Private LTE network : design and suitability for marine usage

Abstract

Digitalisaation edetessä myös perinteiset teollisuuden alat ja niiden käyttämät sovellukset ovat siirtyneet hyödyntämään alustoja, jotka vaativat edistyksellisiä tietoliikenne tapoja ja aiempaa enemmän tietoliikennekaistaa. Yhtenä tällaisena perinteisenä teollisuuden alana voidaan pitää myös laivateollisuutta. Laivateollisuudessa yhtenä selkeänä digitalisaaton trendinä on selvästi nähtävissä alusten etä- ja automaattiohjaus. Tässä työssä yhtenä haasteena on nykyaikaisten tekniikoiden sulauttaminen laivateollisuuden tarpeisiin niin, että luokituslaitosten ohjeistusta saadaan seurattua ja vaadittu turvallisuustaso säilytettyä siirrettäessä toimintoja ihmiseltä koneelle.

Tämä opinnäytetyö kartoittaa yhtä potentiaalista tietoliikennetekniikkaa, jolla voitaisiin tukea tietoliikennekaistan riittävyyttä alueellisesti ja tietyille sovelluksille. Tällaisena tekniikkana tässä tutkitaan yksityisten LTE-verkkojen soveltuvuutta erityisesti etäohjattujen ja autonomisten alusten tarkoituksiin. Tässä opinnäytetyössä esitellään LTE-verkon toimintaa, suorituskyvyn mittaamista ja luokituslaitoksen vaatimuksia tietoliikenteelle. LTE-teknologia esitellään yleisesti ja näkökulmasta, joka taustoittaa mitä pitää huomioida suunniteltaessa yksityisen LTE-verkon hyödyntämistä mainittuun tarkoitukseen. Esimerkkinä luokituslaitoksen säännöistä ja ohjeista käytetään DNV GL:n, yhden maailman tunnetuimman luokittajan laatimia materiaaleja ja niissä käytettyjä referenssejä.

Tämän opinnäytetyön pohjalta voidaan yksityisen LTE-verkon nähdä tarjoavan hyvin potentiaalisen teknologisen ratkaisun, jolla saataisiin alueellisesti turvattua kaivattua kaistaa laivojen etäohjaukseen ja autonomisten alusten toiminnalle. Erityisesti tekniikka olisi soveltuva tietyllä maantieteellisellä alueella toimivalle liikennöinnille, kuten lauttaliikenteelle. Jotta kyseisen tekniikan voitaisiin nähdä olevan linjassa luokituslaitoksen ohjeiden kanssa, pitäisi kuitenkin redundanttisuutta lisätä mieluiten jollakin toisella langattomalla tekniikalla tai kahdentamalla yksityisen LTE-verkon laitteisto ja sen tarvitsemat resurssit.

As digitalization evolves, legacy industries and their applications have also moving towards using platforms which requires sophisticated telecommunication solutions and higher data bandwidths. The marine industry can be considered as one of these legacy industries. One of the trends within marine industry is the development toward remote- and autonomous shipping. One of the challenges within this work is embedding modern technologies for marine industry so that classification guidance can still be followed and the required safety level kept when moving functions from man to machine.

This thesis makes a survey in to one of the potential telecommunication systems which could support providing enough bandwidth for limited geographical areas and for certain applications. Private LTE is a technique that will be studied and especially from perspective of remote- and autonomous shipping requirements. LTE network functionality, its functions and ways how to measure performance of LTE network to get objective evidence of the network performance will be presented. An insight into the requirements set by classification societies for telecommunication systems will also be covered. DNV GL, one of the world’s best-known classification societies has been used as an example of what kind of rules and guidelines has been set.

Based on the studies within this thesis, private LTE networks can be seen as a potential technological solution to secure required data bandwidth for remote- and autonomous shipping within certain, limited geographical areas. Especially it could be an effective way to arrange secured bandwidth for certain type of marine traffic, such as ferries sailing the same route. In order to be in line with the classification ruling, redundancy would still be required and the most preferably be arranged with some other radio technology or by doubling the equipment and resources of private LTE.