meta data for this page
  •  

Oppimispäiväkirja Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkotehtävä 1.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikenne liittyy tiedon siirtämiseen analogisesti tai digitaalisesti käyttäen erilaisia siirtoteitä lähettäjän ja vastaanottajan välillä. Langaton, eli mobiili tietoliikennne on yleistynyt viime vuosina voimakkaasti, esim. kännykät ja mobiililaajakaistayhteydet internettiin. Erilaiset tietoliikenteen sovellukset ja palvelut helpottavat arkipäivän elämää ja ovat muutoinkin hyödyllisiä, esim. gps-laitteiden yleistyminen (mm. autonavigaattorit). Myös etätyömahdollisuudet ovat parantuneet työ- ja opiskeluympäristössä mobiilien internetyhteyksien johdosta. Tietoliikenteeseen liittyviä yleisimpiä mieleentulevia laitteita/aiheita/kokonaisuuksia tietokoneiden, kännyköiden, gps-laitteiden ja internetin sekä internet-yhteyksien (langaton ja langallinen) lisäksi ovat mm. digi-tv, stereot, radio- ja lankapuhelimet sekä tietoliikenneverkot, teleoperaattorit ja tukiasemat.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Aluksi käytiin läpi tietoliikenteen kommunikointimallia. Kyseinen malli kuvaa informaation välityksen kahden osapuolen välillä ja sen komponentit ovat lähde, lähetin, siirtojärjestelmä, vastaanotin ja kohde. Kommunikointimalliin liittyvät seuraavat termit: informaatio (datan merkitys tietyssä tilanteessa), data (kommunikointiin sopiva tiedon esitysmuoto) ja signaali (tiedon fyysinen esitystapa).

Käytiin läpi tietoliikenteen kerrosarkkitehtuuria kolmesta eri näkökulmasta. Tarkastellut mallit olivat teoreettinen malli, OSI-malli sekä TCP/IP-malli. OSI:ssa on 7 eri kerrosta, TCP/IP:ssä 5 eri kerrosta ja teoreettisessa mallissa 3 kerrosta. Teoreettisen mallin kerrokset ovat sovellus-, kuljetus- ja verkkokerros. Protokolla tulkitaan sillä kerroksella, jolle se on tarkoitettu ja ohjausinformaatio toteuttaa tietyn protokollan. Kunkin kerroksen paketit sisältävät sekä ohjausinformaatiota että dataa. Ohjausinformaation suhteellinen osuus voi olla toisinaan melko iso suhteessa datan määrään.

Protokolla koostuu syntaksista, semantiikasta ja ajoituksesta. Erilaisten protokollien perustoimintoja ovat segmentointi ja kokoaminen, paketointi, yhteydenhallinta, toimitus oikeassa järjestyksessä, vuon valvonta, virheen havainnointi, osoitteet, kanavointi ja kuljetuspalvelut.

Internet perustuu TCP/IP-arkkitehtuuriin, OSI-mallia käytetään mm. protokollasuunnittelussa. Käytetystä mallista riippumatta, kun paketteja reititetään verkossa, pitää osoitetieto hakea aina verkkotason ohjausinformaatiosta, jotta reititys osataan tehdä oikein. Tällöin verkkokerrokseen asti toteutuu ns. aliverkon sisäinen protokolla.

Luennolla yhteisesti määritetyt 10 avainsanaa (myöhempää käyttöä varten?): bitti, protokolla, wlan, palvelut, kapasiteetti, tietoverkko, terveysvaikutus, siirtotie, liiketoiminta, kommunikaatio.

Luentopäivä 2:

Käytiin läpi lyhyesti tietoliikenteen standardointia: sen etuja ja haittoja, itse standardointiprosessia sekä lyhyesti tärkeimpiä eri standardointiorganisaatioita, mm. IETF (Internet Engineering Task Force). RFC:t (Request For Comments) ovat asiakirjoja, jotka kuvaavat internetin erilaisia käytäntöjä ja teknisiä määrittelyjä. Tullakseen standardiksi RFC:n tulee olla mm. vakaa, ymmärrettävä, teknisesti kilpailukykyinen ja tunnistettavasti hyödyllinen Internetille. Muita tietoliikenteen standardointiin liittyviä organisaatioita ovat mm. ISO (International Organization for Standardation) ja ITU-T (International Telecommunication Union, Telecommunications Standardization Sector).

Kommunikointi voi tapahtua yhteen suuntaan (simplex), kaksisuuntaisesti eri aikaan (half duplex) tai kaksisuuntaisesti samaan aikaan (full duplex). Jaksollisiin signaaleihin liittyviä ominaisuuksia ovat mm. amplitudi, taajuus ja vaihe. Kaistalla tarkoitetaan signaalin sisältämiä taajuuksia ja tehollisella kaistanleveydellä niitä taajuuksia, joka sisältää suurimman osan signaalin energiasta.

Signaalit voivat olla analogisia tai digitaalisia ja vastaanotettu signaali voi erota lähetetystä mm. vaimenemisen, erilaisten vääristymien sekä kohinan johdosta. Vaimenemisessa signaalin teho putoaa etäisyyden kasvaessa ja tällöin voidaan käyttää vahvistimia (analoginen signaali) tai toistimia (digitaalinen signaali). Erilaisia häiriöitä ovat mm. viivevääristymät, ylikuuluminen sekä impulssikohina (lyhytaikaiset jännitepulssit/ tai –piikit, jotka ovat erityisen haitallisia).

Johtimellisia siirtoteitä ovat mm. parikaapeli, koaksiaalikaapeli, valokuitu ja sähköjohto. Johtimettomia siirtoteitä mm. mikroaalto-, satelliitti-, infrapunalinkit sekä radiotie. Tiedonsiirtonopeuteen vaikuttaa mm. kaistanleveys, siirtotien heikennykset, häiriöt muista signaaleista ja vastaanotinten lukumäärä. Tulevaisuudessa pyritään yhä suurempiin tiedonsiirtonopeuksiin, jolloin valokuidun ominaisuudet tekevät siitä erittäin kilpailukykyisen vaihtoehdon: kuidulla on suuri kapasiteetti, pieni koko ja se on materiaalina kevyt, lisäksi vähäinen vaimeneminen ja hyvä häiriönsietokyky.

Langattomien signaalien etenemismuotoja ovat mm. ground-wave (taajuus alle 2 Mhz), sky-wave (taajuus 2-30 Mhz) ja näköyhteystyyppinen etenemismuoto line-of-sight (taajuus yli 30 Mhz). Radiotie on nykyään eniten käytetty johtimeton siirtotie, mm. matkapuhelinjärjestelmät, radio- ja tv-lähetykset, langattomat lähiverkot ja bluetooth. Radiotie eroaa mikroaalto- ja satelliittilinkeistä lähinnä aaltojen suuntaamattomuudessa.

Sekä analoginen, että digitaalinen data voidaan lähettää joko analogisina tai digitaalisina signaaleina. Digitaalisten signaalin digitaalisia koodausmenetelmiä ovat mm. NRZ (non-return to zero), NRZI (non-return to zero, invert on ones), Bipolar (polaarisuus vaihtuu aina 1:llä), Manchester (jokaisen bitin keskellä tilasiirtymä), Scrambling (pyritään vähentämään jatkuvia 0 tai 1 bitin sarjoja), josta esimerkkinä B8ZN-menetelmä (korvataan 8-nollabitin jakso tiettyjen sääntöjen mukaisesti). Kun digitaalinen data halutaan muuttaa analogiseen muotoon, käytettäviä tekniikoita ovat mm. amplitudi-, taajuus- ja vaiheavainnus. Analogisen datan muuttamiseksi digitaaliseksi signaaliksi käytetään pulssikoodimodulaatiota (PCM), apuna mm. epälineaarinen koodaus ja deltamodulaatio. Analogisen datan siirtämiseksi analogisena signaalina käytetään amplitudi-, taajuus- ja vaihemodulointia.

Tiedonsiirrossa tarvitaan synkronointia, jotta vastaanottaja osaa määrittää saapuvien bittien arvon oikea-aikaisesti. Asynkronisessa tiedonsiirrossa lähetetään dataa vain vähän kerrallaan (aloitusbitti, 5-8 bittiä ja lopetuselementti). Synkronisessa tiedonsiirrossa lähetetään dataa tasaisena virtana kehyksittäin. Lähettäjän ja vastaanottajan aika voidaan synkronoida erillisen yhteyden kautta, tai sisällyttää ajan synkronointi suoraan osaksi siirrettävää signaalia. Synkroninen tiedonsiirto on asynkronista tiedonsiirtoa tehokkaampaa, koska ohjausinformaation suhteellinen osuus on vähäisempi.

Linkkikerroksen protokollat huolehtivat vuon valvonnasta (mm. stop and wait sekä liukuvan ikkunan menetelmä) ja virheen hallinnasta (mm. positiiviset ja negatiiviset kuittaukset, kehysten uudelleenlähetyspyynnöt jne.)

Luentopäivä 3:

Ensimmäinen aihealue oli kanavointi yksittäisissä linkeissä. Siirtojärjestelmässä siirtokapasiteettia jaetaan monesti useamman siirrettävän signaalin kesken. Kanavointi voidaan jakaa eri luokkiin: taajuus- (FDMA), aika- (TDMA), koodi-(CDMA), ja aallonpituusjakokanavointiin (WDMA). FDMA perustuu eri signaalien modulointiin eri taajuisille kantoaalloille, käytetään mm. analogisissa kuljetinjärjestelmissä. TDMA perustuu eri signaalien viipalointiin ajan suhteen ja siirrettävä data muodostuu kehyksistä. Synkronisessa TDMA:ssa aikavälit varataan kiinteästi koko ajan, jolloin ei tarvita ohjausinformaatiota tai vuon valvontaa. Asynkronisessa TDMA:ssa aikavälit varataan dynaamisesti tarpeen mukaan (mm. kaapelimodeemin toiminta). CDMA:ta käytetään johtimettomilla siirtoteillä ja se perustuu mm. taajuushyppelyyn sekä suorasekvensointiin. WCDMA:ta, eli laajakaistaista koodijakokanavointia käytetään mm. UMTS-/3G-verkoissa.

Tietoliikenne voidaan jakaa liikenteen mukaan tele- ja dataliikenteeseen, sekä toteutustavan mukaan piiri- ja pakettikytkentäisiin verkkoihin. Esimerkkinä piirikytkentäisestä verkosta on mm. yleinen puhelinverkko. Viestin välitys piirikytkentäisessä verkossa muodostaa 3 eri vaihetta: yhteyden muodostuksen, datan siirron ja yhteyden lopetuksen. Yhteyden muodostuksen jälkeen kanavan kapasiteetti on varattuna ko. yhteydelle koko yhteyden ajan. Pakettikytkentäisissä verkoissa data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten ja jokainen datapaketti sisältää varsinaisen datan lisäksi kontrolli-informaatiota. Pakettikytkentäisissä verkoissa on 2 eri kytkentätapaa, tietosähke ja virtuaalipiiri.

Pakettikytkentäisissä verkoissa reitityspäätöksillä on suuri merkitys (eli päätös solmussa mitä saapuneelle paketille tehdään), koska tieto pitää saada oikeaan paikkaan. Reititysalgoritmin päätösparametreja oikeellisuuden lisäksi voivat olla mm. yksinkertaisuus, kestävyys, stabiliteetti, tasapuolisuus, kokonaisläpäisevyys ja tehokkuus. Reititysstatregioita ovat mm. kiinteät taulut, tulviminen, satunnaisuus, mukautuva reititys sekä lähestymistapa, jossa lasketaan paras etenemistapa linkkikustannuksia minimoiden.

Dataverkkojen ruuhkanhallintaa tarvitaan, kun pakettien lukumäärä verkossa lähestyy verkon pakettien hallintakykyä (lähestyttäessä 80 % maksimikapasiteettia verkon suorituskyky heikkenee nopeasti). Keinoja ruuhkanhallintaan: mitataan viiveitä ja säädellään lähetyspään toimintaa, etsitään vaihtoehtoisia reittejä, pienennetään liukuvan ikkunan kokoa, ilmoitetaan lähettäjälle, ettei lähetä enempää, tai estetään lähettäminen kokonaan.

Lähiverkkoja (LAN) käytetään, kun halutaan kommunikoida pienessä tilassa mahdollisimman tehokkaasti. Lähiverkon käyttökohteita ovat mm. PC-LAN:it, jossa PC-koneet ja yhteiset laitteet, kuten tulostimet yhdistetään. Muita käyttökohteita ovat mm. taustaverkot ja nopeat toimistoverkot. LAN:n arkkitehtuuri määritellään fyysisellä kerroksella (mm. signaalien koodaus ja purku, synkronointi) ja linkkikerroksella (mm. kokoaa datan kehyksiksi ja purkaa vastaanotettaessa, vuon valvonta). Siirtotie ja topologia ovat varsinaisesti fyysisen kerroksen alla. Mahdollisia topologioita (verkon rakennustapa) ovat mm. väylä, puu, rengas ja tähti. Siirtotien kapasiteetin jakamisesta ja hallinnasta huolehtii MAC-protokolla, joka on linkkikerroksen tärkein protokolla LAN:ssa.

Internetworking -tekniikalla tarkoitetaan useiden verkkojen yhdistämistä yhdeksi suureksi verkoksi. Verkkokerroksen Internet-protokolla (IP) mahdollistaa verkkojen välisen pakettien reitityksen IP -osoitteiden avulla. Kuljetuskerroksen yksi tärkeimmistä protokollista on TCP, joka tarjoaa luotettavan päästä-päästä tiedonsiirron sovelluskerroksen käyttöön. Sovelluskerroksen protokollia ovat esim. DNS (nimipalvelu, joka tarjoaa muunnoksen verkkoaseman tunnuksen ja IP-osoitteen välillä) ja SMTP (sähköpostiprotokolla).

Lopuksi käytiin läpi tietoliikenteen tulevia kehityssuuntia. Mobiilit internet-yhteydet ovat voimakkaassa kasvussa mm. kehittyvien talouksissa, kuten Kiinassa ja Intiassa, jossa ei ole infrastruktuuria kiinteille yhteyksille. Verkon liikenne on voimakkaassa kasvussa ja dataliikenne tulee kasvamaan huomattavasti nopeammin kuin puheliikenne. Tiedonsiirtonopeudet kasvavat uusien tekniikoiden käyttöönoton myötä, joskin näiden syklit ovat verrattain hitaita, tyypillisesti noin 10 vuotta.

Kotitehtävä 1 Tehtävässä kuvataan tietoliikenteeseen liittyvä kokonaisuus, näkökulmana “Kotona olevat tietoliikennelaitteet”. kotitehtaevae1_0355295.pdf

Kotitehtävä 2 Tehtävä sisältää digi-tv:n käyttötapakuvauksen. kotitehtaevaekaksi_0355295.pdf

Kotitehtävä 3 Tehtävä sisältää kuvauksen IP-protokollasta. kotitehtaevae3_0355295.pdf

Kotitehtävä 4 Tehtässä on kuvattu tiedonsiirto GPS-järjestelmässä. kotitehtaevae4_0355295.pdf

Kotitehtävä 5 Tehtävässä on kuvattu tietoverkkojen käyttöskenaario / koulu. kotitehtaevae5_0355295.pdf

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1 Lähiopetus 7h Valmistautumista lähiopetukseen 1h Kotitehtävien tekoa 0h

Luentoviikko 2 Lähiopetus 7h Valmistautumista lähiopetukseen 2h Kotitehtävien tekoa 4h

Luentoviikko 3 Lähiopetus 7h Valmistautumista lähiopetukseen 2h Kotitehtävien tekoa 6h Tenttiin valmistautuminen 20h

Palaute

OK tehtävät. Oma analyysi sisällön pohjalta enemmän kuin oppimisen näkökulmasta, mutta ok. Toivottavasti kantaa oppi tenttiion asti.