I oktober klubbade Internationella Teleunionen ITU en ny IoT-standard som nyttjar det gamla Dect-bandet. Initiativtagaren är ett ensamt företag – finska Wirepas. Dess mesh-lösning kan nu få globalt genomslag.

– Det fanns en period när vi inte kallade det mesh eftersom ingen av mesh-lösningarna fungerade. Nu är det inget problem, vi är stolta att säga att det är en mesh-teknik som inte har problem med skalbarhet, tillförlitlighet och storskaliga installationer, säger Teppo Hemiä som är vd på Wirepas.

Företaget grundades för lite drygt 10 år sedan och baseras på forskning vid Tammerfors universitet. Där funderade man på hur enorma mängder små batteridrivna och trådlösa sensorer skulle kunna kopplas upp.

”Smart Dust” var ett populärt begrepp.

Forskningen i Tammerfors resulterade i ett halvdussin doktorer, ett 20-tal mastersuppsatser, en bok, och dessutom Wirepas. Företagets teknikchef Ville Kaseva var en av forskarna vid universitetet.

– Man gjorde en del fundamentala innovationer som vi baserar produkterna på. Men vi har tagit det till en helt ny nivå.

Från början utvecklade företaget också egen hårdvara eftersom det inte fanns någon lämplig radiolösning som protokollet kunde köras på. Strategin ändrades dock år 2014.

– Jag letade efter ett ungt uppstartsföretag som ville skala upp och då hittade jag Wirepas och blev superexalterad över protokollet, säger Teppo Hemiä.

Genom att överlåta utvecklingen av hårdvara på andra blev det möjligt för Wirepas att satsa på många fler tillämpningsområden.

– Med vår egen hårdvara var vi inlåsta i en eller två vertikaler och om det blev en succé så skulle ändå någon av de stora halvledartillverkarna vunnit marknaden.

Wirepas började istället ta fram kompletta lösningar för bland annat den norska halvledartillverkaren Nordic Semiconductors kretsar.

– Men för att verkligen kunna skala upp behövde vi engagera oss i standardiseringsarbetet. Vi ville inte gå via IEEE utan ha ett mycket mer holistiskt angreppssätt. Så vi funderade på var det fanns lämpligt spektrum, säger Teppo Hemiä.

Svaret blev Dect, den trådlösa telefonstandarden som förlorat sin betydelse när alla har en egen mobiltelefon. Idag hittar man enstaka Dect-system i speciallösningar för exempelvis sjukhus och i mikrofoner på idrottsanläggningar.

– Vi har personer som deltagit i standardiseringen av alla mobiltelefongenerationer. En av oss har varit Nokias huvuddelegat i 3GPP, en annan deltog i Wifi. En var med och utvecklade Bluetooth.

Företaget gick med i ETSI:s standardiseringsgrupp för Dect och förslog att dess mesh-löning för IoT skulle adderas ovanpå första lagret i protokollstacken.

– De älskade förslaget för det var en viktig fråga för dem att hitta en ny tillämpning för bandet.

Ett formellt förslag till revidering av standarden lämnades i juni 2020 och efter att det stötts och blötts i olika kommittéer antogs det den 15 oktober i fjol av ITU-R och är med som en del av 5G-standarden i IMT-2020.

– Storheten är att ingen annan standard kan använda frekvensbandet, som är globalt bortsett från Kina och några afrikanska länder.

Det flesta andra IoT-lösningar använder antingen cellulära frekvensband eller något av de fria frekvensband som kan användas till lite av varje. Därmed är det antingen en kostnad förknippad med trafiken eller så finns risken att bli störd av andra sändare.

– En bra sak med standardisering är FRAND, att det finns regler för licensiering av patent. Det är bra både för andra företag och för oss.

Mycket av Wirepas är open source och kan laddas ned från Github. Det som måste licensieras är själva kärnan.

För licenstagarna kommer kostnaden i två steg. Dels en startkostnad och så en kostnad för varje enhet som tillverkas.

– Det blir som en del i en materiallista.

Sedan är produkten fri att använda, Wirepas tar inte ut några trafikavgifter eller andra kostnader för användningen.

– Det är en stor skillnad mot mobilnät, säger Teppo Hemiä.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.
Prenumerera kostnadsfritt!

För slutkunden kan det tillkomma avgifter men det hänger på systemleverantörens affärsmodell.

– Nu arbetar vi med Nordic Semiconductor på en första produkt baserad på standarden, som våra pilotkunder kan börja använda under andra halvåret.

Beprövad lösning

Mjukvaran till den mesh-lösning som nu standardiserats av ITU finns redan i miljontals produkter. De körs framför allt på Bluetoothkretsar men under året kommer nya radiokretsar för Dect-bandet.

I motsats till mobilnät och wifi är mesh-nät inte beroende av en router eller basstation för att fungera. Det räcker med att placera ut två noder som är inom räckhåll för varandra för att de ska skapa ett nät. Sedan är det bara att addera fler noder vartefter behovet växer.

– Algoritmerna optimerar nätet dynamiskt. Om du exempelvis har två noder som är nära varandra kommer de att dra ned uteffekten, säger Teppo Hemiä.

Dessutom förhandlar noderna med sina grannar om vilken frekvens och vilken tidslucka som ska användas, för att undvika att de pratar i munnen på varandra.

Här finns ett av företagets centrala patent, hur man förhindrar att synkroniseringen av noderna växer okontrollerat och slukar massvis med energi.

– De lyssnar bara en kort tid vilket inte dränerar batterierna.

Därmed går det att återanvända frekvenserna och tidsluckorna många gånger i nätet vilket gör att det kan bli väldigt stort.

I praktiken är det adresslängden som sätter gränsen på fyra miljoner enheter i ett och samma nät.

När det kommer till realtidsapplikationer kan mesh-nät fungera i vissa tillämpningar trots att det inte går att säga exakt hur lång fördröjningen blir.

– Det finns en trade-off mellan kort fördröjning och låg energiförbrukning. Ta belysning på ett lager som exempel, där kan det ta ett par hundra millisekunder att slå på eller av den.

Wirepas lösning går att konfigurera så att den klarar detta men då går samtidigt energiförbrukningen upp.

– Det finns inga gratisluncher, vill man ha låg energiförbrukning blir det längre fördröjningar i varje hopp. Men det går att skapa en struktur så man kan blanda funktionerna i ett och samma nät, säger Teppo Hemiä och fortsätter:

– Vi fokuserar framför allt på stora installationer, men algoritmerna försöker hålla nere fördröjningarna, vi pratar inte om mer än några sekunder.

Behöver man realtid nedåt mikrosekunden är 5G enda alternativet och ska man koppla upp fordon eller andra saker som rör sig över stora ytor eller mellan länder passar mobilnät också bättre.

– Sen kan man använda vår lösning för exempelvis paketen i en lastbil där varje paket inte behöver vara uppkopplat till mobilnätet.

Annars är en typisk användare ett företag som vill koppla upp sitt lager, maskiner i en fabrik eller annan verksamhet som finns inom ett avgränsat område.

På Wirepas webbsajt går det att hitta runt 300 olika produkter som utvecklats av partners och som använder företagets mesh-teknik för allt från uppkopplade rullager till sensorer.

Det Dect-band som nu blir tillgängligt för IoT-tillämpningar ligger mellan 1 880 MHz och 1 900 MHz med en maximalt tillåten uteffekt på 23 dBm. Det finns inga restriktioner på så kallad duty-cycle vilket används i vissa frekvensband för att förhindra att ineffektiva radiolösningar äter upp allt spektrum.

– Vår första konfiguration kommer att vara elva kanaler på 1,74 MHz vilket ger upp till 3,4 Mbit/s effektiv datatakt.

För att säkra kommunikationen är data krypterat med AES 256 plus att det finns möjlighet att uppdatera mjukvaran i noderna om man exempelvis behöver täppa igen ett säkerhetshål.

– Det går inte att göra med Sigfox och Lora, säger Ville Kaseva.

Meshbaserad IoT-standard med eget frekvensband

Beprövad lösning