JultikaUniversity of Oulu repository

Abstract

These days internet connectivity is listed in the basic needs of human habitat. Internet provides inevitable support in getting knowledge, professional and social connectivity, entertainment media, and in running majority of businesses. Human dependency on internet for efficient, proficient and time saving work has increased the demand of internet connectivity worldwide. The global index shows a percentage increase in internet users from 16% to 48% (of the world population) from 2005 to 2019. The users are accessing internet via different media, inclusive of fixed lines and wireless connectivity. In wireless connectivity by 2019, 86% of the world population is using mobile broadband services offered by different telecom operators in different regions. Around 44.7% of the world population lives in rural areas as projected in 2018. Telecom operators are now seeking to cover all urban and rural, segregated, and dense, plateaus and hills, small and big geographical areas for internet connectivity. The majority of challenges faced by operators for deployment of internet connectivity services are in rural areas. Internet users cited in rural areas experience poor coverage and bad quality of service (QoS) in wireless internet access. This thesis covers the rural area internet connectivity challenges, existing deployable solutions against the challenges, and provides example solutions to overcome these challenges, to provide wireless network coverage in rural areas of Finland.

Many of the existing wireless communication services are directly deployable or adjustable to the remote or rural areas almost the same way as for the urban areas. The major challenge is the low annual revenue per unit and segregated population densities of rural areas, which increase the return of investment time of network service providers. There are other challenges like ease of assembly, technology, backhaul connectivity, and electricity discussed in the thesis. The possible wireless network solutions deployable for wide area network regions and local area network regions are presented in this thesis. Thesis presents all emerging wireless technologies like small cell base station, super tower, balloon Loon project, power line Airgig project, satellite Viasat service, fixed wireless internet, and signal booster. Two possible network solutions for wireless network coverage in rural areas of Finland are analysed in the thesis. Huawei’s RuralStar small cell base station is presented as the first network solution from the viewpoint of network service provider. Hajakaista network services to individual user are presented as the second network solution from the viewpoint of end user. An addition of outdoor router in Hajakaista network architecture is presented as an additional advantage of outdoor Wi-Fi service together with indoor Wi-Fi. The limitations of the network solutions and future work scope are discussed in the discussion part of the thesis.

Langattomia tietoliikenneratkaisuja syrjäalueille

Tiivistelmä

Nykyisin internetyhteys nähdään perustarpeeksi koska se antaa pääsyn tietoon, mahdollistaa ammatilliset ja sosiaaliset yhteydet sekä toimii viihdeväylänä ja tärkeänä osana liiketoimintaa. Tämän vuoksi tarve internetyhteydelle on kasvanut maailmanlaajuisesti. Vuonna 2005 maailman ihmisistä 16 % oli yhteys internettiin ja 2019 48 %. Internetyhteys voidaan saada usealla eri tavalla kuten valokuidulla ja langatonta yhteyttä käyttäen. Vuonna 2019 maailman ihmisistä 86 % käytti langatonta tekniikkaa. Vuonna 2018 44,7 % ihmisistä asui maaseutualueilla. Teleoperaattorit yrittävät kattaa kaikki kaupunki- ja maaseutualueet; eristyneet, tasaiset, kukkulaiset, isot ja pienet maantieteelliset alueet. Suurimmat haasteet ovat maaseudulla, jossa ihmiset kokevat huonoa yhteyspeittoa ja yhteyden laatua. Tämä diplomityö tarkastelee, miten nykyisiä langattomia järjestelmiä voitaisiin käyttää maaseudulla toimivien yhteyksien luomiseksi. Työ esittää kaksi esimerkkiratkaisua Suomen olosuhteisiin.

Monet nykyisin kaupungeissa käytettävät ratkaisut ovat suoraan tai lähes suoraan sovellettavissa maaseudulle. Päähaasteet ovat matala vuosittainen yksikkötuotto ja hajallaan olevat alueet, jotka syyt kasvattavat investoinnin kuoletusaikaa. Muita haasteita ovat asennus, teknologia, siirtoyhteydet (tukiasemasta verkkoon) ja sähkön saanti, joita tarkastellaan työssä. Mahdollisia langattomia ratkaisuja ovat laajan alueen ja paikalliset ratkaisut, kuten työssä tuodaan esille. Työ tarkastelee solukkoverkkoja, supertornia, palloprojekti Loonia, sähkölinjoihin pohjautuvaa Airgig-projektia, Viasat-satelliittiratkaisua, kiinteää solukkoyhteyttä ja signaalin passiivista vahvistamista. Työ esittää kaksi ratkaisumallia Suomen olosuhteisiin. Toinen perustuu Huawein RuralStar-kevyttukiasemaan, jolla voi jatkaa operaattorin verkkoa. Toinen ratkaisu on kuluttajalähtöinen ja se perustuu Hajakaista Oy:n ratkaisuun. Siinä lisätään Hajakaista Oy:n perusratkaisun eli talon sisäisen Wi-Fi-verkon rinnalle ulkoinen Wi-Fi-verkko. Ratkaisujen rajoitteita tarkastellaan työn keskusteluosuudessa.