Tieto- ja viestintätekniikan insinööri (AMK) Tommi Uusitalo työskentelee asiantuntijana Lapin ammattikorkeakoulun Digitaaliset ratkaisut -osaamisryhmässä.

Lapin ammattikorkeakoulussa kehitetään siirrettävää 5G-tukiasemaa. ’Remote 5G’ -tukiasema mahdollistaa paikallisen itsenäisen 5G-verkon pystyttämisen alueille, joilla kaupallista 5G-verkkoa ei ole vielä saatavilla. Kehitystyötä tehdään FrostBit ohjelmistolaboratorion AI, Robotics & Cyber-physical Systems (ARC) -tiimissä Rovaniemellä ja sen 5G-tiimin kehittämä siirrettävä tukiasema on osa suurta 52 partnerin EU-hanketta nimeltään AGRARSENSE.

AGRARSENSE-hankkeessa edistetään metsä- ja maatalouden teknologista kasvua muun muassa tekoälyssä ja automaatiossa sekä analyyttisissä tehtävissä. Hankkeessa kehitetään älykkäitä antureita ja päätöksenteon teknologioita seitsemässä eri käyttöympäristössä mm. vertikaaliviljeyssä, maatalousrobotiikassa ja metsätaloudessa. (Agrarsense a).

5G-verkko metsätalouden käyttöympäristössä

Lapin AMKin 5G -tiimi toimii Komatsu Forest AB:n johtamassa metsätalouden käyttöympäristössä, jonka tavoitteena on automaatiota hyödyntäen kehittää metsätöiden tehokkuutta samalla vähentäen metsätöistä aiheutuvia hiilipäästöjä. Työkoneisiin asennetut kehittyneet anturit ja niiden keräämän datan älykäs yhdistäminen, eli niin sanottu sensorifuusio auttavat lisäämään metsätyömaalla työskentelevien ihmisten turvallisuutta ja auttavat suojelemaan maaperää metsätöistä aiheutuvilta ylimääräisiltä vaurioilta. (AGRARSENSE b)

Metsätyömaalla toimii monenlaisia koneita: Harvesteri hoitaa puiden hakkuutöitä ja ajokone siirtää puut tien varteen odottamaan kuljetusta. AGRARSENSE-hankkeen käyttötapauksessa työmaalla käytetään myös droneja alueen kartoitusta varten sekä turvallisuuden valvonnassa. Langatonta tiedonsiirtoa tarvitaan työmaalla kartta-aineiston siirtämiseen ja päivittämiseen sekä anturidatan siirtämiseen koneiden välillä, joten 5G-verkko on olennainen osa käyttötapausta. Turvallisuutta valvova drone voi lähettää myös hälytyksiä esimerkiksi tulipalosta, työkoneiden lähellä liikkuvista ihmisistä tai muista turvallisuusuhista.

Lapin ammattikorkeakoulu on osa Nokia Test Network Finlandia. Yksityinen 5G-verkko on tällä hetkellä käytössä Rovaniemen ja Kemin kampuksilla. 5G-järjestelmä koostuu kokonaan Nokian tuottamista laitteista ja ohjelmistoista. Järjestelmä sisältää tukiasemayksikön, 5G-Core palvelimen sekä reunalaskentapalvelimen, johon voidaan asentaa erilaisia palveluita 5G-verkon käyttäjille. Tällä hetkellä reunalaskentapalvelimelle on asennettu verkon suorituskykyä mittaavia työkaluja ja palveluita.  

Kampusalueelle sidotusta 5G-verkosta ei AGRARSENSE-hankkeen metsätalouden käyttötapaukselle ole juurikaan hyötyä, niinpä alettiin miettimään pystyisikö Nokian 5G-järjestelmää käyttämään siellä missä sitä tässä tapauksessa tarvitaan, eli metsässä.

Siirrettävän tukiaseman kehitys

Remote 5G-tukiaseman alustaksi valittiin Renewable energy bank -kärry, joka on Smart Energy Demo – Arctic power -hankkeessa rakennettu mobiili vedyntuotantojärjestelmä (Lapin AMK). Kärry sisältää Heliocentris New Energy Lab -laitteiston, jota käytetään uusiutuvien energiamuotojen oppimis- ja demonstraatioympäristönä. Se sisältää vedyn polttokennon, aurinkopaneelit ja tuulivoimageneraattorin. Järjestelmä voi tuottaa energiaa eri lähteistä, ja ylimääräistä energiaa voidaan hyödyntää vedyn tuottamiseksi varastoon. Varastoitua vetyä voidaan käyttää tarpeen tullen lisäenergian lähteenä.

Renewable energy bank -kärry valikoitui Remote 5G -tukiaseman alustaksi, koska siinä oli hyvin tilaa 5G-järjestelmän asentamiseksi ja se pystyy tuottamaan riittävästi energiaa järjestelmän käyttämiseksi. Se sisältää myös ilmastointilaitteen ja lämmittimen, joten sisätilojen olosuhteet voidaan pitää 5G-järjestelmälle sopivina. Kärry sopii käyttötarkoituksen monilta osin hyvin, mutta siinä on yksi haaste. Nykyisellään kärryn energiatuotantojärjestelmän käynnistämiseen tarvitaan ulkoinen virtalähde.

Kuva 1 Remote 5G -kärry sisältä (Kuva: Eeli Suutari-Jääskö, Lapin AMK)

Kuva 2 Antennimasto ala-asennossa. Mastoon on kiinnitetty 5G-radioyksikkö ja ympärisäteilevä antenni. (Kuva: Eeli Suutari-Jääskö, Lapin AMK)

5G-järjestelmän asennus aloitettiin kiinnittämällä palvelinkaappi kärryn sisälle. Palvelinkaappiin asennettiin samanlainen 5G-järjestelmä, kuin Rovaniemen kampuksellakin sisältäen Nokian 5G-tukiaseman sekä 5G-Core- ja reunalaskentapalvelimet. Tuulimyllyn sijaan kärryyn asennettiin kiinnikkeet 5G-radiomastoa varten. Masto nousee noin kymmenen metrin korkeuteen ja siihen voidaan kiinnittää erilaisia 5G-radio- ja antennikokoonpanoja.  

Remote 5G -tukiaseman testaaminen

AGRARSENSE-hankkeen puitteissa kärryä tullaan käyttämään metsäolosuhteissa. Metsä on haastava ympäristö langattomille tietoverkoille, koska puusto ja maaston muodot voivat häiritä radiosignaaleita, mikä pienentää verkon kantamaa. Rovaniemen kaupungin lähellä Hirvaalla on metsäalue, johon on hankittu radioluvat järjestelmän testausta varten. Metsäalueella on tarkoitus testata 5G-verkon kantamaa ja verkon suorituskykyä metsäolosuhteissa. Erilaisia radio- ja antennikomponentteja sekä tukiaseman asetuksia testataan, jotta voidaan selvittää, millä yhdistelmällä saadaan tuotettua riittävän suorituskykyinen ja kantamaltaan riittävän laaja langaton verkko AGRARSENSE-hankkeen metsätalouden käyttötapaukseen.

Syyskuun lopulla 2024 Remote 5G-kärry ajettiin Ruotsiin Vindelniin, jossa tehtiin alustavaa 5G-verkon testausta yhdessä hankkeen yhteistyökumppaneiden kanssa. Vindelnin kenttätestauksessa huomattiin tarve etenkin päätelaitteelta tukiasemalle kulkevan yhteyden parantamiselle.

Kuva 3 Remote 5G -tukiasema kenttätesteissä Vindelnissä (Kuva: Eeli Suutari-Jääskö, Lapin AMK)

Seuraavat askeleet

AGRARSENSE-hanke jatkuu vuoden 2025 loppuun, joten Remote 5G -tukiaseman kehitystyö jatkuu edelleen tulevan vuoden aikana.  5G-verkon suorituskykyä ja kantamaa tullaan optimoimaan käyttötarkoitukseen sopivaksi. Energiajärjestelmään tullaan myös tekemään muutoksia, jotta se saadaan toimimaan täysin itsenäisesti ilman ulkoista virtalähdettä.

Metsätalouden käyttötapauksen viimeinen demonstraatio ja lopputuloksen arviointi tapahtuu vuoden 2025 lopulla.

Lähteet:

AGRARSENSE a. What is AGRARSENSE. Viitattu 2.12.2024 https://www.agrarsense.eu/

AGRARSENSE b. Project. Viitattu 2.12.2024 https://www.agrarsense.eu/project-1

Lapin AMK. Smart Energy Demo – Arctic Power. Viitattu 2.12.2024 https://lapinamk.fi/hanke/smart-energy-demo-arctic-power