fbpx

Tallinna katab üks võrk, mis salvestab kõike

Öine Tallinn

Juba mõnda aega on Tallinnas tänavavalgustuse postide küljes näha mingeid seadmekarpe ja päikesepaneele – linnakodanikud küsivad foorumites, mida nendega tehakse ja keda jälgitakse. Inseneeria jõudis jälgi ajades Tallinna Tehnikaülikooli ja Thinnecti koostööprojektini, mis tõepoolest kogub andmeid. Kuid muretsemiseks pole põhjust – neid ei koguta meie igaühe kohta eraldi, vaid linnakeskkonna kohta üldiselt. Kirjutab kaasautor Kaido Einama.

Tulevikus on linnas juures ilmselt veel üks operaator – Asjade Interneti operaator, kellelt saab küsida andmeid üle linna paiknevatest anduritest ja nende põhjal olulisi järeldusi teha.

Thinnecti tegevjuht Jürgo Preden on Asjade Interneti Eestis välja arendatud võrgutehnoloogiaga tegelenud juba ligi kümme aastat. Defendecist alguse saanud tehnoloogia aitab erinevad andurid üle õhu ühendada ühtsesse pilvevõrku, millel pole keskseadet – seadmed suhtlevad omavahel ja kui näiteks elektripostide küljes on järjest andurid koos saatejaamadega, siis need annavadki andmeid ühelt seadmelt edasi teisele nagu teatejooksjad – otseühendust keskusega ei ole enam vaja.

Mustamäel asuv Thinnect saab üle Tallinna 900 seadmes asuvad andmed kätte seadmete mesh-võrgus ehk hajutatud võrgus liikuvatest andmepakettidest. Siin-seal üle linna on lihtsalt mõned Internetti ühendatud tugijaamad, mis andmed ära saadavad.

Thinnecti juhi Jürgo Predeni sõnul on sellised võrgud militaartasemel töökindlusega – raske on süsteemi maha võtta, kui igal anduril on võrgus võimalik teisele lähedalasuvale infot edasi saata. Kui mõni neist ära langeb, vahetavad teised infot edasi. Kõik on loomulikult krüpteeritud ja turvatud. Leviulatus on ligi 300 meetrit ja elektripostidele monteeritud seadmeid on selles raadiuses mitmeid.

„See tehnoloogia rakendussuund sai kunagi alguse targast tänavavalgustusest,“ meenutab Preden. „Nüüd on sellest saanud Targa Linna tehnoloogia. See ongi üle linna paiknev andurite võrk, mis mõõdab erinevaid asju – müra, valgustust, liiklust, õhu puhtust jne.“

Patenteeritud Eesti võrgutehnoloogia

IEEE 802.15.4 standardile vastavad seadmed suhtlevad samamoodi nagu targa kodu Zigbee standardile vastavad seadmed. See tähendab, et need on ülimadala energiatarbega, kasutavad omavahel suhtlemiseks kindlaid ajavahemikke, mis on seadmete vahel ära jaotatud ja edastavad korraga vähe andmeid. Temperatuuri- või müra-anduritel polegi palju edastada, vaid mõned numbrid.

Seadmekarbid postide ümber

Eestis on patenteeritud tehnoloogia, kuidas ühes võrgus sama sagedust kasutavad andurid neid ajavahemikke üksteisega jagavad ja kasutavad – kitsastes oludes ja vähese energiaga on see kõige tähtsam, et iga võrguseade teaks, mis hetkel aktiveeruda, millal n-ö kuulata ja millal saata.

„Selle lihtsalt kopeerimine ja järgi tegemine on väga keeruline,“ on Jürgo Preden kindel, et nende patenteeritud lahendust niisama kuskil mujal üle võtta ei saa.

„Rääkimine“ on energiakulukas, arvutamine ei maksa eriti midagi

Energiat on anduritel tõesti vähe kasutada – mõned peavad töötama akudelt mitmeid kuid, elektripostide otsas olevad seadmed aga saavad lisaturgutust väikestest päikesepaneelidest. Tänapäeva tehnoloogia energiavajadus on muutunud – enam ei „maksa“ arvutamine midagi, selleks kulub ülivähe energiat. Põhiline kulu on hoopis kommunikatsioon seadmete vahel ja et akud kauem kestaks, tuleb suhelda võimalikult harva ja „napisõnaliselt“. Selleks ongi olemas keeruline ajajagamise süsteem ning Thinnecti ja TTÜ koostöös välja töötatud binaarne teenusepõhine rakenduskiht. Viimane võimaldab rakendada nn suurest Internetist tuntud teenusepõhise arhitektuuri printsiipe väga piiratud arvutus- ja kommunikatsioonivõimekusega seadmetel.

Tallinnas üles pandud andurite võrgus on erinevatel seadmetel vaja koguda ka erinev hulk infot. Kui mürasensor peab mikrofonidest pidevalt kuulama ja tulemust keskmistama, siis näiteks CO-anduritel ja temperatuurianduritel tuleb end vaid hetkeks sisse lülitada, näit fikseerida ning järgmise eraldatud ajavahemiku sees see vähene info ära saata. Energiat kulub niimoodi väga vähe.

Asjade Interneti rakendused – võimalused on piiritud

Kui küsida Thinnecti tegevjuhilt, mida nende üle linna paiknevate andurite andmetega peale hakata, siis tal kindlat vastust polegi, sest tegemist on ilmselt esimese nii suuremahulise IoT ehk Asjade Interneti võrguga maailmas. See on väga suur hulk andmeid, millele alles hakatakse rakendust leidma. On olemas võrk ja andmed, nüüd on vaja vaid häid ideid, mida selle infoga peale hakata.

Esimesed ideed on juba muidugi tekkinud ka. Näiteks on võimalik liiklustihedust ja ummikuid ennustada, kuna andurid oskavad mitmete näitude põhjal autode liiklustihedust kaamerate abita välja arvutada. Võib ka uurida erinevate andmete mõju üksteisele – näiteks kui mõnel tänaval sõidukiirust elanike mürakaebuste põhjal vähendatakse, saab mõõta, kuidas see antud tänaval müra tegelikult vähendab või hoopis õhu puhtust mõjutab. Andmeid kogutakse ööpäevaringselt ja igalt poolt üle linna, mis on täiesti uue kvaliteediga materjal ka teadlastele erinevate analüüside tegemiseks. Enam ei pea saatma tänavatele tudengeid autosid lugema või eribusse õhu kvaliteeti hindama.

Jürgo Preden

Tehnikaülikooli üks magistrant on kasutanud linna mikrofonidest salvestatud andmeid linnuliikide määramiseks Tallinnas. „Sellise andmehulgaga oleks võimalik näiteks mõõta reklaamide nähtavust tänaval, lugedes kokku mööduvad inimesed ja autod. Iga reklaami juurde selleks spetsiaalselt otse pilve ühendatud seadmete panemine aga ei tasuks end ära,“ toob Preden veel ühe näite rakendustest.

Kas tõesti meid jälgitakse?

Valvsad kodanikud on netifoorumites küsinud, kas postide otsas olevad antennidega seadmed tõesti meid jälgivad või koguni kiiritavad? „Kõik andmed loomulikult kõigile kättesaadavaks ja avalikuks ei saa,“ selgitab Preden. „Teistele kättesaadavaks jõuavad ikkagi eeltöödeldud ja üldistatud andmed.“

See tähendab, et saab näiteks küsida statistilisi andmeid kindla aja ja piirkonna kohta, aga mitte täpset mikrofoniga lindistatud heli kuskil konkreetse elektriposti juurest. Küll aga võib saada mürataseme näidud mõnes konkreetses kohas.

Päris kõike teada ei saagi

Küsitud on ka seda, kas näiteks oleks võimalik mikrofone kuulates, nagu linnuliikidega, ka automarke määrata, mis mööda sõidavad. Predeni arvates see päris lihtsalt tehtav ei ole ja seda on juba proovitud. „Põhiline müra, mida autod tekitavad, on rehvimüra. Rehvide järgi aga automarki nii lihtsalt ei määra.“

Küll aga saab mikrofonidest tulevate andmete põhjal eristada näiteks sõidu- ja veoautosid, mis on samuti oluline info linnaplaneerijatele.

Võimalikest rakendustest pakub Preden välja võimaluse jälgida lumekoristuse jaoks tänavaid, ühistransporti planeerida, parkimist organiseerida jne. Neid teenuseid võiksid lisaks linnale kasutada ka eraettevõtted. Seega oleks Targa Linna andurite võrk nagu üks sideoperaatori teenus linnas, kus teenuseks on andmete kogumine üle linna.

„Selline võrk peab olema universaalne,“ rõhutab Jürgo Preden. „Talletada saab igasuguseid andmeid, vajadusel saab andureid lisada, andurid töötavad võrgus sõltumatult ja ei vaja pidevat hooldamist.“

Siiamaani ei ole veel olnud vaja tugijaamu ja sensoreid hooldada. Kõik töötab iseseisvalt.

Palju võimsust, vähe energiat

Posti otsas oleva sensoritega jaama südameks on 32-bitine ARM protsessor. See on palju võimsam, kui olid kunagi tavalised lauaarvutid. Samas tarbivad sellised kontrollerid ülivähe energiat. Arvutuste jaoks kulub minimaalselt energiat, seega saab kohapeal teha kõik vajalikud arvutused, et üle mesh-võrgu välja saata võimalikult vähe andmeid. Näiteks müra mõõtmisel tehakse keskmistamine ja vajalikud arvutused kohapeal ära ja üle õhu tuleb saata vaid mürataseme number. Päikesepaneelid toetavad protsessoreid varustavat akut lisaenergiaga ning kui akult kestaks seade juba ise neli kuud, siis väikese lisaenergiaga valgel ajal päikeselt saab kogu aastaringse energiavajaduse välise sekkumiseta kaetud.

Tallinna kattev võrk

Tänuväärt materjal lugematuteks teadustöödeks

Tallinna Targa Linna võrku aitab koos Thinnectiga arendada Tallinna Tehnikaülikooli tarkvaraarenduse instituut. Kuna tegemist on maailmas esimese sellise nii suure võrguga, siis teadlastel on siin avastada palju. Millist kasu sellest võrgust võiks teadusele olla, räägib instituudi doktorant-nooremteadur Jaanus Kaugerand.

Millised olid põhiprobleemid, mille lahendamiseks otsustati luua ja üles panna just Targa Linna andurite võrk?

Meie oma põhieesmärk on testida võrgutehnoloogiat. Samas, sensorite valikul lähtusime loomulikult sellest, et neist võiks tulevikus linnale kasu olla. Näiteks võiks liiklussensoritelt pärinevat infot reaalajas kasutada liiklusmudelite täiendamiseks.

Millised on olnud senised suurandmete rakendamise lahendused, mida TTÜ-s on kasutatud?

Antud projekti fookuses on võrgutehnoloogia arendamine ja testimine, eesmärk ei ole olnud suurandmete analüüs ja rakendamine. Viimane võiks olla näiteks antud projekti jätkuprojektiks. Linnulaulu magistritöö sisu oli uurida, millised on väljakutsed tehisnärvivõrgu rakendamisel meie sensorite peal. Lindude tuvastamine nende laulu järgi oli lihtsalt üks rakendustest.

Edasi võiks minna mingite konkreetsete sündmuste tuvastamisega nii juba üksikute seadmete tasemel kui ka omavahel andmeid vahetades võrgus sees. Me ei ole hetkel selle peale veel palju mõelnud, milliseid sündmusi võiks üle kogu linna tuvastada. Kas mingeid konkreetset liiki masinaid, üle linna lendavaid lennukeid või muid huvitavaid helisündmusi. Kui tekib keskne andmebaas kogutud sensorlugemitest, siis võib lisaks olla võimalik andmekaevanduse abil kogutud suurandmetest leida väga huvitavaid mustreid nii linna liikluse kui ka üldise keskkonna kohta.

Milliseid andmeid võrk pakub ja kuidas teised saaks neid oma teadusuuringutes kasutada?

Võrk pakub üsna laia valiku erinevaid andmeid. Kasutajat ilmselt huvitaksid kõige rohkem keskkonnaandmed, liiklusandmed ja müraandmed. Lisaks neile toodavad sensorid tegelikult veel terve hulga muid andmeid, sh vibratsiooniandmed, päikesepaneelilt tulev voolutugevus, väga suur hulk sensorite enda ja võrgudiagnostikat jne.

Kindlasti saab kõiki neid teadusuuringutes kasutada. Eelis tuleb välja nende andmete suures mahus ja laias hajutatuses. See, et sensorid on paigutatud üle kogu Tallinna, võib luua väga palju võimalusi andmete analüüsiks ja näiteks erinevate korrelatsioonide leidmiseks.

Milline on selliste võrkude tulevik – kas mõne(kümne) aasta pärast on linnad väga tihedalt andureid täis ja nende andmeid saab osta vastavatelt teenuseoperaatoritelt?

Kindlasti võib sellistele võrkudele ennustada laiemat levikut. Praegusele võrgule on võimalik neid sensoreid väga lihtsalt lisada ning nad ühinevad olemasoleva võrguga ja organiseerivad ise andmete transpordi kõige lähemal asuva Internetti ühendatud tugijaamani. Lisaks võivad sellised sensorid olla väga väikesed, nii saab järk-järgult võimalikuks nende lisamine kõikjale, näiteks raporteerima kasvõi prügikastide täituvust.

Kas 5G võiks olla üks lahendus selliste võrkude ehitamisel ja miks? Millised on eelised praegu kasutusel oleval mesh-võrgul 5G ees?

Kasutusel olev mesh-võrk ei vaja mingit infrastruktuuri. Ehk neid sensoreid on võimalik paigaldada kõikjale, peaasi, et neil on omavaheline ühendus ning andmete transpordiks sensorilt sensorile teekond vähemalt ühe tugijaamani. Lisaks toetab olemasolev mesh-võrk andmete vahetust sensoritel omavahel.

See tähendab, et kõiki andmeid ei ole vaja kasutajale saata, vaid sarnaseid andmeid on võimalik juba võrgus sees kokku koguda ehk teha kohalik arvutus ja edasi saata ainult kokkuvõttev tulemus.

Kui tuua näiteks uuesti eelpool mainitud prügikonteinerite täituvuse jälgimine, siis ei pea iga prügikonteiner raporteerima oma täituvuse taset, vaid ainult üks teavitab, kui mõni neist hakkab täis saama. Selline võrgusisene arvutus vähendab oluliselt võrguliiklust. Oleme oma teadustöös näidanud Mist arvutuse kontseptsiooni rakendamisel (kus andmeid töödeldakse võrgu servas sensorite sees) ligi kümnekordset võrguliikluse vähenemist. 5G on oma olemuselt tähtvõrk ning ei võimalda minu teada praegusel kujul seadmete vahelist peer-to-peer ehk otse seadmelt seadmele andmete vahetust. 5G puhul on vaja kõik andmed saata 5G baasjaama, mis oleks esimene koht, kus andmete agregatsioon on võimalik. Kahjuks ei toeta 5G baasjaam üldjuhul andmete agregatsiooni. See tähendab, et 5G võrgu puhul saadetakse kõik andmed kesksesse serverisse. Lisaks nõuab 5G võrkude ehitamine väga suuri investeeringuid infrastruktuuri, mis võib saada takistuseks 5G-põhiste rakenduste levikul. Meie poolt rakendatava mesh-võrgu puhul luuakse võrk sensorite poolt, seega ei ole selle eelduseks 5G võrgu välja ehitamine.

Mis on praegu Targa Linna andurivõrkude peamised tehnilised probleemid, mis vajavad lahendamist?

Hetkel valmistume just andmete kogumiseks üle kogu võrgu. Tehnilised probleemid, mida antud projektiga püüame lahendada, on suure hulga teenuste korraga kasutamine sensorvõrgus, uute teenuste transport vastavatasse sensoritesse, nende registreerimine, teenuste tellimine jne. Näiteks ei tohi ükski sensor ilma aktiivse tellimuseta andmeid saata. Kui tellimus lõpeb, siis lõpetab ka sensorsõlm andmete tootmise. Samuti peab kasutaja teadma, milliseid teenuseid on võimalik tellida, millised on võimalused ja piirangud.

Kommentaarid on suletud

Antud lehekülg kasutab küpsiseid, et parandada teie kasutuskogemust. Lehe sirvimise jätkamisel nõustud meie küpsiste kasutamise tingimustega. Sain aru Loe lähemalt