meta data for this page
  •  

====== Tom Carne======, VALMIS

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Itselle tulee sanasta tietoliikenne mieleen kaikenlainen sähköinen tiedonsiirto erilaisten päätelaitteiden välillä. Siirrettävä data liikkuu siirtotiessä ykkösinä ja nollina, bitteinä. Itse tiedonsiirto voi tapahtua langattomien verkkojen tai sitten fyysisiä siirtoteitä, lähinnä kuparikaapelia tai valokuitukaapelia, hyödyntäen. Kriittisiä asioita tietoliikenteen onnistumisessa on tiedonsiirron onnistuminen, ts. vastaanotetun datan virheettömyys ja sitten toisaalta tiedon salaaminen siten, että ulkopuoliset eivät itse tietoon pääse käsiksi vaikka raakadataa onnistuvatkin sieppaamaan.

Kiinnostava aihealue on mobiili tiedonsiirto. Esim. missä kulkee tiedonsiirronnopeuden raja nykyisellä tekniikalla. Aika harvoin pääsee hyödyntämään edes 3G-verkon tarjoamaa nopeutta. Varsinkaan kun verkon peitto on lähinnä kaupunkien ydinkeskustat ja signaalin lähetys- ja vastaanotto ei kunnolla onnistu edes näissä paikoissa liikkuvasta ajoneuvosta. Mitä tulee tarjoamaan 4G?

Onko mahdollista rakentaa ”kaikenkattava” WLAN-verkko, jossa päästään jatkuvasti esim. yli 54 Mbit/s (802.11g) taikka jopa 540 Mbit/s (802.11n) tiedonsiirtonopeuden? Taikka vielä nopeampi? Ja tämän verkon pitää toimia liikkuvissa laitteissa, ts. tiedonsiirtomahdollisuus autosta, junasta ja lentokoneesta käsin ja päinvastoin.

Hieman edellisiin liittyen WLAN- ja nykyisten mobiiliverkkojen tietoturva epäilyttää. Luulenpa, että hyvät mahdollisuudet salatunkin datan sieppaamiseen ja dekryptaamiseen on jo olemassa. Mutta miten käytännössä?

Ja koska vauhti kiehtoo - aina, niin sama tiedonsiirron maksimaalinen nopeus askarruttaa mieltä myös ns. langallisella puolella. Kuinka nopeita yhteyksiä on mahdollista saada yksittäisiin asuntoihin nykyisellä kuparikaapeleihin (puhelinkaapeli) perustavalla tekniikalla? Ja entäs sitten kun hypätään valokuituihin? Jostain luin, että jotain kokeiluja uusimman formaatin teräväpiirtokuvalla (jotain 7600×4300 pikseliä) oli tehty, ja tarvittava kaistanleveys vaatimattomat 20+ Gbit/s. Ei taida olla arkipäivää ihan vielä?

Lopuksi yksi polttava käytännön ongelma: pätkivä kiinteä nettiyhteys, mikä aiheuttaa sen, että yrityksen VPN-yhteys putoaa pois päältä ja kaikki VPN-kautta pyörivät prosessit joutuu lataamaan uudestaan yhteyden taas toimiessa. Kyse on siis pelkästä hetkellisestä nyykähdyksestä, mutta miten selvittää johtuuko vika VPN-softasta, modeemi/reitittimestä, nettiyhteuden palveluntarjoajasta…Pieni, mutta kiusallinen vika, jota ei tavallisessa työnteossa/surffailuss edes huomaa, mutta VPN:ää käytettäessä aiheuttaa ikäviä tilanteita.

Ennakkotehtävä 1.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Valitettavasti en päässyt fyysisesti paikalle, mutta luentomonisteita jälkikäteen lukiessani päällimmäiseksi jäi mieleen kerrosarkkitehtuuri. Päivän tärkein sanoma oli erilaiset kerrosmallit ja eri kerroksissa käytettävät protokollat.

Luentopäivä 2: Luentopäivä alkoi pistareilla, johon olin “valmistautunut” edelliskerran luentomonisteita selaillessani. Pistarit sinänsä olivat positiivinen tapa laittaa opiskelija miettimään oppimaansa jo ennen varsinaista tenttiä. Luulenpa, että pistareissa kysyttiin juuri nimenonaan niitä ydinkysymyksiä. Toisen luentopäivän mielenkiintoisinta antia olivat tiedonsiirto ja erilaiset tiedonsiirtotiet. Standardit ovat varmasti tärkeitä, mutta ei niin paljon intohimoja herättävä aihe.

Luentopäivä 3: Ja taas alkoi luennot pistareilla. Jotenkin tuntui toiset pistarit vaikeammilta, vaikka olinkin nyt ollut luennolla kuuntelemassa. Ehkä sen takia jäi asioiden pikainen kertaus pois ennen pistareita, mikä kostautui varmasti myös saaduissa pisteissä. Viimeisellä luennolla tuli uutta asiaa vinhalla vauhdilla, eikä kaikkea ollut kapasiteettia omaksua sillä hetkellä. Toivottavasti tenttiin mennessä aukeaa… Mielenkiintoisinta antia oli ehdottamasti erilaiset kanavointitekniikat.

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: Pyri kuvaamaan ennakkotehtävässä määrittelemäsi termit/aihepiirit/kokonaisuudet yhdessä kuvassa. Ryhmittele asiat mielekkäällä tavalla. Voit valita näkökulmasi.

kotitehtaevae_1_tcarne.pdf

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Kotitehtävässä 1 luotiin kokonaisnäkemys tietoliikenteen alueesta aiempien termien kautta. Kotitehtävässä 2 keskitytään johonkin oleelliseen osaan kokonaisuudesta (oman mielenkiinnon mukaan valittavissa) ja skenaarion/käyttötapauskuvauksen avulla selvitetään mitä ko. osa-alueella oikeasti tapahtuu.

Pääsen (lue: joudun) työni puolesta matkustamaan paljon ja ilokseni kotimainen VR alkoi vihdoin ja viimein tänä vuonna tarjota matkustajille laajakaistayhteyttä tietyissä junistaan, siis käytännössä Pendolinoissa. Ulkomailla tämä mahdollisuus on ollut tarjolla jo useita vuosia, useimmiten kyllä maksua vastaan. Mutta koska lentokoneet ovat vielä käytännössä yhteydettömiä paikkoja, niin minua alkoi kiinnostaa mikä on se tekniikka/tekniikat joihin lentoyhtiöiden ”airplane wifi” perustuu.

Tässä pienen selvitykseni tulos: Alkuun pienenä kuriositeettina, että vuonna 2008 nettiyhteys löytyi vain n. 25 koneesta, vuonna 2009 n. 800 koneesta ja tänä vuonna määrä on kääntynyt räjähdysmäiseen kasvuun ja lomatkustajat käyttävät nettiyhteyksiin rahaa jo noin 36 miljoonaa euroa. In-Statin mukaan lentokoneiden nettiyhteyksien käyttämisestä tulisi vuonna 2012 jo miljardin dollarin liiketoimintaa (yli 750 miljoonaa euroa).

Ensimmäisenä markkinoille ehtinyt palvelu on Aircellin toimittama Gogo, maasta ilmaan 3 Mhz kaistanleveydellä toimiva laitteisto. Se toimii Pohjois-Amerikan mantereella. Teknologia perustuu TIA-856-A Evolution Data Optimized (EV-DO) standardille. Tällä ei vielä päästä kovin suuriin tiedonsiirtonopeuksiin, mutta tuleva päivitys LTE-teknologiaan mahdollistaa downlink peak nopeuden 100 Mbit/s, ja uplinkin 50 Mbit/s.

Jotkut lentoyhtiöt taas luottavat Wi-Fi teknologiaan, joka kytkee lentokoneet internetiin geostationaaristen satelliittien välityksellä käyttäen hyväksi Hughes Network Systems (HNS) globaalia satelliitti infrastruktuuria. Kaupallinen valmistaja tällaiselle laitteistolle on Row 44. Row 44 sai onnistuneiden kokeiden jälkeen virallisen hyväksynnän USA:n kansalliselta kommunikaatiokomissiolta vasta elokuussa 2009, noin vuosi Gogon jälkeen. Row mahdollistaa 10 Mbit/s signaalin jokaiseen koneeseen. Tämä signaali luonnollisesti jaetaan kaikkien käyttäjien kesken.

Row 44 tullee lopulta olemaan näistä kahdesta vaihtoehdosta se globaalisti suositumpi tekniikka, koska se kykenee tarjoamaan Wi-Fi -yhteyden myös valtamerien ja kaikkien mantereiden yläpuolella.

Ainakin toistaiseksi Wi-Fi on rajoitettu ainoastaan datan siirtoon, VoIP:a ei sallita lentokoneessa.

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus: Valitse haluamasi aihealue (esim. omasta terminologiastasi/aihepiirilistasta (oppimispäiväkirja)) Etsi aihepiiriin liittyvä protokolla Tutustu protokollaan (rakenne, logiikka, viestit, …) ja mieti kuinka protokolla vaikuttaa valitsemasi aihepiirin toimintaan.

Jatkoin kotitehtävä 2:n lentokone Wi-Fi:n penkomista. Mainitsinkin jo siinä, että maasta – ilmaan linkki (Gogo-palvelu) perustuu Telecommunications Industry Associationin standardiin TIA-856-A [E] (February 2007) =”cdma2000® High Rate Packet Data Air Interface Specification”. Se on laajennus alkuperäiseen TIA-95-A (October 2004) standardiin “Mobile Station-Base-Base Station Compatibility Standard for Wideband Spread Spectrum Cellular Systems”. Tämä määritteli Code Division Multiple Access (CDMA) teknologian, joka on johtava standardi matkapuhelinverkoissa esim. USA:ssa, Kanadassa, Japanissa, Koreassa ja Israelissa.

EV-DO ”Evolution Data Optimized protokolla on siis osa CDMA2000 stardardia. Tällä sivustolla on kuvattu CDMA2000 eri protokollien (A1, A3, A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14 ja A15) toiminta yksityiskohtaisesti:

http://www.protocols.com/pbook/cdma2000.htm

Ensimmäisen vaiheen CDMA tuki pakettidatan siirtonopeutta 144 kbps ja tämä toisen vaiheen EV-DO tukee siirtonopeuksia aina 2 Mbit/sek saakka. Kolmas vaihe EV-DV tulee mahdollistamaan vielä korkeampia nopeuksia, samanaikaisen ääni- ja datakanavan ja paremman laadun.

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus: Tunneilla käytiin läpi erilaisia siirtoteitä ja siirtoteillä käytettyjä tiedonsiirtomenetelmiä. Valitse jokin “tuttu” järjestelmä (esim. Oppimispäiväkirjaan valitsemasi, GSM, GPS, Digi-TV). Etsi verkosta tietoa kuinka juuri kyseisessä järjestelmässä tiedon siirto on hoidettu. Esim. Fyysinen siirtotie, Bittien esitys siirtotiellä, Modulointi etc. tekniikka, Datan esitysmuoto vs. signaalit

Digi-TV on hyvinkin läheinen esimerkki digitaalisesta tiedonsiirrosta Olemme aikoinaan liittyneet kaapeliverkkoon, joten meidän talossa digi-tv tulee kotiin Soneran kaapeli-TV –verkkoa hyödyntäen. Siksi keskityn tähän tiedonsiirtotapaan.

Standardista käytetään nimeä DVB-C (Digital Video Broadcasting – Cable). Muita vaihtoehtoisia tiedonsiirtomenetelmiä kaapelin lisäksi ovat maanpäällinen radiolähetys (DVB-T), satelliittien kautta tuleva lähetys (DBB-SH) ja mobiiliverkkoja hyväksikäyttävä (DVB-H). DVB-C systeemissä lähetetään MPEG-2 koodauksella pakattua digitaalista audio/video –bittivirtaa.

Modulaatiomenetelmänä käytetään QAM (Quadrature amplitude modulation) –modulointia, joka on yleisesti televisiolähetyksissä käytetty modulointimenetelmä. Samaa modulointimenetelmä on käytössä myös esim. ADSL:ssä ja joissakin langattomissa verkoissa. QAM:ssa yhdistetään kaksi digitaalista bittivirtaa itse asiassa kahteen kantoaaltoon sekä kantoaallon amplitudia että sen vaihetta muuttamalla. Tarkemmin moduloinnin laskennasta on kerrottu esim.http://en.wikipedia.org/wiki/QAM

Edellä aikaansaatu moduloitu bittivirta kanavoidaan (muxataan) useamman muun bittivirran kanssa lähetyspäässä, eli kyse on ns. multipleksoinnista. Ja vastaavasti vastaanottopäässä linja demuxataan auki yksittäisiksi bittivirroiksi (=kanaviksi tässä tapauksessa). Tiedonsiirtonopeus kaapeliverkossa riippuu käytetystä moduloinnista ja käytettävissä olevasta kaistanleveydestä. Käytännössä nopeudet vaihtelevat 6 ja 60 Mbit/sek. Alla oleva taulukko havainnollistaa moduloinnin ja kaistanleveyden vaikutuksen tiedonsiirtonopeuteen:

Available bitrates for a DVB-C system Modulation Bandwidth (MHz)

       2, 4, 5,	8, 10

16QAM 6,41 12,82 19,23 25,64 32,05

32QAM 8,01 16,03 24,04 32,05 40,07

64QAM 9,92 19,23 28,85 38,47 48,08

128QAM 11,22 22,44 33,66 44,88 56,10

256QAM 12,82 25,64 38,47 51,29 64,11

Kotitehtävä 5

Tehtäväkuvaus: Käyttöskenaariot Muodosta tietoverkkojen käyttöskenaario yhteen seuraavista ympäristöistä: Koti, Koulu, Kaupungin keskusta tai Lentokenttä. Mieti millaisia haasteita eri ympäristöt asettavat kommunikoinnille. Kuinka kurssilla opitut asiat tukevat eri ympäristöissä tapahtuvaa kommunikointia. Millaiset asiat muodostuvat näissä eri ympäristöissä merkittäviksi. Millainen verkkorakenne sopii ympäristöön ?

Valitsin käyttöskenaarion ympäristöksi lentokentän, koska siellä tulee aikaa vietettyä ”kiitettävän” paljon. Isommalla lentokentällä, tässä tapauksessa Hki-Vantaaalla, toimii tietenkin useampia erilaisia, erityyppiseen käyttötarkoituksiin suunniteltua verkkoa. Päällimmäisenä tulee mieleen viranomaisten omat verkot tulli, poliisi, pelastuslaitos (VIRVE?) sekä varmasti myös ilmailulaitosta ja itse lentoliikennettä palveleva verkko. Sitten lisäksi on matkustajille suunnattuja, yleensä maksullisia, palveluja: eri operaattoreiden 3G verkot, sekä näiden tarjoamat WLAN-verkot. Lisäksi maksuttomia WLAN-verkkoyhteyksiä tarjoavat ainakin FINAVIA ja eri lentoyhtiöiden lounge-tilat. Rajaamme erilaiset viranomaisverkot pois ja keskityn pelkästään lentokentällä käytössä oleviin WLAN-verkkojen käyttöskenaarioon, koska viranomaisverkot ovat minulle täysin tuntematon alue. Eli käyttäjinä ovat lentokentän satunnaiset matkustajat, jotka odottavat lentokentältä löytyvän riittävän nopea langaton verkko datayhteyden saamiseksi kannettavalla tietokoneella. Verkon muodostavat tällöin operaattorin WLAN-tukiasemat ja käyttäjien tietokoneet. Tukiasemat ovat yhdistetty internetiin kaapelilla. Tukiasemia pitää lentokentän fyysisen koon vuoksi olla käytössä useita, muutoin ei saada riittävää verkon peittoa koko alueelle. Lentokenttä rakennuksena on myös hyvin sokkeloinen, jolloin signaalin kulkua ja eheyttä haittaavia heijastuksia syntyy helposti. Lentoliikenne ei jakaudu tasaisesti ympäri vuorokauden jokaisella tunnille vaan selviin ruuhkahuippuihin, mikä aiheuttaa selvää hitautta verkoissa ruuhka-aikana. Verkkoja ei ole mitoitettu ilmeisestikään huippujen liikennemäärille vaan jonkinlaiselle keskimääräiselle liikenteelle. Itse arveluttaa lentokentän verkoissa myös kaikenlainen tietoturva. Verkkoa ja sen liikennettä on vaikea valvoa. Itse käytän aina salattua yhteyttä taikka yrityksen VPN-yhteyttä arkaluontoisen materiaalin lähettämiseen/vastaanottamiseen.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus 0h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0,5h
    • Kotitehtävien tekoa 1,5h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus 7h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0,5h
    • Kotitehtävien tekoa 2h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus 7h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0,5h
    • Kotitehtävien tekoa 3h
    • Opintopäiväkirjan tekoa 1h

Palaute

Erittäin hyvää pohdintaa. Tuo pätkivä nettiyhteys voi johtua monestakin seikasta, mutta eipä ole ensimmäinen kerta kun operaattorilla on vikaa laitteissaan (nimim. kokemusta on). Selvitystä vain laitteilta (linjatasot etc.) ja yhteys operaattoriin. Kotitehtävissä mielenkiintoista selvitystä jubien ja lentokoneissa. Kommentti pistareista: termeissä tuli selkeaästi sekaannusta pistareissa ja myös tentissäkin. Täytyy skarpata tuon suhteen. Pistareiden tarkoitus on läpikäydä tärkeimpiä asioita .. ja tentinkin pitäisi niitä peilata.


Meni otsikkotaso jumiin, enkä sitä enää pääse muokkaamaan jostain kumman syystä?

Pääsivulle