TETRA-, WLAN- ja WIMAX-tekniikat ALVI-joukkojen käytössä

Tutkimuksen tarkoituksena oli kartoittaa ALVI-joukkojen kaluston käyttöperiaatteita ja tutkittavien tekniikoiden käyttömahdollisuuksia ALVI-ympäristössä. Aihetta tutkittiin, koska tekniikan kehitys johtamisjärjestelmien osalta on valtavaa ja vaatimukset järjestelmille ovat myös kasvussa. Päätutkimuskysymyksenä oli: Miten TETRA-, WLANja WiMAX-tekniikat soveltuvat käytettäväksi ALVI-ympäristössä? Tutkimus menetelminä käytettiin asiakirjatutkimusta ja sen perusteella tapahtuvaa loogista päättelyä. Lisäksi tutkimusmenetelmänä käytettiin simulaatiota. Tutkimuksessa havaittiin tekniikoiden osalta suuria eroja soveltuvuuden suhteen. TETRA-järjestelmää kannattanee päivittää, mutta se soveltunee jatkossakin vain mobiilipalveluiden tarjoamiseen. WLAN-tekniikan käyttömahdollisuudet ovat rajalliset, joka johtuu tekniikalla saavutettavasta lyhyestä kantamasta. WiMAX-tekniikka soveltunee useaan käyttötarkoitukseen. WiMAX-tekniikkaa voitanee käyttää linkkikalustona, mutta Mini-Link-kaluston korvaaminen lienee tarpeellista vain, jos WiMAX-tekniikalla saavutetaan selkeästi tarpeellista etua, kuten esimerkiksi pitempi kantama tai suurempi tiedonsiirtonopeus.

WLAN ja logistiikka-ala

Tästä insinöörityöstä pyrittiin luomaan käytännönläheinen opas logistiikka-alan yritysten WLAN-ratkaisujen suunnittelusta ja toteutuksesta. Insinöörityössä on tiivistetty käytännös-ä parhaiksi todetut metodit ja teoreettinen tieto langattomista verkoista. Työn tarkoituk-sena oli kehittää ja parantaa yrityksen langattomien lähiverkkojen yksikön toimintaa ja luoda kattava opas yksikköön saapuville työntekijöille. Logistiikka-alalla WLAN-tekniikka on mahdollistanut varastoissa langattoman työskentelyn, joka on näkynyt nopeudessa ja kustannustehokkuudessa. Logistiset varastot ovat haasteellinen ympäristö WLAN-verkoille, mutta koko ajan kehittyvän tekniikan ansiosta varastoihin on mahdollista luoda nopea ja luotettava langaton lähiverkko. Insinöörityön teoreettisessa osiossa käsitellään muun muassa WLAN-tekniikan historiaa, standardeja ja yleisesti WLAN-tekniikkaa. Työssä tutustutaan myös WLAN-antenneihin, laitteistoihin ja tietoturvallisuuteen. Käytännön tutkimustyö toteutettiin kahden vuoden aikana WLAN-verkkojen ylläpidon, suunnittelun ja toteutuksen muodossa. Näiden vuosien aikana onnistuttiin kehittämään käytettyjä menetelmiä ja luomaan uusia lähestymistapoja, sekä toteuttamaan useita on-nistuneita WLAN-verkkoja. Työssä esitellään teoreettisen suunnittelun lisäksi kaksi kappa-letta onnistuneesti toteutuneita WLAN-ratkaisuja.

Langattomat tietoliikenneratkaisut mCastingin tarpeisiin

Tämä insinöörityö tehtiin mCasting Oy:lle. Työn tavoitteena oli löytää mCastingin tarpeita parhaiten vastaava langaton tietoliikenneratkaisu kuluttajahintaisilta markkinoilta ja verrata sitä tällä hetkellä käytössä olevaan GPRS-tekniikkaan. Langattomalta tekniikalta vaaditaan erityisesti helppoa asennettavuutta sekä varmatoimisuutta pitkällä aikavälillä. Lisäarvoa tuovat hyvät tietoliikenteelliset ominaisuudet, kuten matalat vasteajat ja suuri läpäisykyky. Myös hinnalla on merkittävä osuus tutkimuksessa, sillä tarvittavien yhteyksien määrä tuotantoverkossa lasketaan lähitulevaisuudessa sadoissa kappaleissa. Tutkimukseen valittiin markkinoiden hinta-laatu-suhteeltaan parhaat langattomat tekniikat: @450, HSDPA (3G) ja WiMAX. Jokaista tekniikkaa edustamaan valittiin kuluttajahintainen päätelaite, jolle suoritettiin erilaisia testauksia. Testaukset jaoteltiin kolmeen eri ryhmään ja jokaiselle testille annettiin mCastingin tarpeen mukainen painokerroin. Tietoliikennetestaukset suoritettiin Noval Networksin NetEye-järjestelmällä, joka soveltuu erityisen hyvin verkon toiminnankartoitukseen ja palvelunlaadun mittaamiseen. Tietoliikenteeltä vaadittavat laatumääreet sovellettiin ITU-T:n standardeista ja Noval Networkin suositusarvoista mCastingin tarpeeseen. Asennettavuuden testaus suoritettiin viidessä eri maantieteellisessä sijainnissa eri puolella Suomea. Näitä sijainteja edustivat Vantaa, Helsinki, Turku, Joensuu ja Rautalampi. Testauksen perusteella arvioitiin asennettavuuden mahdolliset ongelmatilanteet ja niiden todennäköisyys. Tekniikan käytön hinta laskettiin testauksessa käytettävistä kokoonpanoista. Tämän perusteella jokainen tekniikka sai pisteensä suhteessa parhaaseeen. Suuria eroja ei tutkimuksen tekniikoilla ole tietoliikkenneominaisuuksissa. 3G:n ylivertaisuus toimivuudessa ratkaisi tutkimuksen lopputuloksen HSDPA:n eduksi. @450-laajakaistan ja WiMAX:n hinta on myös korkea suhteessa niiden saavuttamiin tuloksiin. WiMAX, joka osoittautui parhaaksi tietoliikenneominaisuuksiensa puolesta, oli kaikista vaikein asentaa, eikä se toiminut läheskään jokaisessa testiympäristössä.

Langattoman Internet-puhelupalvelun tarjoaminen

Langattomalla Internetpuhelupalvelulla tarkoitetaan Internet-puheluiden (Voice over Internet Protocol, VoIP) siirtoa langattoman tiedonsiirtoverkon ylitse. Tälläisia langattomia verkkoja voivat olla esimerkiksi langattomat lähiverkot, WiMAX-verkot tai 450 megahertsin (MHz) taajuusalueella toimivat tiedonsiirtoverkot. VoIP-yhteyden toiminta voidaan jakaa kolmeen eri toiminta-alueeseen: yhteydenmuodostusprotokollaan, äänen koodaukseen sekä siirtotiehen. Yhteydenmuodostusprotokollia ovat esimerkiksi SIP (Session Initiation Protocol) sekä H.323. Yhteydenmuodostusprotokollantehtävänä on muodostaa yhteys käyttäjien välille sekä sopia yhteydessäkäytettävistä ominaisuuksista. Äänen koodauksessa ääni pakataan paketteihin, joita lähetetään siirtotietä pitkin eri käyttäjien välillä. Normaalissa Internetpuheluyhteydessä siirtotienä käytetään langallisia siirtoteitä. Tässä työssä on keskitytty langattomiin siirtoteihin ja niidentuomiin haasteisiin, kuten yhteyden luotettavuuteen ja laatuun, yhteyskapasiteetin riittävyyteen sekä siirtymiseen saman verkon eri tukiasemien sekä eri verkkojen välillä. Työssä rakennettiin yksinkertainen, mutta toimiva langaton Internetpuhelujärjestelmä sekä verrattiin sen ominaisuuksia normaaliin Internetpuhelujärjestelmään. Järjestelmää koekäytettiin oikeassa toimintatilanteessa varsinaisen puhelinjärjestelmän rinnalla tavallisessa toimistoympäristössä. Testaustulosten ja käyttäjäkokemusten perusteella on periaatteessa mahdollista rakentaa yksinkertainen langaton Internetpuhelujärjestelmä ja käyttää sitä puhelupalveluiden tarjoamiseen. Palvelun tarjoaminen vaatii kuitenkin vielä tiettyjen viestintäviraston määräysten täyttämistä ennen tuotantokäyttöön ottamista.

Design of an Embedded Computer Board for Networking Applications

Tämä diplomityö tehtiin Convergens Oy:lle. Convergens on elektroniikan suunnittelutoimisto, joka on erikoistunut sulautettuihin järjestelmiin sekä tietoliikennetekniikkaan. Diplomityön tavoitteena oli suunnitella tietokonekortti tietoliikennesovelluksia varten asiakkaalle, jolta vaatimusmäärittelyt tulivat. Työ on rajattu koskemaan laitteen prototyypin suunnittelua. Työssä suunnitellaan pääasiassa WLAN-tukiaseman tietokone. Tukiasema onasennettavissa toimistoihin, varastoihin, kauppoihin sekä myös liikkuvaan ajoneuvoon. Suunnittelussa on otettu nämä asiat huomioon, ja laitteen akun pystyy lataamaan muun muassa auton akulla. Langattomat tekniikat ovat voimakkaasti yleistymässä, ja tämän työn tukiasema tarjoaakin varteenotettavan vaihtoehdon lukuisilla ominaisuuksillaan. Mukana on mm. GPS, Bluetooth sekä Ethernet-valmius. Langattomien tekniikoiden lisäksi myös sulautetut järjestelmät ovat voimakkaasti yleistymässä, ja nykyään mikroprosessoreita löytääkin lähesmistä vain. Tässä projektissa käytetty prosessori on nopeutensa puolesta kilpailukykyinen, ja siitä löytyy useita eri rajapintoja. Jatkossa tietokonekortille on myös tulossa WiMAX-tuki, joka lisää tukiaseman tulevaisuuden arvoa asiakkaalle. Projektiin valittu Freescalen MPC8321E-prosessori on PowerPC-arkkitehtuuriin perustuva ja juuri markkinoille ilmestynyt. Tämä toi mukanaan lisähaasteen, sillä kyseisestä prosessorista ei ollut vielä kaikkea tietoa saatavilla. Mekaniikka toi omat haasteensa mukanaan, sillä se rajoitti piirilevyn koonniin, että ylimääräistä piirilevytilaa ei juurikaan jäänyt. Tämän takia esimerkiksi DDR-muistit olivat haastavia reitittää, sillä muistivetojen on oltava melko samanpituisia keskenään. Käyttöjärjestelmänä projektissa käytetään Linuxia. Suunnittelu alkoi keväällä 2007 ja toimiva prototyyppi oli valmis alkusyksystä. Prototyypin testaus osoitti, että tietokonekortti kykenee täyttämään kaikki asiakkaan vaatimukset. Prototyypin testauksessa löytyneet viat ja optimoinnit on tarkoitus korjata tuotantomalliin, joten se antaa hyvän pohjan jatkosuunnittelua varten.

Laajakaistayhteyksien vertailua käyttäjän ja rakennuttajan näkökulmasta

Diplomityön tarkoituksena on selvittää eri laajakaistatekniikoiden ominaisuuksia, ja verrata niitä käyttäjien ja rakennuttajien näkökulmaan. Miten käyttäjätsuhtautuvat tekniikan kehittymiseen, ja mitä he ovat valmiita maksamaan siitä. Ovatko näkemykset rakentajien kanssa samansuuntaisia, vai onko tekniikka edellä käyttäjiä? Näihin kysymyksiin pyrittiin saamaan vastaus tässä diplomityössä haastattelemalla molempia osapuolia ja vertailemalla vastauksia. Laajakaistayhteydet ovat lähes kaikkien saatavilla nykypäivänä. Suurin osa yhteyksistä on toteutettu kuparitekniikoilla, joista ADSL on yleisin kaapeli-TV ratkaisun kanssa. Harvemmin asutuilla tai muuten hankalasti tavoitettavilla alueilla laajakaistayhteydet ovat toteutettu langattomin ratkaisuin WiMAX- tai @450-tekniikoilla. Laajakaistayhteyksien kriteerinä on ollut 256 kbit/s nopeus, mutta nykyään käyttäjien keskiarvo on noussut 2 Mbit/s nopeuteen. Nopeudet vaikuttavat sovelluksiin, mitä voidaan käyttää. Nykyään Internetin kautta on saatavilla monipuolisesti erilaisia sovelluksia ja viestintätapoja. Vaatimukset laajakaistayhteyksiltä ovat erilaisia; toiset vaativat reaaliaikaisuutta ja suurta nopeutta ja samalla toiset tyytyvät vähempään. Kaikille yhteyksille on kuitenkin yhteistä se, että niiden käyttövaatimukset ovat kasvaneet jatkuvasti. Tulevaisuutta onpyritty kartoittamaan tekniikoiden mahdollisesta kehitysnäkökulmasta, sekä sillä, miten muualla maailmassa edetään laajakaistatekniikoiden kanssa. Oman vivahteen kehitykseen tuovat kansalliset tarpeet ja resurssit.

Langattoman tietoliikenneverkon toteuttaminen satama-alueelle

Tässä työssä toteutetaan IEEE 802.16-2004 standardiin perustuva langaton WiMAX tietoliikenneverkko, sekä tutkitaan etenemismallien soveltuvuutta satama-alueelle. Myös muiden verkkoratkaisujen soveltuvuutta pohditaan. Lisäksi tutkitaan sääolosuhteiden sekä päätelaitteen liikkumisnopeuden vaikutuksia yhteyteen. Satama-alueella on teräksestä valmistettuja merikontteja pinottuina päällekkäin, ja ne vaikeuttavat langattomien signaalien etenemistä. Merikonttien pinot säilyttävät tietyn maksimikorkeuden johtuen työkoneiden rajallisesta kyvystä pinota niitä. Langattomien signaalien etenemiselle erilaisissa ympäristöissä on kehitetty etenemismalleja. Etenemisallien avulla voidaan pyrkiä ennustamaan signaalin vahvuutta eri etäisyyksillä tukiasemasta. Etenemismallit kuvaavat ympäristön aiheuttamaa signaalin vaimenemista erilaisten muuttujien avulla. Langattoman tietoliikenneverkon toteutus ongelmatilanteineen dokumentoitiin ja alueella tehtiin kuuluvuusmittauksia. Löydettiin etenemismalli ja muuttujat, joiden avulla lasketut tulokset vastasivat mitattuja tuloksia hyvin. Myös sääolosuhteiden sekä päätelaitteen liikkumisnopeuden vaikutusta signaalin vahvuuteen tutkittiin. Vesi- ja lumisateen sekä sumun vaikutuksen todettiin olevan merkityksetön verkon käyttämällä 3.5 GHz taajuusalueella. Myöskään päätelaitteen liikkumisnopeuden ei todettu vaikuttavan toiminnallisuuteen 20-30 kilometrin tuntinopeudella, jolla työkoneet alueella liikkuvat.

LTE tulevaisuuden mobiiliverkkoratkaisuna

Tässä kandidaatintyössä käytiin läpi kuinka LTE soveltuu tulevaisuuden mobiiliverkkoratkaisuksi. Ensiksi selvitettiin sen kehityshistoriaa ja vaatimuksia. Seuraavaksi käytiin läpi LTE:n teknistä puolta, kuten radiotekniikkaa, taajuusjakoa ja antenneja. Työssä tehtiin katsaus myös uuteen SAE verkkoarkkitehtuuriin. Teknillisen puolen jälkeen työssä käytiin läpi LTE:n kilpailijoita, sekä tutustuttiin tarkemmin sen pahimpaan haastajaan WiMAX:iin. Näiden kahden tekniikan välillä tehtiin myös vertailu. Lopuksi katsottiin tulevaisuuden trendejä ja mobiilin datasiirron kehittymistä sekä tutustuttiin LTE:n seuraavaan versioon LTE-Advanced:iin.

Communication Solutions for LVDC Island Networks

Production and generation of electrical power is evolving to more environmental friendly technologies and schemes. Pushed by the increasing cost of fossil fuels, the operational costs of producing electrical power with fossil fuels and the effect in the environment, like pollution and global warming, renewable energy sources gain con-stant impulse into the global energy economy. In consequence, the introduction of distributed energy sources has brought a new complexity to the electrical networks. In the new concept of smart grids and decen-tralized power generation; control, protection and measurement are also distributed and requiring, among other things, a new scheme of communication to operate with each other in balance and improve performance. In this research, an analysis of different communication technologies (power line communication, Ethernet over unshielded twisted pair (UTP), optic fiber, Wi-Fi, Wi-MAX, and Long Term Evolution) and their respective characteristics will be carried out. With the objective of pointing out strengths and weaknesses from different points of view (technical, economical, deployment, etc.) to establish a richer context on which a decision for communication approach can be done depending on the specific application scenario of a new smart grid deployment. As a result, a description of possible optimal deployment solutions for communication will be shown considering different options for technologies, and a mention of different important considerations to be taken into account will be made for some of the possible network implementation scenarios.