IoT-seadmetel on väike energiatarve ja nende kasutusvõimalused avarduvad pidevalt, üha madalamale tulev hind laiendab kättesaadavust veelgi. IoT-seadmete võtmeteguriteks nende disainimisel on ohutus ja turvalisus, mis on tõusnud suureks probleemiks paljude lahenduste puhul.

TTÜ on võtnud eesmärgiks luua ülikoolilinnakusse laialdased võimalused targa linna arenduseks. Digikampuses saame mängida läbi, milliseid kommunikatsioonilahendusi kasutada, kuidas seadmed omavahel suhtlema panna ja kuidas tagada andmete turvalisus.

Selleks kaasame mitmetest valdkondadest partnereid, kes toovad katsetustesse kas siis erinevaid kommunikatsiooniliideseid, platvorme, riistvara või hoopis probleemseid situatsioone. Selline keskkond on heaks pesaks kõiksugu koostööprojektidele, uurimisvaldkondadele ja -suundadele ning muidugi ka tudengite lõputööde teemadele. Praktiliste probleemide uurimine, mille tulemusi saab tööstuses kasutada, on ju huvitavam ja suurema lisandväärtusega kõigile osapooltele. Samuti annab taolistes projektides osalemine parema ettevalmistuse tudengile, kes on peale lõpetamist suundumas tööstusesse.

Koostöös Teliaga on TTÜ linnakus praegu võimalik katsetada NB-IoT ja LTE Cat M1 võrku. Tegemist on eelkõige IoT-seadmetele mõeldud raadiosidetehnoloogiaga, mis kasutab samu tugijaamu nagu mobiiltelefonidki. Peamisteks eelisteks on suurem leviala ja väiksem energiatarve, mis tingib küll ka väiksema andmesidekiiruse. Oluline on, et see võimaldab seadmete vahel kahepoolset sidet, mida on tarvis nende juhtimisel.

Kui aga olulisim on seadme aku maksimaalselt pikk kestus ja andmeid on vaja saata ainult ühepoolselt ning suhteliselt harva, siis on TTÜ linnakus koostöös Leviraga võimalik kasutada LoRa WAN raadiotehnoloogiat. See on vabasagedusel töötav raadiovõrk, mille kasutamiseks on tarvis tugijaama. Seadmed võivad tugijaamast asuda kuni 15 km kaugusel, kuid linnas ja sisetingimustes saab arvestada maksimaalselt mõne kilomeetriga. LoRa WAN võrgu eripäraks on ka see, et seadmetelt saadetakse andmed Levira enda IoT-platvormi. Vajadusel saab need andmed sealt edasiseks analüüsiks ja visualiseerimiseks ka mujale edasi saata.

Suurt osa IoT-lahendusi peab olema võimalik eemalt jälgida ning vahel ka juhtida. Selleks on vaja IoT-platvormi, mida on maailmas üle 500 erineva. Telia on andnud TTÜ kasutada platvormi Cumulocity, mis oma funktsionaalsuselt ja võimekuselt katab ära väga suure osa põhilistest vajadustest. Ühise IoT-platvormi valik aitab kokku hoida aega, mis kuluks uue platvormi tundmaõppimiseks, samuti võimaldab see osaliselt korduvkasutada varem loodud lahendusi.

Koostöös ettevõtetega pakub ka TTÜ võimalust kasutada oma toote või teenuse arenduseks sama Cumulocity platvormi. Pärast saab soovi korral kogu arenduse koostöös Teliaga väga kiirelt ja väikeste kuludega kommertskasutusse üle viia.

Targa linna arenduse ühe esimese sammuna hakkas TTÜ koostöös Silberauto ja ABBga 2017. aasta sügisel arendama isejuhtivat sõidukit, mille kohta saab pikemalt lugeda iseauto veebilehelt. Selles projektis lahendavad mitmesuguseid isesõitva auto arendamisega seotud ülesandeid tudengid ning igal arendusmeeskonnal on oma juht, kelle ülesandeks on tagada kõikide arendusetappide õigeaegne täitmine. Kuna tegemist on avatud platvormiga, ootame koostööle erinevaid ettevõtteid, et isesõitva auto peal uusi lahendusi testida. Näiteks on sügisel plaanis koostöös Teliaga alustada TTÜ linnakus 5G telekommunikatsioonivõrgu testimist – katsetame uusi lahendusi nii seoses virtuaalreaalsusega kui ka isesõitvate autodega. Näiteks saab osa isejuhtiva sõiduki funktsionaalsusest viia pilve, kuna 5G kiirus on suur ja latentsus väga väike.

Koos isesõitvate autodega areneb ka sõidukite omavaheline (Vehicle-to-Vehicle) ja sõiduki-taristu (Vehicle-to-Infrastructure) vaheline suhtlus. Bercman Technologies arendab koostöös TTÜga välja nutikat ülekäigurada, mis hoiatab sõidukijuhti teed ületada soovivast jalakäijast valgusmärguandega. Seda kontseptsiooni võib laiendada ülekäiguraja ja auto vaheliseks suhtluseks, kus auto saab otse ülekäigurajalt info jalakäijate kohta ning pidurdab juba ennetavalt, ilma juhi sekkumiseta. Koostöös Starshipiga on plaanis arendada ka suhtlust Starshipi viimase miili roboti ja isejuhtiva sõiduki vahel. See loob võimaluse kasutada sarnast suhtlust mootorrataste, jalgrataste ja kõikvõimalike sõidukite omavahelisel lävimisel, aidates ära hoida kokkupõrkeid ja sellega seonduvaid varakahjusid ning inimvigastusi.

Paralleelselt käib ka sensoorikalahenduste arendus. Kui hetkel kasutavad isesõitvad sõidukid otsuste tegemiseks peamiselt kaameraid, lidareid ja kaugmaaradareid, siis uue tehnoloogiana on järjest rohkem kasutusel millimeeterlainepikkusel töötavad lähimaa nn chip-radarid, mis suudavad tuvastada objekte kuni 50-60 meetri kauguselt. Nende eeliseks on soodne hind, väike suurus ja sisuliselt piiramatu kasutusvaldkond. Mõned põnevamad valdkonnad on näiteks droonide juhtimine, inimeste loendamine, turvalahendused, robotite juhtimine, intelligentne tänavavalgustus jmt.

Ülaltoodud projektid on vaid väike valik võimalikest TTÜ targa linnaku kontseptsiooni arendustest. Väga oodatud on koostöö ettevõtetega, kes soovivad kaasa lüüa erinevate tehnoloogiate katsetamisel, täiustamisel, testimisel ja ka rakendamisel väljaspool TTÜ linnakut.

Viimastel aastatel on ühe rohkem hakatud Asjade Interneti (ingl. k. Internet of Things, IoT) alla liigitama kõiki seadmeid, mis mingil moel on ühendatud omavahel võrku ning suudavad üksteisega ilma inimese osaluseta suhelda. Selliste seadmete kasutusvõimaluste nimekiri täieneb iga päevaga, alustades personaalsest meditsiinist ja targast kodus ja lõpetades targa linna, kodumasinate ning isejuhtivate sõidukitega.  Peamiseks IoT seadmete omapäraks on nende väike energiatarve ja odav hind, mis avardab nende kasutusvõimalusi oluliselt. IoT seadmete võtmeteguriteks nende disainimisel  on jällegi ohutus ja turvalisus, mis on kohati tõusnud suureks probleemiks paljude lahenduste puhul.

1. Uue toote või teenuse arenduseks, mille käigus soovitakse teha koostööd TTÜ’ga. Koostööprojekti käigus on võimalik ühendada LoRa võrku oma seade ning testida kogu lahenduse toimimist ilma lisakuludeta. Siinjuures on kindlasti abiks TTÜ juba olemasolev kogemus ühenduse ülesseadmisel, häälestamisel ja testimisel. Muuhulgas oskame teid aidata järgmistel LoRa WAN võrguga seotud teemadel:
   1. Uute seadmete lisamine võrku ja nende haldus
   2. Krüpteeritud pakettide dekodeerimine andmete töötlemiseks
   3. Andmete allalaadimine API abil nende edasiseks töötlemiseks ja analüüsiks
2. Kui soovite oma toodet või teenust hakata pakkuma kommertseesmärkidel, siis on kõige kiirem viis kontakteeruda otse Leviraga, kes haldab konkreetset LoRa WAN võrku ning annab teile kõik vajalikud juhised edasiseks.
3. Kui sa oled tudeng ja soovid LoRa WAN võrku kasutama õppida  või osaled mõnes projktis, mis vajab andmete saatmiseks madala energiatarbega raadioside protokolli, võta meiega ühendust ning aitame sind.

LoRaWAN eelised

• Väga lai leviala, linnatingimustes ca 3-5 km ja maapiirkondades kuni 15 km.
• Väga väikese energiatarbega mille tõttu kestab patarei tööiga pikalt (kuni 10 aastat).
• Kasutab adaptiivset andmeside kiiuse tehnoloogiat lõppseadmetes. See aitab pikendada aku eluiga ja üldiset LoRaWAN võrgu läbilaskevõimet. Andmeside võib kõikuda vahemikus  0.3 kbps kuni 27 Kbps 125 KHz ribalaiuse juures.
• Kasutab üle maailma vabalt kasutuses olevat 868 MHz/ 915 MHz ISM sagedusriba.

LoRaWAN puudused

• Saab kasutada rakendustes, mis ei vaja suurt andmesidekiirust, kuni 27 kbps.
• LoRaWAN võrgu kasutus on limiteeritud nn. töötsükli parameetriga. See on protsent kogu ajast, mil võib kasutada raadiokanalit andmete saatmiseks.
• Ei ole sobilik kasutamiseks rakendustes, mis vajavad reaalajas suhtlust ja väikest latentsust.

LoRaWAN tutvustus

LoraWAN on raadioside protokoll, mis on disainitud väikese energiatarbega seadmetele, mis suhtlevad erinevate rakendustega kasutades pikamaa juhtmevaba raadiovõrku. Ta opereerib vabasagedusaladel. Euroopas on kasutusel 863-870MHz sagedusel töötav LoRa WAN võrk. Antud sagedus on ära jaotatud erinevateks kanaliteks ning võltuvalt kanalist võib üks seade kasutada kanalit kas 1% või isegi ainult 0.1% lubatud ajast. Nimetatud kanalid saavad kasutada ribalaius 125kHz, 250kHz või 500kHz, mis on määratud ära konkreetse regiooni regulatsioonidega. Ribalaius määrab omakorda ära ka andmesidekiiruse.

LoRaWAN võrk toetab kolme erinevat tüüpi seadmeid. Kõik seadmed peavad kuuluma Klassi A kus teised klassid siis omakorda täiendavad esimest.

• Klass A seadmed toetavad kahepoolset andmesideühendust seadme ja lüüsi vahel. Seade saab võrku saada oma sõnumeid igal ajal. Peale saatmist on kaks ajaakent kui seade on valmis võtma vastu sõnumeid võrgust. Sõnumeid saab vastu võtta ainult ühel korral kahest võimalikust.
• Klass B seadmed laiendavad Klass A seadme võimalusi kasutades ajastatud aknaid andmete vastuvõtmiseks serverist. Sisuliselt tähendab see, et seadmed kuulavad perioodiliselt kas serveril on neile midagi saata.
• Klass C seadmed laiendavad Klass A seadme võimalusi suudavad samal ajal andmeid vastu võtta kuni nad andmeid saadavad. Võrreldes Klass A seadmetega on selline kommunikatsioonilahendus kordades energiamahukam.

Igal seadmel võrgus on 64-bitine unikaalne identifikaator (DevEUI ja AppEUI). Seadme ühendumisel võrku saab ta omale dünaamiline 32-bitise aadressi (DevAddr). LoRaWAN võrgus on kasutusel 128-bitised AES turvavõtmed.

• Rakenduse turvavõti on teada ainult seadmele ja rakendusele
• Seadme ühendumisel võrku genereeritakse rakenduse sessiooni võti ja võrgu sessiooni võti. Kui võrgu sessiooni võtit jagatakse võrgus, siis rakenduse sessiooni võti on salajane.

Rohkem infot LoRa WAN kohta leaite www.thethingsnetwork.com lehel. Ülalolev lühitutvustus põhineb osaliselt samal allikal.