Väitös: Avoin alustakehitys mahdollistaa langattoman automaation

– Langaton automaatio on keskeinen osa esineiden internetiä. Sen avulla esimerkiksi liikkuvat, vaikeissa olosuhteissa operoivat tai maantieteellisesti kaukana toisistaan olevat koneet ja toimilaitteet voidaan liittää yhteiseen automaatiojärjestelmään.

Virrankoski on tutkinut väitöskirjassaan IEEE 802.15.4 -tietoliikennestandardia soveltavaa avointa alustakehitystä langattomassa automaatiossa.

– IEEE 802.15.4 on yksi keskeisimmistä tietoliikennestandardeista automaatiojärjestelmien langattomassa tietoliikenteessä. Siihen perustuvat muun muassa langattoman automaation standardit ISA 100.11a ja WirelessHART.

Tutkimuksessa on käytetty alustaperustaista suunnittelutapaa, joka tähtää yleiskäyttöisen avoimen anturialustan kehittämiseen. Suunnittelun tavoitteita on tarkennettu keräämällä tietoa alan asiantuntijoilta teollisuudesta ja yliopistomaailmasta.

Tuloksena suunniteltiin ja toteutettiin avoin anturialusta, jota testattiin teollisissa sovelluksissa, tilannekuvajärjestelmissä ja kasvihuoneissa. Testauksissa saadut tulokset osoittivat, että anturialustan tavoiteltu yleiskäyttöisyystaso saavutettiin. Toisin sanoen kehitetty langaton anturialusta soveltui käytettäväksi monissa erityyppisissä sovelluksissa mahdollisimman pienin sovelluskohtaisin muutoksin.  Toisaalta saavutettu yleiskäyttöisyystaso lisäsi alustan ohjelmistoarkkitehtuurin monimutkaisuutta.

Suorituskyky kasvaa yhä

Väitöksen mukaan langattomiin anturi- ja toimilaiteverkkoihin liittynyt alkuperäinen visio hinnaltaan edullisesta ja kooltaan mikroskooppisen pienestä elektroniikasta rakennetusta ”älykkäästä pölystä” (smart dust) on myöhemmin jakautunut useisiin kehityshaaroihin.

– Tällä hetkellä suurimmat taloudelliset odotukset kohdistuvat teolliseen internetiin tai esineiden internetiin, jonka mahdollistaja langaton automaatio on. Koska internet ja matkapuhelinverkot ovat kattavuudeltaan ylivertaisia, eri osajärjestelmät integroituvat toisiinsa IP-pohjaisella, eli internet-protokollaa käyttävällä, tietoliikenteellä. Samaan aikaan kun runkoratkaisut suppenevat IP-pohjaisiksi, monipuolistuvat langattomien anturi- ja toimilaiteverkkojen tietoliikenneratkaisut. Samalla anturialustat ovat yhä enemmän samankaltaisia kuin monenlaisiin toimilaitteisiin sisäänrakennetut tai niiden lisävarusteeksi sopivat sulautetut tietokoneet, sanoo Virrankoski.

Avoimia anturialustoja tarvitaan tutkimuksessa ja tuotekehityksessä

Kaupallisten IEEE 802.15.4 -standardia tukevien anturialustojen tulo markkinoille vähentää avointen anturialustojen käyttöä, mutta ne eivät kuitenkaan jää tarpeettomiksi.

– Kaupalliset ohjelmistot ovat tyypillisesti suljettuja ja sidoksissa tiettyyn alustaan, mikä tekee niistä sopimattomia tutkimus- ja tuotekehityskäyttöön. Vaikka nykyään on saatavilla useita kaupallisia langattomia anturi- ja toimilaiteverkkoja, vaaditaan vielä paljon työtä ennen kun kaikki esineiden internetiin liittyvät visiot voidaan toteuttaa. Tämä koskee erityisesti langattomassa anturi- ja toimilaiteverkossa hajautetusti tai paikallisesti toteutettavia toimintoja.

Virrankosken mukaan systeemitekniikan näkökulmasta on keskeistä, miten tunnettuja säätömenetelmiä tulee soveltaa langattomassa automaatiossa, jossa langaton anturi- ja toimilaiteverkko on osa automaatiojärjestelmää. Avoimet anturialustat ovat tärkeä työkalu sen selvittämisessä.

Lisätiedot

Reino Virrankoski, sähköposti: reino.virrankoski(at)aalto.fi

Virrankoski, Reino (2019). Open Source Platform Development in Wireless Automation under IEEE 802.15.4 Standard. Acta Wasaensia 428. Doctoral dissertation. Vaasan yliopisto. University of Vaasa.

Julkaisun pdf: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-476-877-1

Väittelijän tiedot

Reino Virrankoski on syntynyt vuonna 1974 Kauhavalla. Hän kirjoitti ylioppilaaksi Kauhavan lukiosta vuonna 1993 ja valmistui filosofian maisteriksi Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisestä tiedekunnasta vuonna 2000.

Hän on työurallaan toiminut useissa eri tehtävissä Teknillisessä korkeakoulussa ja Vaasan yliopistossa.  Vuosina 2000–2007 hän toimi tutkijana Teknillisen korkeakoulun systeemitekniikan laitoksella ja vuosina 2007–2010 tietoliikennetekniikan lehtorina Vaasan yliopistolla. Vuosina 2010–2018 hän oli kehittämispäällikkönä Vaasan yliopiston tietotekniikan laitoksella ja hoiti Vaasan yliopiston sulautettujen järjestelmien professuurin (Epanet) tehtäviä lukukausina 2011–2012 sekä 2014–2015. Virrankoski oli vuonna 2003 vierailevana tutkijana Kalifornian yliopistossa sekä vuonna 2004–2005 vierailevana apulaistutkijana Yalen yliopistossa Yhdysvalloissa.

Virrankoski asuu Seinäjoella ja työskentelee nykyään tutkijana Aalto-yliopiston tietoliikenne- ja tietoverkkotekniikan laitoksella.

Väitöstilaisuus

FM Reino Virrankosken automaatiotekniikan alaan kuuluva väitöstutkimus ”Open Source Platform Development in Wireless Automation under IEEE 802.15.4 Standard” tarkastetaan keskiviikkona 25.9.2019 klo 12 Vaasan yliopiston Wolff-auditoriossa.

Vastaväittäjänä tilaisuudessa toimii professori, tutkimusjohtaja Hannu Kari (Maanpuolustuskorkeakoulu) ja kustoksena dosentti Heikki Koivo.