meta data for this page
  •  

Riku Hartikainen

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikenteellä tarkoitetaan sähköistä tiedonsiirtoa ja siihen käytettäviä menetelmiä. Siirtyvä data voi olla joko analogista tai digitaalista. Tietoliikenne käsittää perinteisistä lankapuhelinverkoista aina nykyaikaisiin langattomiin tiedonsiirtomenetelmiin. Tietoliikennetekniikan menetelmät ja muodot kehittyvät koko ajan teknologian kehittymisen myötä. Termejä: W-lan, ADSL, lankapuhelin, NMT, GSM, GPS, bitti, parikaapeli, tietokone, verkko. Mitä eroa on NMT:llä ja GSM:llä? Miten ADSL-modeemi toimii? Voiko tulevaisuudessa luoda koko maan kattavan W-lan verkon?

Vaikka ennakkonäkemykseni on mielestäni kohtuullisen oikea, aihepiiri on sinällään minulle todella vieras. Käytän kyllä mielelläni tekniikkaa hyväkseni, mutta en ole erityisen kiinnostunut siitä mitä teknologian takana tapahtuu. Jos esimerkiksi tietokoneen tai puhelimen kanssa tulee ongelmia, turhaudun melko nopeasti. Hankin myös mieluiten laitteita, joita on helppo käyttää. Eräs sähkötekniikan diplomi-insinööri totesi mielestäni osuvasti, kun hän asensi navigaattoriin karttoja ja tarjosin hänelle käyttöohjetta: “Jos minä en insinöörinä kykene tekemään tätä ilman ohjekirjaa, kun mummon pitää kyetä tekemään se ohjekirjan kanssa; niin laite on huonosti suunniteltu.”

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Luentopäivän aikana opin, mitä tarkoittaa kerrosarkkitehtuuri ja protokolla. Luentojen keskeisin sisältö oli kerrosarkkitehtuurin ymmärtäminen ja se, että tiedonsiirrossa on aina lähdejärjestelmä, siirtojärjestelmä ja kohdejärjestelmä. Tämän kurssin painopiste on nimen omaan tiedonsiirrossa. Kerrosarkkitehtuurissa kerroksia voi olla useita, tyypillisesti esim. kolme kerrosta. Tällöin nämä ovat sovellustaso, kommunikointitaso ja tedonsiirtotaso. Tiedonsiirtotason kautta tapahtuu kaikki tiedonsiirto. Jokainen taso käyttää vain itselleen kuuluvaa dataa ja laittaa lopun tiedosta eteenpäin.

Luennot olivat yllättävän mielenkiintoisia ja parasta olivat luennoitsijan esittämät yksinkertaistukset, kuten “johtaja, sihteeri, lähtetti” -esimerkki kolmikerroksisesta arkkitehtuurista tai savumerkit tietoliikenteenä. Luennon loppupäässä alkoi kyllä tulla turhan paljon teknisiä termejä ja putosin kärryiltä.

Luentopäivä 2: Toisen luentopäivän välikoe tuki mielestäni hyvin aiemmin opetettua. Siinä oli poimittu keskeisiä asioita ensimmäisen luentokerran luennoista.

Toisena luentopäivänä käsiteltiin lyhyesti standardeja, tämä ei sinällään tuonut minulle mitään uutta tietoa. Sen jälkeen käsiteltiin tiedon esittämistapoja sekä tiedon siirtotapoja. Tiedon siirtoteistä jäi mieleen parikaapeli, koaksaalikaapeli, valokuitu sekä ilmatie kuten sateliitit. Luennoilla käsiteltiin myös tiedon koodausta.

Luennon pääteemana oli se, mitä tapahtuu yksittäisellä piuhalla. Tämä “yksittäinen piuha” oli käsittääkseni vertauskuvallinen, sinällään on aiheen kannalta sama kulkeeko tieto ilmateitse vai piuhaa pitkin ja onko kyseessä parikaapeli tai vaikkapa valokuitu.

Digitaalisen tiedon siirron nopeutta voidaan lisätä joko pienentämällä bittien leveyttä tai lisäämällä tasoja. Taajuuksia lisäämällä vastaanottovarmuus paranee, mutta samalla viedään enemmän kaistaa. Mitä nopeammin tieto siirretään, sitä leveämmin kaistaa käytetään. Kun kasvatetaan taajutta, vaimennus kasvaa. Analogisen tiedon virheitä on mahdotonta korjata, mutta jos virheellinen signaali muutetaan digitaaliseksi, sitä on mahdollista korjata.

Digitaalisessa tiedonsiirrossa ongelmia aiheuttaa aina, mikäli samaa bittiä on monta peräkkäin. Tämä aiheuttaa sykronointiongelman.

Toisen luentopäivän aiheet olivat ensimmäistä luentopäivää haastavammat ja luentojen loppupuolella esitetty bitti-hässäkkä oli kyllä turhan yksityiskohtaiseksi menevää.

Luentopäivä 3: Viimeisellä luentokerralla pidetty välikoe ei auennut minulle. Käsitin kysymyksen keskittyvän pelkästään ilmatietä siirtotienä käyttävää tietoliikennettä. Linkki-sana johti minua harhaan, koska siitä tuli mieleen vain linkkimasto. En osannut ajatella, että myös esimerkiksi lankapuhelin olisi linkki. Hämmästelinkin välikoetta tehdessäni, että tällaisista asioista ei kyllä oltu puhuttu juurikaan, ja vastasin niitä asioita joista oli puhuttu :). Kun kokeen jälkeen tarkasteltiin oikeita vastauksia, tajusin virheeni ja ymmärsin, että kyseinen aihe oli todella keskeinen koko kurssia ajatellen ja myös toista luentokertaa ajatellen.

Varsinaisilla luennoilla käsiteltiin kanavointia. Kanavoinnilla tarkoitetaan sitä, että samaa tiedonsiirtokapasiteettia voidaan jakamalla hyödyntää useampaan tarkoitukseen. Eri kanavointitapoja ovat: taajuusjakokanavointi, aikajakokanavointi, koodijakokanavointi ja aallonpituusjakokanavointi. Kolmannella luennolla käsiteltiin myös syvällisemmin verkkoja, eli mentiin käytännössä pois “yhdeltä piuhalta”. Luennolla opin piirikytkentäisen ja pakettikytkentäisen verkon eron.

Kolmas luentokerta oli mielestäni haastellisin ymmärtää.

Kotitehtävä 1

Pyri kuvaamaan ennakkotehtävässä määrittelemäsi termit/aihepiirit/kokonaisuudet yhdessä kuvassa. Ryhmittele asiat mielekkäällä tavalla. Voit valita näkökulmasi. - Kuvassa voi olla vielä tässä vaiheessa aukkoja, mutta niitä aukkoja on tarkoitus kurssin aikana pyrkiä täyttämään. - Erittäin tärkeää olisi tässä vaiheessa hahmottaa jokin suurempi kokonaisuus/käyttöskenaario. - Kokonaiskuva on hyvä muodostaa siten, että myös tentissä kyseinen viite olisi itsellä mielessä. Vastaavasti luennoilla on hyvä pohtia kuinka opetetut asiat liittyvät tuohon itse muodostettuun kuvaan.

riku_hartikainen_kuva_vs2.pdf

Kotitehtävä 2

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. - Esim. GPS tapauksessa voitaisiin selvittää kuinka paikka lasketaan ja millaisia osia itse järjestelmässä on (vastaanotin, satelliitit, maanpäälliset asemat, …). Esimerkki on hyvä valita sen mukaan mikä itseä kiinnostaa ja jota haluaa katsoa tarkemmin.

Harrastan hirvenmetsästystä koiran kanssa. Käytän Tracker G400 koira-GPS:ää koiran paikantamiseksi. Käytössäni on GSM-puhelin, jossa on Tracker Hunter Live -sovellus, johon kuuluu karttapalvelu sekä paikannuspalvelu omalle paikalle ja koiralle. Koiran kaulaan laitetaan panta, jossa on GPS-paikannin. Laitteet toimivat siten, että sekä puhelimessa että koiran kaulapannassa on oma GPS-laitteensa. Kumpikin hakee yhteyden sateliitteihin, joiden perusteella laitteet laskevat oman paikkansa. Koiran sijainti välitetään puhelimeen joko GSM-verkon kautta tai GPRS-verkon kautta.

Minua on hämmästyttänyt se, että ajoittain koiraa ei pysty paikantamaan, vaikka koira on aivan vieressä ja oman paikan pystyy paikantamaan. Johtuuko tämä siitä, että koiran GPS ei saa satelliitteihin yhteyttä, vaikka metsästäjän kädessä oleva puhelin saa? Vai johtuuko tämä siitä, että paikkatieto koiran kaulapannasta ei välity metsästäjän puhelimeen? Näihin molempiin selityksenä voi olla se, että koira, möyriessään maan pinnan tasossa, on todennäköisemmin katveessa sateliittien ja tukiasemien suhteen kuin metsästäjä. Toinen syy tähän voi olla kaulapannan antennin heikkous.

Todennäköisesti syitä on molemmissa yhteyksissä. Suurimpana syynä ongelman aiheuttamiseen on varmasti yhteys koiran pannasta puhelimeen. Tämän perustan siihen, että yleensä vastaavan ongelman ilmetessä myös puhelimen kentät ovat heikot.

Kotitehtävä 3

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. Esitä www-osoite käyttämääsi protokollaan.

Valitsin aiheeksi, koira-GPS:n innoittamana, muut kuin GPS:ään perustuvat langattomat paikannusjärjestelmät. Sivulta http://www.isoc.org/briefings/015/ löysin E-ODT (Enchaced Observed Time DIfference) ja TDOA (Time Difference Of Arrival) protokollat. Näillä on pyritty paikkaamaan GPS:n heikkouksia mobiilipaikannukseen. GPS tarjoaa parhaimmillaankin vain 5-15 metrin tarkkuuden, lisäksi laitteen pitää löytää sateliitteja vähintään 3-4 toimiakseen eikä GPS toimi sisätiloissa.

Nämä mainitut vaihtoehtoiset järjestelmät laskevat mobiililaitteen paikan 3:n tai useamman tukiaseman perusteella. Tukiaseman paikat ovat tiedossa ja mobiililaitteen ottaessa yhteyttä tukiasemiin, mitataan aika, joka kuluuu tiedon vastaanottamiseen. Ajan perusteella saadaan tietää laitteen etäisyys tukiasemista. Tämän tiedon perusteella määritetään mobiililaitteen paikka. E-ODT:ta käytetään GSM-verkoissa ja TDOA:ta kurssin luennoillakin esille tulleissa CDMA (Code Division Multiple Acces) ja TDMA (Time Division Multiple Acces) -verkoissa.

Kotitehtävä 4

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 HUOM! Painopiste ei ole niinkään uusien, mahdollisesesti kurssilaisille täysin tuntemattomien teknologioiden etsimisessä ja selostuksessa vaan lähinnä käytettyjen menetelmien sijoittamisesta oikeaan kontekstiin kurssin materiaalin mukaisesti.

Aiemmin kuvaamani koira-GPS:n toimintaperiaate on seuraavanlainen: Sekä metsästäjän puhelimessa, että koiran pannassa on oma GPS -lähettimensä, jotka hakevat paikkatiedon satelliiteista. Koiran panta välittää paikkatietonsa metsästäjän puhelimeen joko GSM-verkon kautta tekstiviestinä tai GPRS-verkon kautta. Tieto kulkee pannasta palvelimen kautta metsästäjän puhelimeen. GPRS tietona tuleva paikkatieto on lähtökohtana Live-sovelluksessa, tällöin paikkatieto lähtee oman valinnan mukaan muutamien kymmenien sekuntien tai minuuttien viiveellä. Jos GPRS-tieto ei kulje, silloin tiedon välittämiseen käytetään tekstiviestiä. Kun verkko tukkeutuu, GPRS-dataa aletaan rajoittamaan ensimmäisenä. Tämän takia ensimmäisenä lakkaa toimimasta Live palvelu.

Koira-GPS käyttää GSM 900/1800 taajuutta, GPS:n piirisarja on U-Blox SuperSense ja herkkyys -160 dBm.

Kotitehtävä 5

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 ympäristöksi kaupungin keskustan. Tämän valitsin aiheeksi sen takia, että kotikaupungissani on jo tällä hetkellä yleisessä käytössä olevia verkkoja puistoissa. Lisäksi minua kiinnostaa ennakkotehtävässä esittämäni kysymys siitä, onko tulevaisuudessa mahdollista muodostaa koko maan kattava W-lan verkko?

Lähtökohtana kaupunkiympäristöön on luonnollisesti langaton verkko, eli W-lanin käyttö. Nykytekniikalla tämä ei ole ongelmatonta. Ensimmäisen ongelman muodostavat talojen synnyttämät katvealueet. Nykyinenkin W-lan tekniikka kykenee lähettämään signaalia kiviseinienkin läpi, mutta ei kuitenkaan kokonaisten talojen läpi. Tukiasemia tarvitaan siis runsaasti, jotta saadaan kattava verkko. Rakennukset aiheuttavat myös runsaasti heijastuksia ja sitä kautta signaalin virheen korjauksen ja synronoinnin tulee olla kunnossa.

Toisen ongelman muodostavat tietoturvakysymykset. Jotta verkosta olisi hyötyä, sen täytyy olla avoin. Tällöin myös erilaisten hakkereiden ja krakkereiden toimintaan on vaikea puuttua.

Kolmas ongelma on se, että verkon kapasiteettitarvetta on todella vaikea ennustaa. Kaupungissa ihmiset liikkuvat jatkuvasti, ja ajoittain verkkoa saattaa käyttää moninkertainen määrä keskiarvokäyttöön verrattuna. Lisäksi suurella osalla ihmisistä on nykyään puhelimet tai multimedialaitteet, jotka käyttävät w-lania. Tällöin verkko kuormittuu taatusti erityisesti ruuhka-aikoina, jolloin iso määrä ihmisiä sivuuttaa verkon. Vaikka he eivät edes käyttäisi w-lania, heidän hallussaan olevat laitteet tunnistavat werkon automaattisesti js liittyvät siihen.

Kurssilla opetetut asiat kuten: siirtotiet, verkko, kanavointi, heijastukset, signaali, virheen korjaus ja synkronointi, ovat keskeinen osa kaupunkiympäristön tietoverkkojen kommunikoinnissa.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus 6 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0,5 h
    • Kotitehtävien tekoa 3 h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus 6 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0,5 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus 6 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0,5 h
    • Kotitehtävien tekoa 5 h
    • Tenttikysymysten tekoa WIKI-sivustolle 0,5 h

Palaute

Hyvää pohdintaa ja hyvä kokonaisuus vastauksia ajatellen. Erityisesti tuo GPS esimerkki oli omasta elämästä otettu ja meni läpi tehtävien. Varmasti lisää ymmärrystä tuli kun mietti mikä signaalin voimakkuuteen vaikuttaa. Hyvää oli myös ymmärrys toisen pistarin tärkeydestä (vaikka itse oletitkin väärää asiaa) sillä koko kurssi perustuu linkki-verkko-asemat(ja kerrokset) ajattelumnalliin.


Pääsivulle