Tiistai 20. syyskuuta 2022

  5G:n lupaukset ja suomalaisten internet-liittymien kehitys viime vuosina


  Tiedon valtaväylän alkuvaiheet

Lankapuhelinverkkoa alettiin rakentamaan Suomeen noin 160 vuotta sitten.
Aluksi ei ollut olemassa mitään puhelinnumeron käsitettä, vaan seinäpuhelimen
kammesta kääntäminen soitti puhelinkeskuksessa olevaa kelloa, jolla sai
puhelinkeskustyöntekijän eli niinkutsutun sentraalisantran huomion.
Puhelimeen kerrottiin, kenelle haluttiin soittaa, ja puhelinkeskustyöntekijä
yhdisti johdot edessään olevassa paneelissa niin, että puhelinlinjaa pitkin
välittyi analoginen äänisignaali kahdessa eri talossa sijaitsevien
seinäpuhelinten välillä. Tällä periaatteella lankapuhelimet toimivatkin
melko pitkään, ennen kuin puhelinnumerot ja automaattiset puhelinkeskukset
yleistyivät.

Puhelinverkkoon liityttiin useimmin hankkiutumalla paikallisen
puhelinosuuskunnan jäseneksi. Liittymismaksuun sisältyi puhelinkaapelin veto
talon seinään, ja näin puhelinverkko laajenikin verrattain nopeasti kattaen
lopulta lähes jokaisen asutun talon ja liikerakennuksen. Varsinkin Lapin,
Pohjois-Savon ja Kainuun maakunnissa, joissa sähköistyminen eteni hitaammin
kuin muualla maassa, oli puhelinliittymä todennäköisesti sähköliittymää
yleisempi vielä 60- ja 70-luvuilla.

On sanomattakin selvää, että siinä vaiheessa, kun kotitietokoneet
yleistyivät, tietoliikenneyhteyksien saatavuus Suomessa oli laajalle
levinneen lankapuhelinverkon ansiosta hyvä. Jo ennen internetin yleistymistä
pystyi puhelinverkon kautta siirtämään informaatiota pitkiä matkoja kahden
tietokoneen välillä, mikä mahdollisti BBS-purkit ja niiden ympärille
rakentuneen kulttuurin. Myöhemmin sekä operaattorit että operaattoreista
riippumattomat toimijat alkoivat tarjota omia datapuhelinpalveluitaan,
joiden kautta sai IP-paketit reitittymään internet-verkkoon.

Pitkään tietoliikenneyhteydet olivat kuitenkin käytännössä lähinnä
sosioekonomisesti vähintään keskiluokkaan kuuluneiden ihmisten huvia, mutta
asiaan tuli muutos kiinteähintaisten laajakaistaliittymien saatavuuden
parantuessa noin vuosien 2003 ja 2007 välillä. Samalla myös yhteyksien
kaistanleveydet kasvoivat - kun ISDN-yhteydellä oltiin päästy korkeintaan
128 kb/s kaistanleveyteen ja modeemiyhteydellä kaistanleveys jäi sitäkin
pienemmäksi, niin ADSL-laajakaistaliittymissä kaistanleveydet lähtivät
256 kilobitistä sekunnissa ja nousivat nopeasti useisiin megabitteihin.
Lopulta ADSL-tekniikan maksiminopeudeksi tuli 24/3 Mb/s, mutta VDSL2-
tekniikka saavuttaa kupariverkon kautta jopa sadan megabitin kaistanleveyden.


  Mobiililaajakaistojen yleistyminen

Uudelle vuosituhannelle siirryttäessä myös matkapuhelinverkko alkoi nopeasti
laajentua, ja melko nopeasti peittoaluetta oli jo koko Suomi aivan
syrjäisimpiä erämaita lukuunottamatta. Luonnollisesti myös tekniikoita
internetin saavuttamiseksi mobiiliverkosta käsin alettiin kehittää. 
Matkapuhelinverkon puheluiden äänenlaatu ei mahdollista datapuhelun
soittamista modeemilla, mutta matkapuhelinverkkoon oli kehitetty oma
digitaalinen tiedonsiirtotekniikkansa, jota kutsutaan GSM-dataksi.
GSM-datan kaistanleveys on 9600 bittiä sekunnissa.

Myöhemmin myös pakettikytkentäinen GPRS yleistyi. Aluksi GSM-datapuhelujen
ja GPRS-tiedonsiirron korkea hinta (joka oli datapuheluilla minuuttikohtainen
ja pakettikytkentäisellä GPRS:llä megatavukohtainen) hidasti mobiili-
internetin yleistymistä, mutta vähitellen myös GPRS-liittymiä alkoi saada
kiinteähintaisena. Edulliset "mokkulat" saavuttivat suuren suosion nopeasti,
vaikka mobiiliverkon kautta yhteyden laatu jäikin - ja jää edelleen - 
toiseksi verrattuna lankapuhelinverkon kautta toimivaan yhteyteen. GPRS-
tekniikalla saavutetun kaistanleveyden teoreettinen maksimi on 144 kilobittiä
sekunnissa, mutta käytännössä kaistanleveys jää yleensä 30 - 40 kb/s tasolle.
Myös latenssit mobiiliyhteyksillä ovat huomattavasti langallisia yhteyksiä
suuremmat.

Aluksi "mokkulaliittymien" mukana tulevat päätelaitteet olivat ulkoisesti
USB-muistitikun näköisiä 2G- tai 3G-modeemeja, joilla ei yleensä saada hyvin
toimivaa yhteyttä. Signaalin laatu jää huonoksi ja päätelaitteissa on myös
paljon firmware-bugeista johtuvia kaatumisongelmia. Useat päätelaitteet
eivät myöskään toimi ilman ajuria, jonka saa ainoastaan Windowsille. Vielä
nykyäänkin mobiililaajakaistaliittymille on hankala löytää hyvin tehtyjä
luotettavia päätelaitteita, minkä vuoksi varsinkin yrityskäyttöön pyritään
yleensä hankkimaan langallinen nettiliittymä.



  "Laajakaista kaikille" -hanke

Vuonna 2008 aloitetun "Laajakaista kaikille"-hankkeen tavoitteena oli saada
jokaiseen asuttuun taloon ja yrityskiinteistöön kaistanleveydeltään sata
megabittiä sekunnissa oleva laajakaista vuoteen 2015 mennessä. Lähtötilanne
oli, että käytännössä jokaiseen kiinteistöön sai ADSL-tekniikalla vähintään
jonkinlaisen laajakaistaliittymän. Tavoitteeseen olisi siis periaatteessa
päästy joko VDSL2-tekniikalla (joka olisi useimmissa paikoissa vaatinut vain
lankapuhelinverkon parantelua) tai valokuidulla. Tukirahoilla kuitenkin
jostain syystä tuettiin ainoastaan valokuidun rakentamista - tavoitteeseen
ei saanut päästä olemassaolevaa lankapuhelinverkkoa hyödyntämällä.

Yksityiset toimijat, joiden omistukseen koko aiemmin kansan rahoilla
rakennettu lankapuhelinverkko oli mm. Soneran yksityistämisen myötä valunut,
vetäytyivät hankkeesta heti alussa, ja toteutus jäi kuntien vastuulle.
"Kolme suurta" puhelinoperaattoria siirsi liittymämyynnin painopisteen
etenkin haja-asutusualueella mobiililaajakaistoihin, joita markkinoitiin
erityisesti halvalla hinnalla - yhteyden laadullahan niitä ei voinut kehua.

Useissa kunnissa perustettiin yhtiöitä, joiden tarkoitus oli valtion tuella
rakentaa alueelle laajakaistaliittymiä tukeva infrastruktuuri. Yhtiöiden
menestys tehtävän onnistumisessa oli vaihtelevaa, mutta yleisesti ottaen
voidaan todeta koko hankkeen olleen katastrofi. Vain harvassa kunnassa
päästiin tavoitteeseen ja monessa työ jäi kesken rahoituspohjan käytyä
kestämättömäksi. Hanke päättyi vuonna 2015, ja virallisten lukujen mukaan
70 prosenttia tavoitteesta saatiin täytettyä. Parhaiten onnistuneet maakunnat
ovat muuttotappioalueita, joissa valtio maksoi suhteessa suurimman osan
hankkeesta, joten on mahdollista, että rakennetun verkkoinfrastruktuurin
käyttöaste jää matalaksi. Useita kuntia joutui talousvaikeuksiin hankkeeseen
kohdistettujen rahojen loputtua kesken.

Hanke sai Euroopan Unionilta vuoden 2015 joulukuussa lisärahoitusta vuoteen
2019 asti. Tänä aikana lankapuhelinverkkoa alettiin purkamaan etupäässä
yksityisten puhelinoperaattorien toimesta, ja yleensä tilalle ei ole tullut
yhtään mitään, kuidusta kun olisi pitänyt maksaa. Tilanne onkin nurinkurinen
 - samalla, kun julkisilla rahoilla rakennetaan huippunopean laajakaistan
mahdollistamaa infrastruktuuria muuttotappioalueille, puretaan niin ikään
kansan rahoilla rakennettua lankapuhelinverkkoa pois yksityisten yritysten
toimesta, ja kupariverkkoa käyttävän laajakaistaliittymän tilalle myydään
pelkkää ominaisuuksiltaan ja hinta-laatu-suhteeltaan huomattavasti heikompaa
mobiililaajakaistaa. Lankapuhelinverkon on määrä olla kokonaan purettu
vuoteen 2023 mennessä.

Laajakaista kaikille -hankkeesta huolimatta ollaan siis menty niin sanotusti
ojasta allikkoon. Lähtötilanteessa käytännössä jokainen taajama-asuja pystyi
hankkimaan kotiinsa ADSL2+-standardin mukaisen liittymän, jonka kaistanleveys
olisi ollut 24/3 Mbps (down/up). Välimatkan lähimpään puhelinkeskukseen
kasvaessa suurin mahdollinen kaistanleveys laski, mutta sekä kaistanleveys
että latenssi olivat silti yleensä vähintään kolmasosa tuosta tasosta.
Vertailun vuoksi tilalle tulleilla mobiililaajakaistoilla pääsee hädin tuskin
puoleen noista kaistanleveyksistä ja latenssit voivat olla moninkertaisesti
suuremmat. Mobiililaajakaistoja myydään tietyllä nimelliskaistanleveydellä,
ja asiakkaalle luvataan vähintään tietty minimikaistanleveys, joka toteutuu
myös tukiaseman ollessa ruuhkautunut.

Käytännössä mobiililaajakaistoilla toteutuvat kaistanleveydet ovat yleensä
alle neljäsosan luokkaa liittymän nimelliskaistanleveydestä ja sekä
kaistanleveyden että latenssin vaihtelu on suurta. Maston ollessa kovin
ruuhkautunut myös hukkaan menevien pakettien osuus on korkea. Signaalin
kantavuudessa on myös eroja eri verkkotekniikoiden välillä. 2G-signaali
kantaa pisimmälle, mutta antaa korkeintaan GPRS-tekniikan mukaisen
kaistanleveyden ja noin 600 ms luokkaa olevan latenssin. Toisiksi paras
kantavuus on 3G-signaalilla, jolla ei myöskään saa läheskään ADSL-liittymän
tasoista yhteyttä. 4G:n kantomatka taas on yleensä korkeintaan alle kilometri
ja välimatkan kasvaessa sekä signaalin että internet-yhteyden laatu huononee.

Jää nähtäväksi, missä määrin 5G-tekniikka kykenee lunastamaan lupauksensa
nopeista, suorituskykyisistä ja luotettavista internet-liittymistä. 3G-verkko
on tarkoitus purkaa kokonaan pois vuoden 2023 aikana ja 3G:n käyttämät
taajuudet tulevat matalan taajuuden 5G-verkon käyttöön. Matalan taajuuden
5G:n pitäisi olla signaalin kantavuuden osalta yhtä hyvä kuin 3G, mutta
matalan radiotaajuuden käyttö väkisinkin rajoittaa suurinta mahdollista
kaistanleveyttä, joka jää siis huomattavasti matalammaksi kuin korkeampia
taajuuksia käyttäen. Myös latenssi tulee olemaan muiden mobiiliyhteyksien
tavoin pitkä. Jos matalan taajuuden 5G ei edelleenkään pärjää edes ADSL:lle,
niin yhteyksien laadussa jäädään edelleenkin parhaita vuosia huonommalle
tasolle.


  Mobiililaajakaistojen ja kiinteiden internet-yhteyksien vertailua

Mobiililaajakaistaliittymät ovat alusta asti olleet ominaisuuksiltaan
huonompia kuin kiinteät internet-liittymät, mikä johtuu todennäköisesti
siitä, että niitä on markkinoitu alusta asti ensisijaisesti kuluttajille.
Tyypillisesti mobiililaajakaistaliittymän käyttäjää pidetään CGNATin tai
vähintäänkin verkko-operaattorin kontrolloiman SPI-palomuurin takana.
Julkisia IP-osoitteita käyttäjälle annetaan korkeintaan yksi kappale.
Mobiiliyhteyksiä myös rajoitetaan mm. porttiblokkauksin huomattavasti enemmän
kuin kiinteitä yhteyksiä huolimatta siitä, että Viestintäviraston suositukset
ja EU:n verkkoneutraaliusdirektiivi periaatteessa kieltävät turhat
rajoitukset.

Perinteisesti kiinteisiin internet-yhteyksiin on kuulunut kiinteästi
internetin peruskäyttöön liittyviä lisäpalveluita kuten kotisivutilaa ja oma
sähköpostilaatikko. Mobiililaajakaistoihin näitä palveluja ei normaalisti
sisälly, vaan käyttäjät ajetaan kolmannen osapuolen pilvipalveluiden piiriin,
mikä tekee esimerkiksi tiedostojen jakamisesta internetissä hankalampaa.


  Lankapuhelinverkon, matkapuhelinverkon ja valokuidun vertailua

Kuten artikkelin ensimmäisessä osassa kirjoitin, lankapuhelin tuli moneen
taloon jo ennen sähköliittymää. Tämä oli mahdollista, koska lankapuhelin
saa tarvitsemansa käyttöjännitteen puhelinverkon kautta. Lankapuhelinverkko
on erittäin vähävirtainen ja kykenee esimerkiksi pitkän sähkökatkoksen
sattuessa pysymään valmiustilassa viikkokausia hyvinkin vaatimattomalla
varavirtavarmistuksella. Tämä on ollut myös strateginen etu, jonka varaan on
aiemmin varautumissuunnitelmissa laskettu mahdollisissa yhteiskunnallisissa
poikkeusoloissa tapahtuva kommunikaatio.

Kännykkäverkko kuluttaa lankapuhelinverkkoon verrattuna monituhatkertaisesti
sähköä ja järeistä varavirtavarmistuksista huolimatta useimmat tukiasemat
pystyvät toimimaan korkeintaan tunteja sähkönsyötön katkettua. Sekä
kännykkä- että kuituverkossa ongelmaksi muodostuu myös päätelaitteiden
sähkönsyöttö, kun laitteiden käyttämää virtaa ei voida syöttää samaa reittiä
signaalin kanssa. Internet-käytössä asialla ei ole suurtakaan merkitystä,
koska tietokone modeemeineen tarvitsee joka tapauksessa oman virtalähteensä,
mutta lankapuhelinverkon purkaminen saattaa heikentää huomattavasti
kommunikaatiomahdollisuuksia normaaliolojen poikkeustilanteissa kuten
pitkien sähkökatkojen aikana. Toki tavallisella kotikäyttäjälläkin voi olla
mahdollisuus käyttää tietokonetta sähkökatkoksenkin aikana esimerkiksi
aggregaatista tai aurinkosähköjärjestelmästä peräisin olevalla virralla,
jolloin myös internettiin pääseminen jää kiinni ainoastaan puhelinverkon
varavirran riittävyydestä.

Perinteinen lankapuhelinverkko on myös yksinkertaisuutensa vuoksi helppo
korjata ja halpa ylläpitää, koska katkenneiden kaapelien korjaamiseen ei
tarvita erikoistyökaluja. Kaapelin päät voidaan liittää väliaikaisesti
yhteen vaikka ilman työkaluja ns. "viestimiehen solmulla". Valokuidun
korjaaminen taas ei onnistu ilman erikoistyökaluja tai -varaosia, mikä voi
lähitulevaisuudessa tulla ongelmaksi, mikäli näiden työkalujen ja varaosien
saanti muuttuu jostain syystä epävarmaksi. Valokuituinfrastruktuurin tultua
käyttöikänsä loppupuolelle yleistyvien vikojen korjaaminen tulee olemaan
huomattavasti kalliimpaa kuin se on ollut lankapuhelinverkon kanssa.