Pieni maailma dynaamisille langattomille kyberfyysisille järjestelmille

Väitöstutkimuksessa on kehitetty uusia teknisiä menetelmiä ja ratkaisuja dynaamisten ja liikkuvien sulautettujen laitteiden kanssa tapahtuvan etäinteraktion mahdollistamiseksi kyberfyysisissä järjestelmissä.

Kyberfyysiset järjestelmät (engl. cyber-physical systems) pohjautuvat systeemin ja sen sisältämien laitteiden kykyyn monitoroida fyysistä maailmaa, kommunikoida, laskea ja ohjata toimintaa informaation perusteella yhteistyössä muiden järjestelmän laitteiden ja palveluiden kanssa. Tällaisten järjestelmien soveltaminen on erittäin voimakkaassa kasvussa teollisuudessa ja myöskin kuluttajamaailmassa, puhutaan myös M2M-järjestelmistä, laitteiden Internetistä (engl. Internet of Things) ja teollisesta Internetistä (engl. industrial Internet).

Tutkimuksessa selvitettiin voisiko olla teknisesti mahdollista kytkeä dynaamiset ja langattomat laitteet yhteentoimivaksi kyberfyysiseksi järjestelmäksi siten, että alun perin sosiaalitieteissä havaittua ns. pienen maailman paradigmaa voitaisiin soveltaa myös niihin. Pienen maailman paradigma perustuu havaintoon, jonka mukaan kaikki ihmiset ovat kytkeytyneet sosiaalisissa kommunikointiketjuissa keskenään keskimäärin kuuden muun ihmisen kautta.

Tutkimuksen tuloksena syntyi useita uusia teknisiä menetelmiä ja ratkaisuja, joita kuvataan lyhyesti seuraavassa.

Virtuaalisia dynaamisia kommunikointitiloja tarvitaan, koska muutoin sulautettujen laitteiden omistajat jäisivät langattomissa tilanteissa epäselviksi ja pääsyoikeudet olisi vaikea määritellä. Dynaamisia konfigurointi- ja palveluiden etäkäyttöratkaisuja tarvitaan, koska laitteita ja tuoteversiota on paljon ja niiden läsnäolo järjestelmässä on dynaaminen.

Kommunikoinnin kerrosverkko tarvitaan, koska laitteiden sijainnit ja osoitteet ovat dynaamisia ja niiden omistajalla on usein turvallisuussyistä tarve määritellä kuka laitteiden kanssa saa kommunikoida. Älykäs liityntäjärjestelmän valinta ja liikkumisen tuki tarvitaan, jotta ihmiset ja laitteet kykenevät jatkamaan palveluinteraktiota laitteiden kanssa sujuvasti riippumatta muuttuvasta paikasta. Turvallista dynaamista verkotusratkaisua tarvitaan takaamaan se, että viestiliikenne kulkee turvallisten laitteiden kautta häiritsemättä tarpeettomasti muita.

Tilannetietoista opportunistista reititystä tarvitaan tilanteissa, joissa yhteyttä kommunikoinnin kohteeseen ei ole käytettävissä silloin kuin on kommunikointitarve dynaamisissa verkoissa. Hierarkkinen verkotus ja ohituslinkit luovat mahdollisuuden parantaa järjestelmän skaalautuvuutta, mahdollistavat viiveiden pienentämisen, suorituskyvyn parantamisen ja tehonkulutuksen alentamisen välisolmuissa.

Tutkimuksen tuloksena syntyneet uudet menetelmät ja ratkaisut mahdollistavat ja helpottavat verkkojen yli tapahtuvaa etäinteraktiota sulautettujen laitteiden kanssa. Niiden arvioidaan helpottavan merkittävästi sulautettujen laitteiden tuomista ihmisten/organisaatioiden välisen pienen maailman osaksi dynaamisissa ja langattomissa kyberfyysisissä järjestelmissä. Tällaista etäinteraktiota arvioidaan tarvittavan eräänä keskeisenä toiminnallisuutena tulevaisuuden teollisuuden ja kuluttajamaailman langattomissa ja liikkuvissa kyberfyysisissä järjestelmissä.