Liikummeko energiakriisistä kohti tietoliikennekriisiä – Tietoliikenne ja online-infrastruktuuri ympärillämme
Juha Remeksen 4-osainen blogisarja käsittelee sähkömarkkinoiden nykytilannetta. Blogisarjan kolmannessa osassa Juha Remes syventyy tietoliikenteen ja online-infrastruktuurin merkitykseen.
Juha Remeksen 4-osainen blogisarja käsittelee sähkömarkkinoiden nykytilannetta. Blogisarjan kolmannessa osassa Juha Remes syventyy tietoliikenteen ja online-infrastruktuurin merkitykseen.
Tietoliikenne ja online-infrastruktuuri ympärillämme
Uudet autot ovat pääosin verkotettuja. Lähes kaikissa autoissa on jo sisäänrakennettu liittymä tietoliikenneverkkoihin. Autoista kerätään jatkuvasti paljon erityyppistä teknistä ja niiden liikkumiseen liittyvää dataa. Autojen muuttuessa sähköisiksi, niistä on tullut pyörillä liikkuvia tietojärjestelmäinfrastruktuureja, pieniä teollisia tuotantolaitoksia. Autojen järjestelmät joudutaan päivittämään etänä, eikä päivityksiä voi ainoastaan tehdä vain huollon yhteydessä.
Suurimmat autoille tarkoitetut päivityspaketit saattavat ylittää jo 20 Gigatavua ja kasvavat jatkuvasti autojen kehityksen mukana. Näitä päivityksiä joudutaan tekemään verkon yli autoihin kasvattaen huomattavasti tietoliikennetarpeita. Autojen sisällä on myös lukuisia kokonaisuuksia, joiden rakentaminen kuuluu alihankkijoille. Myös nämä alihankkijat tarvitsevat analytiikkaa omasta osuudestaan sekä yhteyksiä ulkomaailmaan, kuten tehtaiden laitetoimittajat. Nyt data kulkee valmistajien keskitettyihin datakeskuksiin. Datakeskukset on yhä useammin rakennettu globaalien pilvipalvelutoimijoiden infraratkaisujen varaan eri puolille maailmaa. Dataa kulkee valtavasti tuhansia ja jopa kymmeniä tuhansia kilometrejä keskitettyihin pilviin ja takaisin.
Koko yhteiskunta sähköistyy vauhdilla ja dataistuminen toteutuu monikertaisesti suuremmalla nopeudella. Osa kotitalouskoneista vaatii toimiakseen jatkuvan pilviyhteyden valmistajaan. Näistä esimerkkinä e-printterit ja e-kopiokoneet, joiden tulostus ei toimi, ellei ole verkkoyhteyttä pilveen. Näiden laitteiden myyntihinta on kaupasta hankittaessa, hyvin edullinen tai ”lähes ilmainen”, mutta niihin sisältyy kiinteä kuukausi- tai vuosiveloitus taikka erillinen kustannus vaikkapa väriaineista. Tämä takaa valmistajalle liiketoiminnan jatkuvuuden ja tasaisen operatiivisen kassavirran siirtymisen CAPEX-maailmasta OPEX-maailmaan. Perinteisessä tuotekertakaupassa siirrytään digitalisaation menestysreseptiin jatkuvaan laskutukseen sekä pitkäaikaiseen asiakkuuteen.
Askellus kohti kasvavaa tietoliikennekriisiä
Kun kaiken vetää yhteen; onko meille syntymässä tietoliikennekriisi, energiakriisin rinnalle? Kestävätkö tietoliikenneverkot tulevaisuuden vaatimukset ja riittääkö kapasiteetti?
Suomessa tietoliikenteen runkoverkot perustuvat 100 Gb/s sekä 400 Gb/s teleoperaattoreiden runkokaapeleihin. Runkoverkkojen kapasiteetti on riittävää kuluttajien tarpeita peilaten. Tulevaisuuden näkymät ovat kuitenkin huolestuttavia, kun otetaan yritysten sekä erityisesti teollisuuden tarpeet huomioon. Viiden sukupolven kattavuus on Suomessa melko hyvä, mutta se on suhteutettu nykyisiin tietoliikennetarpeisiin. 5G:n mukana langattoman siirron nopeus kasvaa ja samalla kasvaa myös laitetiheys sekä teolliset käyttötapaukset uusine haasteineen.
Teleoperaattoreiden toiminta on perustunut vahvasti kolmen vuosikymmenen aikana ”kuluttajistuneeseen” liiketoimintaan. Yksikertaisesti puhutaan liittymäkaupasta, jossa laite tunnistetaan operaattoreiden verkkoihin SIM-kortin avulla. Siinä on olemassa erityyppisiä tunnisteita ja SIM voi olla looginen laitteen sisäänrakennettu ohjelmallinen toteutus tai fyysinen älykortti. SIM on aina liittymähallintaan liitetty osa, perusta koko teleoperaattoritoiminnan ydin. Laitteen auktorisointiverkkoon liittäminen sekä laskuttaminen toteutuu liittymähallinnan kautta. Jokaiselle liittymälle annetaan verkkovaltuudet, joka mahdollistaa tietoliikenteen hyödyntämisen. Laskutus perustuu liittymäkohtaisiin CDR (= Call Detail Record) – tiedostoihin, jolla seurataan liittymän datan käyttöä sekä liikkumista toisten teleoperaattoreiden verkossa. Mikäli omalla kotioperaattorilla ei ole verkon kattavuutta tarjolla, käytetään verkkovierailua. Verkkovierailut eli ”roaming” perustuu operaattoreiden välisiin puitesopimusjärjestelyihin.
Sopimusmalliin perustuu maailmanlaajuinen tietoliikenneinfrastruktuuri, joka mahdollistaa laitteiden liikuttelun alueelta toiselle, mm. maasta toiseen. Sopimuksessa sovitaan operaattoreiden keskinäisestä tietoliikennekaupasta, jossa määritellään korvausperusteet operaattoreiden keskinäisen liikenteen välittämisestä aiheutuneista kustannuksista. Hinnoittelussa erotellaan nouseva ja laskeva tietoliikenne. Näiden markkinahinnat voivat vaihdella ”pörssin kaltaisesti” operaattoreiden välisessä globaalissa tietoliikenteen kaupassa. Jos joillekin tietoliikenneyhteyksille tulee ylikysyntää, ylivuotava liikenne kierrätetään vaihtoehtoisten reittien kautta. Samalla tietoliikenneviive lisääntyy. Kustannusten optimointi ja automaattinen tietoliikenteen reititys voivat muuttaa datan liikkumista merkittävästi riippuen markkina- ja käyttötilanteesta.
Automaattinen reititys perustuu reitityssääntöihin tuhannesosasekunneissa. Säännöt reagoivat ylikuormaan, halvempaan hinnoitteluun, vikatilanteisiin, verkko-oikeuksiin sekä kysyntäpiikkeihin eri datayhteyksien välillä.
Tietoliikennettä on tarjolla ensisijaisesti liittymäperusteisesti, jossa liittymällä on perusnopeus ja sallittu datan enimmäismäärä. Pääosin liittymien nopeutta tai datavälitysmääriä rajoitetaan hinnoitteluperusteisesti. Liittymän todellinen nopeus on liittymäperusteisten rajoitusten lisäksi riippuvainen sijaintialueen liikennemääristä. Mitä enemmän tietoliikennettä on samalla alueella, sitä pienemmäksi kuinkin liittymän saama tietoliikenteen välityskaista laskee. Toiminta on optimoitu niin, että tietoliikennettä virtaa enemmän liittymiin (download) kuin liittymistä ulos (upload). Liittymähallinnan rinnalla on olemassa ”asiakas dedikoituja”-yhteyksiä, jolloin esimerkiksi tietoliikennekaapelista on varattu ennalta määritelty kapasiteettia tilaajalle. Tyypillisesti tilaajan on osattava itse arvioida oma tietoliikennetarve riskinä ylimitoitus tai aliarviointi.
Langattoman viestinnän historiassa olemme läpikäyneet kolmessakymmenessä vuodessa neljä matkapuhelinverkon sukupolvea. Verkkojen hyödyntäminen on perustunut kuluttajien liittymävaatimuksiin ja yritysten käyttäjät ovat lähes poikkeuksetta olleet joukko kuluttajia yhdistettynä yrityksen hinnoittelupakettiin.
Viiden sukupolven matkapuhelinverkot tulee muuttamaan kaiken. Läpimurto tehdään yritysten tarpeiden ratkaisemisessa. Tietoliikenne tulee muuttumaan datamäärän, ja nopeuteen liittyvän liittymärakenteen uuteen verkkoteknologia-aikaan. Uudet käyttötarpeet vaativat viiveetöntä ja täysin virheetöntä tietoliikennettä. Vaatimus voi olla nopeuden taattu tasaisuus sekä lähetykselle että myös datan vastaanottamiselle. Aina. Vaatimus voi kohdistua maantieteellisesti jopa hyvin pienellä alueella olevaan määrällisesti valtavaan laitemäärään, eli huomattavan suureen määrään perinteisiä ”liittymiä”. Nämä liittyvät laitteet ei ole enää ihmisten käyttämiä, vaan voivat olla hyvin monimutkaisia laitteita tai yksinkertaisia sensoreita. Tarvitaan uudentyyppisiä auktorisointimalleja sekä ”uuden tyyppisiä identiteetti- ja käyttövaltuusmalleja”. Ajatus multi-factor-autentikoinnista tai two-factor autentikoinnista tai vaikkapa PIN-koodin syöttämisestä joutuu uuteen tilanteeseen, kuinka laite kykenee toteuttamaan vaaditun toimenpiteen.
Nykyinen tietoliikenneinfrastruktuuri ei mahdollista tätä lähitulevaisuutta. Nyt dataa liikkuu loputtomasti teollisessa tuotannossa eri laitteista pilveen ja takaisin, tuhansien tai jopa kymmenien tuhansien kilometrien päähän. Tietoliikenteen reititys saattaa kierrättää dataa eri optimoiduilla reititysautomaatioilla hyvin eri tavoin riippuen verkkojen kuormituksesta. Nämä laadulliset vaatimukset eivät matkaa operaattoriverkkojen välillä dynaamisesti nykytekniikalla.
Ennusteet lisäävät langattomiin verkkoihin tulevien laitteiden määrän jopa monikymmenkertaisesti ihmisiin verrattuna. Tämä tietoliikenteen määrän kasvu tukkii nopeasti tietoliikenneverkot, ja tekniset rajat tulevat vastaan lukuisille uusille toteutuksille. Tietoliikenneverkot eivät pysty vastaamaan reitityshaasteisiin, ja vaikka kapasiteettia lisättäisiin, tulee lopulta datayhteyspula ja tietoliikennekriisi. Olemme toistamassa sähköverkkojen haasteet tietoliikenteessä. Datan tarve syntyy kaksisuuntaisesta verkkoliikenteestä, laajoilla ominaisuuksilla, kun sähkönjakelussa kulutus on toistaiseksi pääosin yksisuuntaista. Sähkön ominaisuuksia voidaan muuttaa varsin helposti muuntajilla kullekin asiakkaalle sopivaksi. Data tarvitsee koko välitysketjun saumattoman, laadullisen yhteyden.
5G Development and Enterprise Risk Management Services
