-V2X ensi- sijaiseksi optioksi voisi vaikuttaa myös Euroopan kantaan.

3.2 Esimerkkejä 5G:n soveltamisesta kansainvälisesti

Kiina on yksi suuri 5G.n testausalusta ja edelläkävijämaa. Siellä verkkoa lanseerataan useissa suurissa kaupungeissa ja uskotaankin, että Kiina ottaisi käyttöön omat alueelli- set standardinsa autojen ja muiden yksiköiden välillä toimiville V2X-teknologioille. (Volvo Finland 2020) Esimerkkinä toimii vuoden 2020 loppuun mennessä valmistuva yli 100 kilometrin mittainen 5G-pohjainen automaattisen ajamisen testitieverkosto Wuhanissa.

Testausalueella verkon viiveeksi ilmoitetaan viisi millisekuntia ja paikannuksen tarkkuu- deksi vain joitakin senttimetrejä. Testialueella on tarkoitus testata myös esimerkiksi au- tomatisoitua bussilinjaa, automatisoitua taksipalvelua ja älykästä pysäköintiä. (cnTech- Post 2020)

Vuonna 2019 Etelä-Korean Soulissa teleoperaattori LG Uplus:n ja Hanyangin yliopiston yhteistyökokeilussa testattiin 5G-verkkoon tukeutuvaa autonomista ajoneuvoa kaupun- kiliikenteessä. Ajoneuvo liikennöi autonomisesti ruuhkaisessa kaupunkiympäristössä noin kahdeksan kilometrin matkan 25 minuutin aikana. Ajoneuvo vaihtoi kaistoja ja rea- goi muihin, esimerkiksi kaistaa vaihtaviin ajoneuvoihin onnistuneesti sekä noudatti no- peusrajoituksia. Hankkeen yhteydessä LG Uplus painotti 5G:n lyhyen viiveen merkitystä autonomisten ajoneuvojen turvallisuudessa. Ajoneuvo oli varustettu valontunnistimilla, LiDAR-sensorilla ja tutkasensoreilla. Yliopiston edustajat kertoivat ajoneuvon toimineen liikenteessä jo lähellä SAE:n (Society of Automotive Engineers) luokituksen mukaista automaatiotasoa 4 (ks. kuva 1 luvussa 2.1), jolla ajoneuvon automaattiajojärjestelmä suoriutuu siis ajosta ilman kuljettajaa ohjaten itsensä tarvittaessa tiensivuun. (ZDnet 2019)

Alla olevissa kuvissa havainnollistetaan eri Euroopan maiden 5G-kokeiluiden määrää, sekä maiden rajat ylittäviä yhteistyöhankkeita. Huomioitavaa on, että kaikki kuvissa nä- kyvät kokeilut eivät liity tieliikenteeseen.

Kuva 5: Euroopan unionin jäsenmaiden ja Yhdistyneen kuningaskunnan 5G-kokeilujen määrä jäsenvaltioittain, tilanne syyskuussa 2020. (European 5G Observatory 2020) Kuvaa 5 tulkitsemalla huomataan, että Suomen lisäksi useita kokeiluja ja testialustoja on käynnistetty ainakin Iso-Britanniassa, Espanjassa, Saksassa, Ranskassa ja Romani- assa. Väkilukuun suhteutettuna Suomi erottuu kuitenkin aktiivisuudellaan hankkeiden määrässä. Syyskuuhun 2020 mennessä EU:n alueella on käynnistetty 199 5G:n toimin- taa testaavaa hanketta ja kartoitettu 282 kaupunkia, joilla on tarkoitus tai valmius tarjota kattava 5G-verkko käyttöön lähitulevaisuudessa. Koko Euroopan alueella on tähän men- nessä listattu 245 kokeilua, joista logistiikan (33 kokeilua) ja henkilöautoilun (23 kokeilua) alojen hankemäärät ovat suurimmat heti media- ja viihdealan (39 kokeilua) jälkeen. Ko- keiluiden käytetyimmät taajuusalueet ovat olleet 3,4-3,8 GHz (noin 70% kokeiluista), myös korkeamman taajuuden 28 GHz:n ja 26 GHz:n taajuusalueita on käytetty (ks. luku 2.2). (European 5G Observatory 2020)

Euroopan komission (2020) artikkelissa kerrotaan, että vain paneurooppalaisella ajatte- lulla ja yhteistyöllä voidaan luoda kansalaisille turvallinen ympäristö nauttia verkottuneen ja automatisoidun liikenteen (CAM - Connected and Automated Mobility) hyödyistä. Alla oleva kuva 6 havainnollistaa eri Euroopan maiden välisiä kaavailtuja tai käynnissä olevia 5G-yhteistyökäytäviä, eli pääosin valta- ja moottoritieosuuksia, joilla on tarkoitus testata verkottunutta ja automatisoitua liikennöintiä 5G:tä hyödyntäen. Mukaan hankkeisiin on

ilmoittautunut 29 maata. (Euroopan komissio 2020) Tarkoituksena on luoda ajoneuvoille näiden käytävien varrelle kokonainen ekosysteemi erilaisten liikenneturvallisuuspalvelui- den avulla Euroopan C-ITS-suunnitelman mukaisesti (European 5G Observatory 2020).

C-ITS (Cooperative Intelligent Transport Systems and Services) tarkoittaa yhteistoimin- nallisia älykkään liikenteen palveluita, jotka mahdollistavat ajoneuvojen, infrastruktuurin ja tiellä liikkujien välisen sähköisen kommunikoinnin. C-ITS-palveluiden odotetaan mah- dollistavan jopa 10%:n onnettomuusvähenemän. (Helsingin kaupunki 2019)

Kuva 6: Euroopassa toimivat valtioiden väliset 5G-yhteistyökokeilut verkottuneelle ja au- tomatisoidulle tieliikenteelle. (Euroopan komissio 2020)

Kuvassa 6 sinisellä merkityt osuudet ovat jo käynnistyneitä hankkeita, joita syyskuussa 2020 oli 12 kappaletta (European 5G Observatory 2020). Suomen osalta kokeiluissa mukana on Oulu-Tromssa-välinen E8-tie, sekä Helsingistä Turun kautta Tukholmaan ja Osloon E18-tie (NordicWay). Kuvasta huomataan myös esimerkiksi Via Baltica, joka kul- kee Baltian maiden läpi Tallinnasta Puolan rajalle saakka.

3.3 5G:n soveltaminen Suomen tieliikenteessä

Suomessa ja maailmalla on käynnissä lukuisia projekteja, jotka testaavat ja hyödyntävät 5G:n kapasiteettia ja mahdollisuuksia. Esimerkkinä kotimaassa toimii hanke 5G Momen- tum, joka on vuonna 2018 perustettu ekosysteemi. Sen tavoitteena on tehdä Suomesta 5G-teknologian kärkimaa, minkä kautta halutaan luoda uusi yhteistyöverkosto Suomen 5G-kokeiluihin. Kokeiluilla pyritään edistämään 5G:hen pohjautuvia uusia palveluita. Ta- voitteena on myös tunnistaa toimintaympäristöön liittyviä erilaisia haasteita ja tuoda nä- kyville kotimaista osaamista. Hankkeessa mukana ovat koordinoija Traficom sekä Ilma- tieteen laitos ja Väylävirasto. Edellä mainittujen lisäksi hankkeessa toimii lukuisia jäse- niä, esimerkiksi oppilaitoksia sekä yksityisen ja julkisen sektorin toimijoita. (Traficom 2020a)

Eloranta (2020) näkee Suomen asemalle älyliikenteen ja 5G:n edistämisessä ainakin kaksi pääasiallista syytä. Suomen asema 2000-luvun matkapuhelinteollisuudessa on ke- hittänyt meille paljon alan osaamista Nokian ansiosta. Myöhemmin matkaviestinverkko- jen ja viestinnän osaajia on Nokialta ja Microsoftilta vapautunut esimerkiksi älyliikenteen palvelujen kehittämiseen. Toisena syynä hän nostaa esiin matkapuhelinten aikaisen lä- pilyönnin Suomessa. Tämän johdosta suomalaiset ovat ennakkoluulottomasti omaksu- neet ja alkaneet käyttää alan palveluita. Kokeilunhalu ja valmius kehittää uusia hankkeita ovat täten korkealla. Lisäksi Eloranta mainitsee vielä Suomen otolliset, vaihtelevat testi- olosuhteet.

Suomen liikenteessä ei vielä vakituisesti toimi 5G:tä hyödyntäviä tieosuuksia, mutta ko- keiluvaihe on käynnissä. Route 51 -älytiehankkeen tavoitteena on VTT:n mukaan luoda ekosysteemi, jonka kautta kehittää kantatiestä 51 maailman älykkäin tieosuus. Mukana valmistelutöissä on ollut useita toimijoita. Hankkeen tarkoituksena oli aluksi vain liiken- neturvallisuuden parantaminen valaistuksen avulla, mutta myöhemmin hankkeeseen on liitetty tutkimusta tulevaisuuden liikenneratkaisuista. Hanketta halutaan myös käyttää pohjana sensori- ja tutkatekniikan, älyvalaistuksen ja autonomisen ajamisen testaami- seen. Hanke on myös 5G Momentumin edistämä. (Karjaan puhelin 2020)

Yksi maailman suurista kansainvälisistä hankkeista on NordicWay, jonka yhteistyökump- paneina toimivat Suomi, Norja, Ruotsi ja Tanska. NordicWay-hankkeita on tähän men- nessä käynnistetty kolme. Hankkeiden päätavoitteena on kehittää liikenneturvallisuutta häiriö- ja olosuhdeviestinnällä matkaviestiverkossa maiden rajojen yli. Tätä viestintää ky- kenisivät tulevaisuudessa hyödyntämään muun muassa automaattiset ajoneuvot. En- simmäisessä NordicWay-hankkeessa kuljettajat ja ajoneuvot jakoivat ja vastaanottivat

matkaviestiverkossa liikenteen olosuhde- ja häiriötietoa liikennekeskusten ja ajoneuvo- jen välillä. Suomen kokeilussa käytössä oli HERE:n älypuhelinsovellus, jonka kautta kul- jettaja kykeni itse jakamaan tietoa esimerkiksi onnettomuuspaikasta. Suomessa mukana oli yli 1300 kuljettajaa. NordicWay2 jatkoi tutkien tieliikenteen turvallisuuden edistämistä matkapuhelinverkon kautta välitettävillä lyhytviiveisillä tieliikenteen olosuhde- ja häiriö- viestipalveluilla (Väylävirasto 2017a). Myös vuonna 2019 käynnistyneen NordicWay3:n tavoitteena on jatkaa edeltävien hankkeiden C-ITS- ja automaatiokehitystyötä. Suomen tavoitteiksi listataan myös kehittää letka-ajoratkaisuja ja kaupunkiympäristöön soveltuvia C-ITS-ratkaisuja sekä edistää tieliikenteen automaation kehitystä pohjoisissa olosuh- teissa ja ottaa käyttöön uusia liikenteenhallinnan menetelmiä. (Schirokoff 2020)

Suomen tieliikenteessä on tällä hetkellä havaittavissa lähtökohtaisesti kuljettajaa tukevia palveluita, kuten esimerkiksi huomautus liukkaasta tienpinnasta (Traficom 2020b). Tra- ficomin (2020b) 5G muuttaa tieliikennettä -podcastissa Traficomin johtava asiantuntija Heidi Himmanen mainitsee, että ensimmäisiä havaittavia 5G:n tarjoamia sovelluksia oli- sivatkin esimerkiksi kuljettajan varoittaminen lähestyvästä onnettomuuspaikasta tai äkil- lisestä sääolosuhteen muutoksesta. Eloranta (2020) näkee, että ensimmäisiä arkipäivän liikenteessä havaittavia 5G:tä hyödyntäviä sovelluksia olisi nähtävissä turvallisuuskriitti- sissä ratkaisuissa, kuten letka-ajossa (engl. platooning), jossa johtoautosta letkan muihin ajoneuvoihin lähetettävä hyvin reaaliaikainen videokuva hyödyntäisi 5G:n nopeutta.

Letka-ajolla tarkoitetaan jonomaista ajamista, jossa muita letkan ajoneuvoja ohjataan ensimmäisen ajoneuvon välittämän tiedon mukaisesti ja tätä kautta esimerkiksi rea- gointi- ja jarrutusmatkat saadaan minimoitua. Tätä testataan ja käytetään enimmäkseen rekkaletkojen kanssa. Toinen esimerkki olisi rekan perään kiinnitettyyn suureen näyttöön välitettävä reaaliaikainen see through -videokuva rekan etuosasta. Vaihtoehtoisesti tätä videokuvaa voitaisiin näyttää rekan perässä ajavissa ajoneuvoissa.

3.4 Soveltaminen kelitiedossa ja arktisilla alueilla

Nykyajan uusista autoista löytyy laitteistoa, joilla kerätä tietoa vallitsevista keliolosuh- teista, kuten rankkasateesta tai tien liukkaudesta. Tiedonsiirtokapasiteetti on kuitenkin vaikeuttanut autojen tiedon keräämistä tai palveluiden jakamista. 5G:n odotetaan täten auttavan myös kelitiedon kehittämisessä. (Ilmatieteen laitos 2020a) Tässä luvussa käsi- tellään Suomessa toteutettuja tai käynnissä olevia 5G:tä eri sääolosuhteissa hyödyntä- viä hankkeita.

Sodankylän lentoasemalle rakennettiin Ilmatieteen laitoksen koordinoimana hankkeena vuosina 2016-2019 5G-verkon testiympäristö, SOD5G. Kyseessä on ajoneuvojen talvi- testausrata sekä Ilmatieteen laitoksen 5G-verkon ja tiesääpalvelujen kehitys- ja pilotoin- tiympäristö. 5G-verkon lisäksi alueelle rakennettiin C-ITS-kommunikaatioverkko. Yhtenä päätavoitteena hankkeessa oli vertailla 5G-verkon ja C-ITS-verkon (lyhyt kantama) toi- minnallisuutta muun muassa ajoneuvojen välisessä kommunikoinnissa. (Liikenne- ja viestintäministeriö 2018) Lyhyen kantaman verkon tarjoavat Vaisala Oyj:n kaksi interak- tiivista RWS200-tienvarsiasemaa. Nämä asemat tuottavat ajoneuvoissa suoritettavien mobiilisäämittausten kanssa tarkan tiesääinformaation testialueelle reaaliajassa.

(Transdigi 2019) Ilmatieteen laitoksen tiedotteessa (2018) projektipäällikkö Timo Suku- vaara havainnollistaa hankkeen ensimmäistä vaihetta kertoen, että testiradalla on mah- dollista kehittää hyvin tarkkoja tiesääpalveluita, jolloin kuljettaja voi saada tiedon esimer- kiksi kahden kilometrin päässä olevasta hyvin liukkaasta tieosuudesta, hälytyksen lähis- töllä juuri tapahtuneesta liikenneonnettomuudesta tai voimakkaasta raekuurosta, joka lähestyy.

Liikenneviraston koordinoiman Aurora-hankkeen osahanke Arctic Challenge keskittyi vuosina 2017-2019 testaamaan Tunturi-Lapin alueella nopeaa verkkoa ja tutkimaan äly- kästä infrastruktuuria ja tieliikenteen automatisaatiota arktisissa olosuhteissa (Liikenne- ja viestintäministeriö 2018). Osahanke tutki ajoneuvojen paikannusta kartta- ja satelliitti- tiedon lisäksi reunapaalujen ja aurauskeppien avulla. Trafin johtava asiantuntija Anna Schirokoff painottikin ajoneuvon sijainnin tarkempaa paikannusta ja karttoja tien pinnan ollessa jäinen ja luminen. Osahankkeen toinen painopiste keskittyi tutkimaan ajoneuvo- jen etäohjausta vaikeissa olosuhteissa ja ajoneuvoihin viestimistä häiriö- ja olosuhde- tiedoista. Schirokoffin mukaan esimerkiksi logistiikkayritykset pystyisivät tulevaisuu- dessa hyötymään ajoneuvojensa etävalvonnassa etäohjauksesta. (Väylävirasto 2017b) VTT koordinoi vuosina 2017-2018 5G-Safe-hanketta, joka toteutettiin yhteistyössä muun muassa Ilmatieteen laitoksen, Destian, Sitowisen ja Unikien kanssa. Hankkeessa tar- kasteltiin mahdollisuuksia tieturvallisuuden parantamiseen 5G-mobiiliverkon kautta ja siinä kehitettyjä palveluita pilotoitiin esimerkiksi Sodankylän testiradalla. 5G mahdollistaa hankkeen toteuttamisen jo tiedonkeruukapasiteettinsakin ansiosta, sillä ajoneuvot lähet- tävät suuren määrän dataa sensoreidensa, paikannuksen ja reaaliaikaisen videokuvan kautta. Yhtenä tavoitteena VTT:n erikoistutkija Tiia Ojanperä mainitsee tietojen auto- maattisen keräämisen, joka ei vaatisi ajoneuvon käyttäjiltä toimenpiteitä. Lähtökohdat tälle asettaisivat ajoneuvovalmistajat ajoneuvojen teknisillä ominaisuuksilla. Ojanperä kertoo vielä, että datan jatkokäsittely ja muiden tiellä liikkujien varoittaminen olisi auto- maattista. Hankkeessa on muun muassa pilotoitu see through -sovellus, joka välittäisi

rekan taakse sijoitetun suuren näytön kautta takana tulevalle autojonolle näkymää rekan etupuolelta. Varsinkin pöllyävän lumen olosuhteissa liikenneturvallisuutta saataisiin tällä keinolla nostettua. Reaaliaikainen ja automaattinen säätilainformaatio kyetään toteutta- maan osin myös 4G-verkolla, mutta kehitettäessä informointia reaaliaikaiseen videoku- vaan tai 3D-näkymään ajoneuvojen välillä, nousevat verkon kapasiteettivaatimukset ja 5G:tä tarvitaan. 5G-Safe tähtäsi turvallisuuden parantamiseen myös tieverkoston kun- nossapidon kautta. Lähtökohtana oli siirtää tieverkon kunnon tarkastelu kunnossapito- henkilöstöltä kaikille tienkäyttäjille. Tämä tehostaisi tieverkon ylläpitoa ja sen vaikutuksia, sekä sitä kautta liikenne- ja ajoturvallisuutta. (VTT 2018)

5G-Safe -hankkeessa pohdittiin myös robottiautojen (automatisoitu ajoneuvo) tulevai- suutta. Yleisesti niitä on testattu helpoissa sääolosuhteissa, mutta Suomen olosuhteissa tiesäästä on saatava lähes viiveetöntä tietoa, jotta robottiauto olisi hallittavissa. Uusi tek- nologia, joka mahdollistaa havaintojen etäisyyden kasvattamisen pidemmälle kuin auton omien anturien kantama, on tulevaisuuden automaattiautoille hyvin tärkeä. (VTT 2018) 5G-Safe -hankkeelle jatkoa käynnistettiin kesällä 2020 5G-Safe-Plus -nimisellä hank- keella. Lähtökohtana on, että jokainen liikennekuolema on liikaa. Hanke on herättänyt suurta kansainvälistä kiinnostusta ja Suomen lisäksi testiympäristönä toimii ainakin Ka- nada. Kanada tutkii hanketta myös kyberturvallisuuden näkökulmasta. Mukana hank- keessa ovat rahoituksen puitteissa myös ainakin Ruotsi ja Romania. (Eloranta 2020) Haastattelussa Eloranta (2020) kertoi hankkeen jatkavan tutkimusta tien kunnossapidon tehostamisen osalta, ajoneuvoista lähetettävä reaaliaikainen videokuva kyettäisiin välit- tämään tienpitäjälle myös 4G:tä hyödyntäen. Hankkeen ensimmäisiä testituloksia odo- tetaan vuonna 2021. Kuvassa 7 havainnollistetaan 5G Safe- ja 5G Safe Plus -hankkei- den visiota ajoneuvojen, kuljettajien ja infrastruktuurin välisestä kommunikoinnista.

Kuva 7: 5G-Safe- ja 5G-Safe-Plus -projektien havainnekuva ajoneuvojen ja kuljettajien, infrastruktuurin ja tiesääasemien välisestä kommunikoinnista tulevaisuuden tieliiken- teessä. (Ilmatieteen laitos 2020b)

Kuvassa 7 näkyvät solutukiasemat (makrosolut, myös mikrosolut) pyrkivät vastaamaan suuren käyttäjämäärän aiheuttamiin ongelmiin. Bhushan et al. (2014) kertovat, että ver- kon kapasiteettia voidaan kasvattaa verkon tiheyttämisellä, eli tukiasemien lisäämisellä ja kaistanleveyden kasvattamisella. Kaupungeissa tukiasemat pyritään sijoittamaan en- sisijaisesti talojen katolle keskimääräisen rakennuskorkeuden yläpuolelle, kun taas har- vemmin asutuilla seuduilla suositaan tukiasemamastoja (STUK 2019). Tiedonsiirron op- timoimiseksi ja käyttökokemuksen parantamiseksi voidaan hyödyntää esimerkiksi ku- vassa 7 näkyviä pieniä liityntäsoluja, eli solutukiasemien sijoittamista muun muassa va- lopylväisiin. Nämä pienemmät solutukiasemat siirtävät yhteyttä päätukiasemalle. (Bhus- han et al. 2014)

3.5 Suomen strategia 5G-verkon hyödyntämiseen liikenteessä

Johtuen Euroopassa vielä epäselvästä tilanteesta liittyen DSRC- ja C-V2X-kommunikaa- tioverkkoihin, ei Suomessakaan tulevaisuus vielä ole täysin selvä. Suomessa on kuiten- kin Traficomin toimesta valmisteltu Euroopan komissiolle kannanotto asiaan liittyen vuonna 2019. Kannanotossa mainitaan, että vaikka Suomi tukee komission näkökantoja liikenteen turvallisuuden parantamiseksi, ei pitkän kantaman matkapuhelinverkon kautta tapahtuvaa ja 5G:tä hyödyntävää viestintämahdollisuutta C-V2X:ää tulisi poissulkea.

Kannanotossa Suomi ilmoittaa huolensa teknologisen neutraaliuden puutteesta. (Kotilai- nen 2019)

Liikenne- ja viestintäministeriön (2018) Digitaalisen infrastruktuurin strategian 2025 mu- kaan Suomen tavoitteena on digitaalisen infrastruktuurin kehittäminen Euroopan unionin laajakaistatavoitteiden mukaisesti. Euroopan komission tavoitteiden perusteella vuonna 2020 jokaisesta jäsenmaasta tulisi löytyä yksi iso kaupunki, jossa 5G:n käyttöönotto olisi mahdollista ja jokaisessa jäsenvaltiossa suuret kaupungit ja niiden keskeisimmät liiken- neväylät tulisi kattaa 5G-verkoilla vuoden 2025 loppuun mennessä. Digitaalisen infra- struktuurin strategiassa määritellään Suomelle teknologianeutraalit laajakaistatavoitteet vuodeksi 2025 sekä keinot näiden saavuttamiseksi. Strategia sisältää toimenpiteitä sekä 5G:n käyttöönoton edistämiseksi että valokuiturakentamisen tukemiseksi. Väyliä koske- vat toimenpiteet liittyvät erityisesti verkkojen kustannustehokkaan ja nopean rakentami- sen edistämiseen sekä älyliikenteen ja liikenteen automaation kehittymisen tukemiseen verkkopolitiikalla. (Väylävirasto 2019) Suomen suuremmissa kaupungeissa nykyistä tu- kiasemaverkkoa pidetään pääosin riittävänä matala- ja keskitaajuuksiin perustuvan 5G- verkon toteuttamiselle. Haasteena eivät ole niinkään tukiasemasolujen muodostamat katvealueet, vaan itse soluihin kohdistuvat kapasiteettihaasteet. (Väylävirasto 2019) Suomessa ei tällä hetkellä pyritä alueellisiin matkapuhelinverkon huippunopeuksiin, vaan verkon kattavuus on prioriteettina. Tällä hetkellä pyritään arvioimaan älyliikenteen tulevaisuuden tarpeita matkaviestinverkoille. 4G-teknologiaa kehitetään edelleen ja sen on arvioitu pysyvän 5G:n rinnalla aina 2030-luvulle saakka. Suomen digitaalisen infra- struktuurin strategiassa kerrotaankin, että ennen 5G:n laajaa käyttöönottoa pyritään ke- hittyvän älyliikenteen kapasiteettitarpeisiin vastaamaan nykyään tarjolla olevilla 4G/LTE- verkoilla. Lähtökohtaisesti suuren kapasiteetin 5G-verkot tulevat Suomessa rakentu- maan markkinaehtoisesti liikenteen solmukohtiin ja kaupunkeihin. Koko tieverkoston ja tieliikenneväylien kattaminen suuren kapasiteetin 5G-taajuuksilla vaatisi huomattavia in- vestointeja. Tämän takia älyliikenteen kriittisiin toimintoihin liittyvää viestintää ei tulisi pe- rustaa oletukseen, että matkapuhelinverkkoyhteys olisi jatkuva ja saatavilla kaikkialla.

Alempia taajuusalueita voidaan hyödyntää kustannustehokkaammin laajemman peiton saavuttamiseen. Mitä alempi verkon taajuus on, sitä suurempi kantama ja päinvastoin.

(Liikenne- ja viestintäministeriö 2018)

Liikenne- ja viestintäministeriö (2017) ilmoittaa Suomen tavoitteeksi erinomaisen auto- maattiliikenteen edellyttämän infrastruktuurin ja erinomaisen perustan automaattisen lii- kenteen kokeiluille ja palveluille. Yhtenä yleisenä toimenpiteenä ilmoitetaan, että ”vaiku- tetaan sekä EU että kansainvälisellä tasolla, että 5G-teknologialle tullaan osoittamaan tarvittava määrä tarkoituksenmukaisia taajuuksia”. (Liikenne- ja viestintäministeriö 2017)

Maantielain uudistuksen yhteydessä liikenne- ja viestintäministeriö on tilannut selvityk- sen, jonka tavoitteena on saada arvio 5G-verkon muodostamiseen vaadittavien raken- nelmien ja johtojen sijoittamisesta maantie- ja rautatiealueille ja niiden vierialueille. Sel- vityksellä pyritään ottamaan huomioon eri osapuolten toiveet ja vaatimukset, esimerkiksi liikenneturvallisuus, tienpidon haitat ja asiakkaan oikeusturva. (Liikenne- ja viestintämi- nisteriö 2018)

3.6 Kuinka soveltamista kehitetään?

Euroopan unionin visio tähtää lähelle nollatasoa liikennekuolemissa vuoteen 2050 men- nessä, mutta tavoite on haastava ja avainasemassa on teknologian kehitys. Lähitulevai- suudessa 5G voi tarjota ratkaisuja parantaen nopeaa tiedonkulkua esimerkiksi olosuh- demuutoksista ja häiriötilanteista. (Sitowise 2020) Jatkossa 5G:n rinnalle asettuvat ja myöhemmin korvaavat kokonaan seuraavien sukupolvien teknologiat, aluksi ainakin 6G.

Tähän mennessä uusi mobiiliverkkosukupolvi on ilmestynyt suurin piirtein 10 vuoden vä- lein, joten tulevaisuuden kehityskaarta voisi verrata siihen. 5G:n mullistaessa mobiili- verkkoteknologian alan, voivat tulevien sukupolvien teknologiat jatkaa 5G:n mahdollista- mien tieliikenteen turvallisuuskriittisten ratkaisujen ja palveluiden kehittämistä. 5G-tek- nologiaankin pohjautuvien tieliikenteen palveluiden kehitys on kuitenkin vielä alussa (Si- towise 2020). 5G:n edistäminen onkin yksi liikenne- ja viestintäministeriön digitaalisen infrastruktuurin strategian päätavoitteista 2020-luvulla. (Liikenne- ja viestintäministeriö 2018) Väyläviraston (2019) mukaan tulevaisuuden käyttötapauksissa ajoneuvojen kom- munikaatio kohdistuisi ensisijaisesti viivekriittiseen kommunikointiin, toissijaisesti mobii- liverkon kautta tapahtuvaan vähemmän viivekriittiseen kommunikointiin. Tästä poikkeuk- sena olisi kuitenkin ajoneuvojen etäohjaus, jossa vaatimuksena ovat verkon luotettavuus ja nopeus.

5G tulee kiihdyttämään tieliikenteen palveluja ja 2030-luvulle tultaessa digitaaliset pal- velut tulevat kattamaan lähes kaiken reitin suunnittelusta itse matkantekoon. 5G:n tuo- mat mahdollisuudet pakottavat organisoimaan tulevaisuuden liikennejärjestelmää uudel- leen. CGI:n (2020) artikkelissa Volkswagenin Volker Römmelerin mukaan liikenteen haasteisiin tulisi tulevaisuudessa suhtautua holistisesti, huomiota tulee keskittää myös datan liikkumiseen. Römmeler painottaa kaupunkien ja suurempien alueiden suhdetta ihmisten ja tavaroiden sujuvan liikkuvuuden edistämiseen. Tällä hetkellä käynnissä on lukuisia eri Smart City -projekteja (älykkäät kaupungit), jotka innovatiivisesti tähtäävät liikenteen organisointiin digitaalisten palveluiden ja ratkaisujen kautta. Tällä hetkellä tie- liikenteen sujuvuutta ja turvallisuutta tarkastellaan yleisesti lähinnä rajoitusten ja kieltojen kautta. (CGI 2020) 5G:tä tullaan siis soveltamaan tulevaisuudessa myös kaupunkien

suhteessa liikkuvuuden edistämiseen ja sitä kautta liikenteen sujuvuuden ja turvallisuu- den edistämiseen.

5G:n hyödyntämistä tieliikenteessä ja sen turvallisuuden edistämisessä tulisi kehittää erityisesti ihmiskeskeisesti ja luotettavuuden näkökulmasta. Traficomin (2020b) podcas- tissa 5G muuttaa liikennettä liikenne- ja viestintäministeriön tietoliiketoimintayksikön joh- taja Maria Rautavirta kertookin, että viranomaisten velvoite kehityksessä on pitää kehi- tystä oikeansuuntaisena, eikä päästää sitä kehittymään ikään kuin kaupallinen näkö- kulma edellä vaan nimenomaan käyttäjän edun mukaisesti. Huomioitavaa hänen mu- kaansa on myös tulevaisuudessa varmistaa, että 5G:n tarjoamia palveluita käytetään riittävän kattavasti ja että mahdollisimman monella olisi mahdollisuus käyttää palveluita, jotta ongelmatilanteilta vältyttäisiin. Rautavirta jatkaa vielä, että tulevaisuudessa on läh- tökohtaisesti ajoneuvovalmistajan vastuulla huolehtia lähtökohdista ajoneuvon turvalli- seen ajoon ja tarkkailla kuljettajan ajokuntoa. Kuljettajan ollessa ajokyvytön osaisi ajo- neuvo itse ohjata itsensä turvallisesti esimerkiksi tiensivuun.

3.7 Ajoneuvovalmistajat mukana teknologian kehityksessä

Ajoneuvojen valmistajista ainakin Volvo on osoittanut halukkuutensa 5G-teknologian hyödyntämiseen ajoneuvojensa turvallisuudessa ja automatisaatiossa (Eugensson 2018). Myös Ford sekä Daimler, jonka konserniin muun muassa Mercedes kuuluu, ovat jo investoineet 5G-teknologiaan, kun taas ainakin Volkswagen ja Renault ovat investoi- neet DSRC-teknologiaan (Osto & logistiikka 2018). 5G:n soveltamisen ajoneuvojen au- tomatisoinnissa voi olettaa olevan tulevina vuosina hyvin nopeaa johtuen eri valmistajien välisestä jatkuvasta ja kovasta kilpailusta ja yleisesti 5G:n kehityksestä. Vuonna 2019 Volkswagen julkaisi uuden Golf-mallin, tehden siitä ensimmäisen julkaistun massatuo- tantoauton, joka hyödyntää DSRC V2X-teknologiaa. Kehityksen aikajanaan vaikuttavat kuitenkin myös eriävät näkemykset valmistajien keskuudessa DSRC-pohjaisen V2X:n ja 5G:tä hyödyntävän C-V2X:n välillä. Ajoneuvojen automatisaatio on kuitenkin kehittynyt ennustettua nopeammin viime vuosina. (Autotalks 2020)

Kesäkuussa vuonna 2018 järjestetyssä 5G Momentum -seminaarissa Volvon edustaja Anders Eugensson kertoi 5G-verkon olevan heille olennainen osa automaattiajamisen konseptia tulevaisuudessa. Hän kertoi Volvon hyödyntävän 5G-verkkoa yhteydessä oh- jauskeskukseen, kartta-aineiston lataamisessa ja liikennevalotietojen vastaanotossa.

Volvo nosti esiin myös 5G:n tarjoamat mahdollisuudet sekä ajoneuvojen välisissä että ajoneuvon ja infran välisessä kommunikoinnissa. (Viestintävirasto 2018) Talvella 2020 Volvo Cars ja kiinalainen palveluntarjoaja China Unicom aloittivat yhteistyön Kiinassa

5G-verkon käytön kehittämiseksi. Tavoitteena on löytää parannusta muun muassa tur- vallisuuteen ja autonomiseen ajamiseen. Esimerkkinä Volvo käyttää auton tietoisuutta tulevista liikenneongelmista ja häiriötilanteista. Tarkoitus on, että auto ryhtyy ennakoiviin toimenpiteisiin itsenäisesti, kuten ehdottaa vaihtoehtoista reittiä tai hidastaa vauhtia.

(Volvo Finland 2020)

Eloranta (2020) kertoi autovalmistajien yleisesti keskittyvän juuri autonomisten ja itse- näisten ajoneuvojen kehittämiseen, sillä jos vaadittava yhteys menetetään, ei automaat- tinen ajoneuvo välttämättä ole kykeneväinen vaadittaviin toimintoihin. Autonominen ajo- neuvo kykenee suoriutumaan ajotoiminnoista ilman kuljettajaa tai yhteyttä infrastruktuu- riin sekä muihin ajoneuvoihin. Tällöin ajoneuvo ei olisi riippuvainen jatkuvasta 5G-yhtey- destä. Kyseessä olisi siis AV, eli autonominen ajoneuvo (Autonomous Vehicle). (Elo- ranta 2020) Autonominen ajoneuvo käyttää itseohjautuvuuden mahdollistamiseksi ym- päristöä havainnoivia sensoreita, kuten etäisyystutkia, kameroita ja laserkeilaimia. Vain sensoreita hyödyntävä autonominen ajoneuvo on kuitenkin altis häiriöille esimerkiksi huonoissa sääolosuhteissa. Telian (2018) artikkelissa Sensible 4 -yhtiön osakas Jussi Suomela kertoo, että sensorien keräämä tieto yhdistyy autonomisen ajoneuvon tietoko- neessa, jonka jälkeen järjestelmä tekee johtopäätökset ja antaa ajoneuvolle ohjausko- mentoja. Artikkelissa Telian 5G-ohjelman vetäjä Janne Koistinen jatkaa, että 5G on tar- peellinen, kun ajoneuvon tietoa halutaan lähettää eteenpäin, eikä käyttää vain yksittäi- sen ajoneuvon ohjaamiseen. Hänen mukaansa 5G on välttämätön ajoneuvojen reaaliai- kaisen seurannan mahdollistamiseksi, sillä ajoneuvon keräämän datan määrä on hyvin suuri. 5G:tä tarvitaan siis, kun halutaan hallita useampaa autonomista ajoneuvoa sa- maan aikaan. (Telia 2018) Tällöin kyseessä on CAV, eli Connected Autonomous Vehi- cles, jolloin autonomiset ajoneuvot lähettävät keräämäänsä tietoa liikenneoperaattorille ja ajoneuvoja voidaan valvoa etänä.

4. 5G-VERKON TOTEUTTAMISEN JA HYÖDYNTÄMI- SEN HAASTEET SUOMEN TIELIIKENTEESSÄ

Tieliikenteen automaattiliikenteen ja turvallisuuden kehityksessä avainasemassa ovat 5G -mobiiliteknologian ja paikannuksen tarkkuuden kehitys. Tämä kehitys edellyttää va- lokuituyhteyksien riittävää saatavuutta, sillä käytännössä kaikki uudet 5G-tukiasemat tar- vitsevat valokaapeliyhteyden. (Liikenne- ja viestintäministeriö 2017) V2X-standardin käyttö edellyttää myös tarkkoja tiedonsiirtovaatimuksia. Jotta kyetään käsittelemään ver- kon valtava laitteiden määrä, edellytetään kehittynyttä tukiasemaverkostoa eli verkon ti- heyttämistä. Ongelmana on, että kaupunkien ulkopuolelle pelkästään liikenteen tarpei- siin tarkoitettujen tukiasemien toteutuksen haasteeksi saattavat muodostua heikot liike- toiminnalliset edellytykset. Yhtenä ratkaisuna tulevaisuudessa tähän voisi olla tietoliiken- neyhteyksien yleistyminen ajoneuvoissa. Tämä muodostaisi teleoperaattoreille myös ta- loudellisia intressejä toteuttaa kattavia yhteyksiä. (Väylävirasto 2019)

Selvityksen 5G Väyläviraston toiminnassa (Väylävirasto 2019) mukaan korkeisiin taa- juuksiin perustuvan 5G-verkon laajempi toteutus päätieväylillä vuoteen 2025 mennessä (Liikenne- ja viestintäministeriön digitaalisen infrastruktuurin strategia) vaikuttaa epäto- dennäköiseltä. Katsottaessa liikenteen lähitulevaisuuteen käyttötapauksista ei saatu ha- vaittua erityisiä palveluita ja sovelluksia, jotka edellyttäisivät korkeataajuuksisen 5G-ver- kon toteuttamista. Myös pidemmällä ajanjaksolla laajamittaisen korkeataajuuksisen 5G- verkon toteutus pääväylien varressa vaikuttaisi melko epätodennäköiseltä. Koska liiken- teen tiedonsiirtotarpeet kasvavat jatkuvasti, on silti hyvin mahdollista toteuttaa pää- väylille yksittäisiä korkeataajuuksisia tukiasemia. Tämä tarkoittaisi esimerkiksi piste- mäistä toteutusta liikenteen vilkkaasti liikennöidyissä erityis- ja solmukohdissa, sillä niissä tiedonsiirtokapasiteetin tai tiedonsiirtonopeuden tarve on suurempi kuin muualla ympäristössä. Esimerkkinä Väylävirasto käyttää moottoriteiden liittymäkohtia. Maantei- den pääväylien tukiasemaverkoston toteutuksen haasteena ovat pitkät etäisyydet ja pie- net käyttäjämäärät. Harvaan asutuilla seuduilla tieliikenteen määrän on oltava riittävän suuri, jotta tukiasemien rakentaminen olisi kustannustehokasta, sillä ne palvelisivat läh- tökohtaisesti vain tieliikennettä. Tietoliikenneyhteydet toteutetaan lähtökohtaisesti mark- kinaehtoisesti teleoperaattoreiden toimesta. Operaattorit tarvitsevat lisää käyttötapauk- sia ja palveluita tukevia liikenteen ansaintamalleja investointien kattamiseksi. Operaat- toreiden haasteena on nyt tieliikenteen erillisen ansaintalogiikan puuttuminen. Väylävi-

raston yksi oleellinen rooli on seurata käyttötapauksien kehitystä. Väyläkohtaista tarkas- telua hyödynnetään jatkossa esimerkiksi kaupunkien kanssa toteutettavassa yhteis- työssä. (Väylävirasto 2019)

Eloranta (2020) kuitenkin pitää realistisena, että varsinkin Suomessa, jossa 5G:n kehitys on jo pitkällä, Euroopan komission asettamat tavoitteet vuodelle 2025 olisivat saavutet- tavissa. Hän vertaa kehityksen aikajanalla vuosivälejä 2015-2020 ja 2020-2025. Kun tar- kastellaan, miten paljon viiden menneen vuoden aikana kehitys on edennyt, voidaan tätä verrata myös seuraavan viiden vuoden kehitykseen. Eloranta ei välttämättä myöskään usko koko Suomen kattavaan 5G-verkkoon vuoteen 2025 mennessä, mutta hän painot- taa jo nyt käytössä olevia, suurten kaupunkitaajamien ulkopuolisia yksittäisiä hotspotteja eli alueita, joissa 5G on käytettävissä. Kuitenkin hänen mukaansa tavoitteisiin pääsy on kiinni myös siitä, kenen toimesta tukiasemaverkosto toteutetaan, kuinka paljon teleope- raattorit kykenevät lähitulevaisuudessa rakentamaan. Tukiasemia tullaan sijoittamaan myös väyläalueiden ulkopuolelle, jolloin vastuu on juuri operaattoreilla, eikä esimerkiksi Väylävirastolla ole tähän suoraa vaikutusvaltaa (Väylävirasto 2019). Väylävirasto (2019) korostaa yhteis- ja ennakkorakentamisen merkitystä. Jos tietoliikenneinfra asennetaan muun rakentamisen yhteydessä, tukiasemaverkoston rakentuminen helpottuisi ja nopeu- tuisi. Muun rakentamisen yhteydessä tulisi varautua tulevaisuuden tietoliikennetarpei- siin, mikä helpottaisi ja nopeuttaisi esimerkiksi kaapeleiden jälkiasennuksia. Myös yh- teistyö operaattoreiden kanssa passiivisen infran ennakkorakentamisessa parantaisi kustannustehokkuutta. (Väylävirasto 2019)

Suomen vanhasta ajoneuvokannasta on käyty keskustelua jo pidemmän aikaa ja use- ammissa asiayhteyksissä. Esimerkiksi vuonna 2019 Suomen ajoneuvokannan rekiste- röityjen ajoneuvojen keski-ikä oli jopa 15,2 vuotta, joista tieliikennekäytössä olevien 12,2 vuotta (Tilastokeskus 2020). Tämä on korkeampi kuin EU:n keskiarvo (Autoalan tiedo- tuskeskus). Tilastokeskuksen moottoriajoneuvokannan raporttia tutkiessa huomataan, että alueellinen vaihtelu on suurta: Kainuussa keski-ikä oli 17,6 vuotta, kun taas Uudel- lamaalla 12,6 vuotta. Usein tulevaisuuden ajoneuvon tekniset valmiudet 5G-palveluiden käyttämiseksi asennetaan jo autotehtaalla. Pohdittaessa tieliikenteen automaation no- peutta Suomessa, vanhalla ajoneuvokannalla tämä on selvästi hidasta, ajoneuvokan- nasta ei tule vielä löytymään tarpeeksi kattavasti 5G-palveluja tukevaa teknologiaa lähi- tulevaisuutta ajatellen. Myös Eloranta (2020) nosti tämän esille.

5. PÄÄTELMÄT

Tieliikenne ja mobiiliteknologia ovat murroksessa, älyliikenne ja mobiiliteknologia ovat kehittyneet jopa odotettua nopeammin viime vuosina. 5G on uuden sukupolven mobiili- teknologia, joka mahdollistaa nykyistä nopeammat langattomat yhteydet, pienemmän tiedonsiirron viiveen, paremman turvallisuuden ja energiatehokkuuden. Se tarjoaa edis- tysaskeleen turvallisuuskriittisissä tieliikenteen ratkaisuissa mahdollistaen muun muassa lyhyemmän tiedonsiirron viiveen ja suuremman tiedonkäsittelyn kapasiteetin ajoneuvo- jen välittämän tiedon ja kommunikoinnin määrän kasvaessa. Sitä voidaan hyödyntää esimerkiksi C-V2X-standardissa. Tätä kautta 5G vaikuttaisi ajoneuvojen väliseen sekä ajoneuvojen ja ympäristön väliseen kommunikointiin ja edesauttaisi tulevaisuudessa myös ajoneuvojen etäseurantaa ja etäohjausta kulkuneuvojen automatisaation ede- tessä. V2X-teknologioiden valinta alueittain ja ajoneuvovalmistajien välillä (DSRC vs. C- V2X) kuitenkin vaikuttaa siihen, kuinka paljon 5G:tä ja mobiiliverkkoa tullaan tulevaisuu- dessa globaalisti hyödyntämään ajoneuvojen kommunikoinnissa ja tieliikenteen viestin- nässä. 5G:n reaaliaikaisuus tarjoaa kuljettajalle tukea ennakoinnissa esimerkiksi varoi- tusten kautta, jolloin liikenneonnettomuuksia voidaan vähentää. Myös kelitiedossa 5G tarjoaa uusia ratkaisuja. Tiedonsiirtokapasiteetti mahdollistaa autojen tiedon keräämistä ja palveluiden jakamista uudella tavalla. 5G:tä pidetään ratkaisuna myös viivekriittisissä äkillisesti vaihtuvissa keliolosuhteissa, jolloin kuljettajaa voidaan varoittaa lähes vii- veettä. Alla olevaan taulukkoon 1 on koottu työssäkin ilmenneitä tärkeitä 5G:n tarjoamia hyötyjä ja hyödyntämiskohteita tieliikenteelle.

Taulukko 1: 5G:n hyötyjä ja hyödyntämiskohteita tieliikenteelle.

Hyödyt Hyödyntämiskohteet

• Edistää tieliikenteen automaatiota mah- dollistamalla ajoneuvojen etäseurannan ja -ohjauksen pienen tiedonsiirron viiveen ja suuren tiedonkäsittelyn kapasiteetin ansiosta

• Tieliikenteen automaatio

Esimerkiksi C-V2X-viestintämenetelmä, letka-ajo, etäohjaus

• Mahdollistaa liikenteen ohjauksesta enemmän ajantasaista ja ennakoivaa

• Liikenteenohjauksen ja ajoneuvojen taustajärjestelmät

Esimerkiksi yhteydet ajoneuvovalmista- jien ohjauskeskukseen ja liikenteenoh- jauksen järjestelmiin, karttojen lataus, lii- kennevalotietojen vastaanotto, videokuva

• Turvallisuuskriittisissä ratkaisuissa eri- tyisesti pieni viive ja suuri tiedonkäsittelyn kapasiteetti

• Häiriötiedotus ja varoitukset

Esimerkiksi keli/olosuhdetiedot ja onnet- tomuudet

• Luo uusia palveluita ja liiketoimintamah- dollisuuksia myös liikennealalle

• Myös joukkoliikenne ja logistiikan ala Esimerkiksi robottibussit, älykäs rekkalii- kenne

Toimiva 5G-verkko tieliikenteen hyödyntämiseen vaatii mittavia investointeja ja infra- struktuuria. Aluksi uusi verkko toteutetaan Suomessa todennäköisesti pistemäisesti esi- merkiksi liikenteen solmukohtiin, prioriteettina on verkon kattavuus, ei niinkään alueelli- nen huippunopeus. Toimiva matkapuhelinverkkoa hyödyntävä V2X-teknologia vaatii myös verkon tiheyttämistä, jotta tiedonsiirto- ja käsittelyvaatimuksiin kyetään vastaa- maan. Myös se, halutaanko tukeutua WiFi- vai mobiiliverkkoon V2X-teknologian hyödyn- tämisessä, jakaa näkemyksiä kansainvälisellä tasolla. Myös Suomen vanha ajoneuvo- kanta asettaa ongelmia ajoneuvoissa vaadittavan teknologian kannalta. Työn perus- teella alla olevaan taulukkoon 2 on koottu keskeisiä haasteita ja niiden edellyttämiä toi- menpiteitä tieliikenteen 5G-verkolle.

Taulukko 2: Keskeisiä haasteita 5G-verkon toteutukselle ja hyödyntämiselle Suomen tieliikenteessä.

Haaste Toimenpiteet / edellytykset

Työssä saatiin tunnistettua 5G:n mahdollistamat oleelliset tieliikenteen edistysaskeleet sekä keskeisiä 5G:n hyödyntämiskohteita tieliikenteelle. Työssä tunnistettiin myös 5G- verkon toteuttamisen ja hyödyntämisen keskeiset haasteet Suomen tieliikenteelle. 5G yhdessä vanhempien teknologioiden (LTE/4G) kanssa tulee luomaan uuden pohjan tie- liikenteen turvallisuutta kehittäville ratkaisuille ja sovelluksille, joita tulevien sukupolvien mobiiliteknologiat tulevat edelleen kehittämään kohti Euroopan unionin visiota vuoden 2050 nollaa liikennekuolemaa kohti. Avainasemassa on myös ajoneuvojen automaation kehitys.

• Verkon toteuttamisen vaatimat suuret in- vestoinnit

• Rahoitus, yhteis- ja ennakkorakentami- sen merkitys, olemassa olevan tukiase- mainfran hyödyntäminen

• Tukiasemien toteuttamisen kustannus- tehokkuus harvaan asutuilla alueilla

• Vaaditaan lisää käyttötapauksia ja pal- veluita tukevia tieliikenteen ansaintamal- leja

• Liikenteen lähitulevaisuudesta ei havait- tuna erityisiä palveluita tai sovelluksia, jotka edellyttävät korkeataajuuksisen 5G- verkon toteutusta

• Vaaditaan kaupallisesti potentiaalisia käyttötapauksia ja palveluita, joita on vai- kea havaita ilman ajoneuvokannan 5G-tu- ettua teknologiaa, aluksi toteutetaan yk- sittäisiä korkean taajuuden peittoja liiken- teen solmukohtiin

• Suomen vanha ajoneuvokanta, ajoneu- voista on löydyttävä 5G-tuettua teknolo- giaa, jolloin voidaan luoda myös uusia an- saintalogiikoita

• Ajoneuvokannan uudistaminen eri kei- noin, kuten verotuksen kautta, myös tek- nologian jälkiasennettavuus ajoneuvoihin

• Tieliikenteen 5G-palveluiden riittävän kattava ja laaja käyttö

• Varmistetaan, että 5G:n tarjoamia palve- luita käytetään riittävän kattavasti ja että mahdollisimman monella olisi mahdolli- suus käyttää palveluita

Tutkimus onnistui pääosin melko hyvin, mutta ongelmana ehkä ilmeni työn edetessä va- litun aiheen laajuus tai vaikeus pysyä vain kyseisen aihepiirin alueella. Tämä taas vai- keutti johdonmukaisen ja yhtenäisen rakenteen muodostamista, sekä ylimääräisten kä- siteltävien asioiden karsimista. Jatkossa tältä voitaisiin välttyä yhä paremmalla työn ja tiedonhaun suunnittelulla. Mielestäni työ kuitenkin onnistui vastaamaan tavoitteisiinsa ainakin kohtalaisesti. Käytetyt tiedonhaun menetelmät sopivat työlle. Aiheen ollessa laaja, löytyi aineistoa internetistä riittävästi. Epäselviin näkemyksiini sain vastauksia haastattelun kautta. Myös käytetyn aineiston osalta tutkimuskysymyksiin vastaaminen onnistui mielestäni kohtalaisesti. Jatkossa aineistossa voisi kuitenkin käyttää enemmän myös tieteellisiä artikkeleita etenkin Suomen ulkopuolelta.

Mahdollisiksi jatkotutkimustarpeiksi työlle tunnistettiin ainakin toimenpiteet Suomen ajo- neuvokannan asettamille ongelmille 5G-teknologian hyödyntämiseksi tieliikenteessä.

Ajoneuvojen hyödyntäessä 5G-palveluita kyetään myös tunnistamaan tieliikenteestä an- saintamalleja, joiden avulla taas voidaan kattaa laajemman 5G-verkon toteuttamisen kustannuksia myös liikenteen solmukohtien ja kaupunkiympäristöjen ulkopuolelle. An- saintamallit voisivat kattaa myös kustannuksia korkeataajuuksisten 5G-verkkojen toteu- tukselle. Tällä hetkellä nämä ansaintamallit puuttuvat ja kattavamman 5G-verkon toteu- tus esimerkiksi maanteiden varrelle ei ole kustannustehokasta.

LÄHTEET

Automotive World (2020). LiDARs for self-driving vehicles: a technological arms race.

Viitattu 4.1.2021. Saatavilla: https://www.automotiveworld.com/articles/lidars-for-self-dri- ving-vehicles-a-technological-arms-race/

Autotalks (2020). DSRC vs. C-V2X for Safety Applications. Viitattu 28.11.2020. Saata- villa: https://www.auto-talks.com/technology/dsrc-vs-c-v2x-2/

Bhushan, N., Li, J., Malladi, D., Gilmore, R., Brenner, D., Damnjanovic, A., Sukhavasi, R.T., Patel, C. & Geirhofer, S. (2014). Network Densification: The Dominant Theme for Wireless Evolution into 5G. IEEE Communications Magazine. Volume: 52, Issue: 2, February 2014. Viitattu 29.12.2020. Saatavilla: https://ieeexplore.ieee.org/docu- ment/6736747

Cao, H., Gangakhedkar, S., Ali, A.R., Gharba, M. & Eichinger, J. (2016). A 5G V2X test- bed for cooperative automated driving. 2016 IEEE Vehicular Networking Conference (VNC). Viitattu 30.12.2020. Saatavilla: https://ieeexplore.ieee.org/document/7835939 CGI (2020). 5G kiihdyttää liikennepalveluja. Viitattu 3.1.2021. Saatavilla:

https://www.cgi.com/fi/fi/ratkaisu-lehti/1-2020/5g-kiihdyttaa-liikennepalveluja

cnTechPost (2020). Wuhan to build China’s largest 5G autopilot demonstration zone.

Viitattu 8.1.2021. Saatavilla: https://cntechpost.com/2020/09/04/wuhan-to-build-chinas- largest-5g-autopilot-demonstration-zone/

Eloranta, P., johtava konsultti, Sitowise. Haastattelu 26.11.2020, Tampere.

Eugensson, A., Volvo (2018). Automated Driving Prefers 5G – Seminaariesitys. Viitattu 4.11.2020. Saatavilla: https://www.traficom.fi/sites/default/files/media/file/Anders_Eu- gensson_-_Finland_pres_180601_final.pdf

Euroopan komissio (2020). Cross-border corridors for Connected and Automated Mobi- lity (CAM). Viitattu 30.12.2020. Saatavilla: https://ec.europa.eu/digital-single-mar- ket/en/cross-border-corridors-connected-and-automated-mobility-cam

European 5G Observatory (2020). 5G Scoreboards. Viitattu 12.11.2020. Saatavilla:

https://5gobservatory.eu/observatory-overview/5g-scoreboards

Everything RF (2019). What is V2X? Viitattu 28.11.2020. Saatavilla: https://www.everyt- hingrf.com/community/what-is-v2x

Helsingin kaupunki (2019). Helsingin älyliikenteen kehittämisohjelma 2030. Kaupun- kiympäristön julkaisuja 2019:15. Viitattu 14.1.2021. Saatavilla: https://dev.hel.fi/paatok- set/media/att/6f/6fc1dd80054c8cdc56ae8e973858df19c6bc6383.pdf

Ilmatieteen laitos (2018). Sodankylän ajoneuvotestausalue ja 5G-testiverkko valmistu- nut. Viitattu 3.12.2020. Saatavilla: https://www.ilmatieteenlaitos.fi/tiedote/478206227 Ilmatieteen laitos (2020a). Liikenneturvallisuus lisääntyy, kun autot välittävät tietoa reaa- liajassa. Viitattu 1.11.2020. Saatavilla: https://www.ilmatieteenlaitos.fi/tie- dote/10YjJ8tRNMFBamzj7zszm0

Ilmatieteen laitos (2020b). The 5G-Safe Plus Project. Viitattu 1.11.2020. Saatavilla:

https://5gsafeplus.fmi.fi/

ITS Finland (2020). Liikennejärjestelmä 2.0. Viitattu 30.10.2020. Saatavilla: https://its- finland.fi/toimiala/

Karjaan Puhelin (2020). Infra ja innovaatio herättävät uutta kiinnostusta Route 51 -äly- tiehanketta kohtaan. Lehdistötiedote. Viitattu 16.10.2020. Saatavilla: https://www.karis- telefon.fi/fi/yksityisille/ajankohtaista/uutiset/1232-infra-ja-innovaatio-herattavat-uutta- kiinnostusta-route-51-alytiehanketta-kohtaan

Kotilainen, I. (2019). Feedback from: Finnish Transport and Communications Agency Traficom. Euroopan Komissio. Viitattu 28.11.2020. Saatavilla: https://ec.eu- ropa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/1381-Specifications-for-the- provision-of-cooperative-intelligent-transport-systems-C-ITS-/F25229?p_id=351850 Liikenne- ja viestintäministeriö (2009). Kansallinen älyliikenteen strategia. Ohjeita ja stra- tegioita 5/2009. Viitattu 3.11.2020. Saatavilla: https://julkaisut.valtioneu- vosto.fi/bitstream/handle/10024/78225/Ohjelmia_ja_strategioita_5-2009.pdf?se-

quence=1

Liikenne- ja viestintäministeriö (2017). Liikenteen automaation ja robotiikan kehittämis- toimenpiteiden tiekartta 2017-2019. Viitattu 31.10.2020. Saatavilla: https://julkaisut.val- tioneuvosto.fi/bitstream/handle/10024/79868/10-2017%20Liikenteen%20automaa- tion%20ja%20robotiikan%20kehittamistoimenpiteiden%20tiekartta%202017-2019.pdf Liikenne- ja viestintäministeriö (2018). Suomi tietoliikenneverkkojen kärkimaaksi – Digi- taalisen infrastruktuurin strategia 2025. Viitattu 22.12.2020. Saatavilla: https://julkai- sut.valtioneuvosto.fi/bitstream/handle/10024/161066/LVM_10_2018_Suomi_tietoliiken- neverkkojen_karkimaaksi_Digitaalisen_infrastruktuurin_strategia.pdf?se-

quence=1&isAllowed=y