meta data for this page
  •  

Oppimispäiväkirja Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta Kurssin aluksi opiskelijat kirjaavat näkemyksensä tietoliikenteestä tähän kohtaan omaa oppimispäiväkirjaansa. Näkemys sinällään ei tarvitse olla pitkä selostus max 10 riviä tekstiä ja max 10 avainsanaa.

Ennakkotehtävä 1.

Lähestyn aihetta hakukoneen kautta, joka määrittelee tietoliikenteen vapaasti kirjoitettuna tiedon ja nykypäivänä erityisesti sähköisen tiedon välittämiseksi. Sähköinen tieto voi siis tänä päivänä pitää sisällään kaikkea maan ja taivaan välillä. Ennakkonäkemykseni aiheeseen on mielenkiintoisen varovainen. Varovaisuus syntyy tietotekniikkaan liittyvistä spesiaalijutuista, joihin allekirjoittanut ei ole erityisen innostunut. Tunnen itseni pääasiassa tietoliikenteen valmiiden tuotteiden kuluttajaksi ja käyttäjäksi. Uskon kurssin avaavan aihepiiriä myös tälläiselle peruskäyttäjälle.

Avainsanoja: bitti, protokolla, WLAN, palvelut, tietoverkko, siirtotie, GSM, internet, GPS, reitittimet

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Mitä opin, mikä oli päivän tärkein sanoma.

Seuraavat asiat jäivät päällimmäisenä mieleen ensimmäiseltä luentopäivältä. Samaan aikaan olleen toisen kurssin luentojen vuoksi paikallaolo ei ollut mahdollista koko aikaa.

Kommunikointimallilla tarkoitetaan teoreettista mallia, joka kuvaa informaation kulkua ja välitystä kahden osapuolen välillä. Komponentteja voivat olla lähdejärjestelmä eli lähde (generoi datan) ja lähetin (muuttaa datan signaaliksi), siirtojärjestelmä ja kohdejärjestelmä, mikä sisältää vastaanottimen ja kohteen.

Mallin osatehtävät ovat siirtojärjestelmien hyödyntäminen, liityntä siirtotiehen, signaalien luonti, synkronointi, yhteyden hallinta, virheen havainnointi ja korjaus, vuon valvonta, osoitteet, reititys, sanoman ja viestin muotoilu, virheistä toipuminen, turvallisuus, järjestelmän- ja verkonhallinta.

Kerrosarkkitehtuurissa kerrokset tulisi olla määritelty niin, että muutokset yhdellä kerroksella eivät vaikuta toisten kerrosten määrittelyihin. Kommunikointi toisten järjestelmien kanssa tapahtuu aina kerrosmallin alimman kerroksen kautta eli muilta kerroksilta ei ole suoraa yhteyttä. Alimmalla tasolla ei yhteyden tarvitse olla kiinteästi määritelty kahden järjestelmän välille. Palvelut kerrosten välillä voivat olla vahvistettuja; pyyntö, osoitus, vastaus, vahvistus, tai vahvistamattomia; pyyntö tai osoitus.

Kolmen kerroksen teoreettinen malli voidaan yleistää kommunikointiin, mihin liittyy 3 osatekijää: sovellukset, laitteet ja verkot. Toiminta voidaan jakaa erillisiin kerroksiin omina vastuineen eli verkkokerros (networkaccess layer), kuljetuskerros (transport layer) ja sovelluskerros (applicationlayer). Kommunikointi järjestelmien välillä tapahtuu siten, että järjestelmät on jaettu kerroksiin ja kerrokset toteuttavat omia tehtäviään keskustelemalla vastinolioidensa kanssa. Tämä keskustelu tapahtuu kyseisen kerroksen protokollaa käyttämällä. Jokaisen kerroksen paketit sisältävät ohjausinformaatiota ja dataa. Nämä paketit ovat nimeltään PDU (Protokollan tietoyksikkö). Niiden ohjauskentät voivat koostua seuraavista tekijöistä: vastaanottajan SAP, järjestysnumero ja virheenkorjauskoodi. Huomattavaa on, että ohjauskenttä toteuttaa protokollan.

Kokonaisuutena luentopaketin jälkeen pientä asian ymmärtämistä havaittavissa, mutta tilaa ja mahdollisuutta asioiden paremmin ymmärtämiselle kyllä vielä löytyy.

Luentopäivä 2: Toisen luentopäivän paikalla olo satunnaista, koska toisen kurssin luennot jälleen kerran samaan aikaa. Standardointi: Standardeja tarvitaan huolehtimaan yhteensopivuudesta eri järjestelmien kesken. Ne mahdollistavat laitteiden todellisen kilpailuttamisen; hyvä asia. Mutta ne myös jäädyttävät samalla jonkin verran teknologian kehittymistä. Standardoinnissa päädytään yleensä kompromissiin. Standardointi toteutetaan seitsemässä vaiheessa: Idea, kirjaus, editointi, keskustelu, hyväksyntä, kv standardi ja julkaisu.

Data transmission – tiedon siirto: Tiedon siirto voi tapahtua johtimen välityksellä tai johdottamalla tiedonsiirtona. Taajuudet, jota signaalit käyttävät kutsutaan kaistaksi. Kaistanleveys tarkoittaa aluetta, missä suurin osa energiasta on ja mitä nopeammin tietoa siirretään, sitä leveämpi kaista tarvitaan. Kanava määritellään energiatarpeen mukaan. Tiedonsiirron nopeuteen liittyy signaalien (bit) määrä sekunnissa.

Vastaanotettu signaali voi poiketa lähetetystä signaalista, joka voi johtua häiriöistä tiedonsiirrossa. Signaalin laatu voi heikentyä (analoginen) tai voi olla bittivirheitä (digitaalinen).

Siirtotiet – siirtomedia: Siirtotiet voidaan jakaa kahteen kategoriaan: johtimellisessa (ohjatussa)siirtotiessä signaalit kulkevat fyysistä reittiä pitkin ja johtimettomalla (ohjaamattomalla) siirtotiellä tieto siirtyy langattomasti. Siirtotien ja signaalin ominaisuudet vaikuttavat tiedonsiirron laatuun ja ominaisuuksiin.

Johtimellisissa siirtoteissä siirtotien pituuden kasvattamiseksi suuremmilla etäisyyksillä signaalia pitää parantaa (vahvistaa/tahdistaa). Analogisilla signaaleilla käytetään vahvistimia ja digitaalisilla signaaleilla toistimia. Johtimettomissa siirtoteissä signaali etenee ilmassa (tai muussa väliaineessa) antennien välityksellä. Signaali voidaan jakaa suunnattuun (directional) ja suuntaamattomaan (omnidirectional) eli ympärisäteilevä.

Signaalit: Signaalien tulkitsemisen kannalta on tärkeää milloin bitit alkavat ja loppuvat, signaalin kesto ja montako tasoa. Näiden avulla saadaan signaalille oikea arvo. Signaaleja voidaan koodataan siirtoa varten erilaisilla tekniikoilla; esim. NRZI ja Manchester.

Digitaalinen signaali – analoginen signaali: Digitaalinen signaali voidaan muuttaa analogiseksi moduloimalle signaalia. Modulointitapoja ovat amplitudinmodulointi, taajuusmodulointi ja vaihemodulointi. Analoginen signaali – digitaalinen signaali: Analoginen signaali voidaan vastaanotettaessa rekunstroida, jos pulssikoodimoduloinnissa näytteitä otetaan kaksi kertaa kaistan leveys.

Jotenkin tämän luentopaketin ymmärtäminen oli helpompaa kuin edellisen. Toki kyseessä voi olla myös erittäin suuri harhakuva, mikä kostautuu myöhemmin…..

Luentopäivä 3: Ohessa lyhyesti mielestäni tärkeimmät asiat.

Asynkroninen tiedonsiirto on yksinkertaista ja halpaa. Tosin se on myös hidasta. Synkronoitu tiedonsiirto on tehokasta.

Virheitä voi olla yksittäiset (esim. kohinasta johtuvat) tai purskeista (kohinan impulsseista tai signaalin vaikeneminen) johtuvat. Virheet voidaan havainnoida tarkisteavaimen luontiin tarkoitetusta tiivistealgoritmista tai tarkistussummasta (esim. 16 bittinen). Virheet voidaan korjata koodauksella, enkooderilla tai dekooderilla.

Vuon valvonnalla estetään, ettei vastaanottaja pysty vastaanottamaan viestejä eli osa datapaketeista ei tule perille tai muuttuu siirtymisen aikana. Valvonta voidaan toteuttaa liukuvalla ikkunalla tai Automatic Repeat Request (ARQ). Siinä mekanismina on stop and wait, go back N, selective reject.

Kanavointi tarkoittaa siirtokapasiteetin jakamista useamman siirrettävän signaalin kesken. Se perustuu ns. multipleksereiden käyttöön. Perusteena on kustannustehokkuus, mitä suurempi kokonaisdatanopeus, sitä pienempi hinta per bps.

Kanavointi voidaan jakaa luokkiin; taajuuskanavointi, aikajakokanavointi, koodijakokanavointi ja aallonpituusjakokanavointi.

Tämä paketti meni kyllä stop and wait lokeroon. Vaatii sulattelua ja kertausta.

Kotitehtävä 1 Tehtäväkuvaus: Pyri kuvaamaan ennakkotehtävässä määrittelemäsi termit/aihepiirit/kokonaisuudet yhdessä kuvassa. 0337659_pelkonen1.pdf

Kuvaan on pyritty hahmottamaan aihepiirit ja niiden välinen yhteys laatikoiden päällekkäisyydellä.

Kotitehtävä 2 Tehtäväkuvaus: GPS paikannusjärjestelmä

Tässä kotitehtävässä keskityn GPS paikantamisjärjestelmään, koska se on kiinnostanut aina sen alkutaipaleelta saakka. GPS eli Global Position System paikantamisjärjestelmä kehitettiin Yhdysvalloissa asevoimien käyttöön 1970-luvulla. Nykyisin se on yleistynyt jokaisen käytettäväksi. Järjestelmään sisältyy maata kiertävät 24 satelliittia, kontrolliverkko ja vastaanottimet. Jokainen satelliitti kiertää maapallon 2 kertaa vuorokaudessa. Vastaanottimien paikantaminen perustuu aikaan, mikä kuluu signaalin tullessa maahan ja satelliittien sijaintiin. Vähintään neljältä satelliitilta tulleen signaalin aikaerolla voidaan paikantaa vastaanottimen paikka, koska satelliittien paikat tiedetään. Satelliiteissa oleva aika on erittäin tarkka atomiaika.

Kotitehtävä 3 Tehtäväkuvaus: Kotitehtävään 3 valitsin ehkä ainakin itselleni tunnetuimman IP-protokollan. Koko Internet perustuu siihen ja se on Internetin toiminnan kannalta aivan välttämätöntä. Jokaisella koneella on oma IP-osoite. IP-protokolla toimii TCP/IP mallin verkkokerroksella ja se huolehtii IP-tietoliikennepakettien toimittamisesta perille Internetissä. Perille toimittamista sanotaan reitittämiseksi ja se perustuu reititysprotokollien välittämään tietoon IP-osoitteiden sijaintipaikoista. Nykyiset osoitteet ovat 32-bittisiä, mutta verkkoavaruuden riittämättömyydestä ja vajaakäytöstä johtuen tämäkin kehittyy. Nykyisin onkin olemassa myös IPv6, joka on 128 bittinen osoiteavaruus.

Kotitehtävä 4 Tehtäväkuvaus: Valitsin tähän tehtävään jatkona tehtävään 2 GPS järjestelmän tiedonsiirron. Löysin verkosta asiaan liittyen seuraavia tietoja. GPS-satelliitit, jotka siis kiertävät maan kaksi kertaa vuorokaudessa, lähettävät kantoaallon päälle moduloituna niin sanottua näennäissatunnaista signaalia (PRN, Pseudo Random Noise). Tämä signaali ei läpäise kiinteitä rakenteita, joten paikantimen käyttö vaatii suoran näköyhteyden taivaalle. Tämä asia on helposti todennettavissa yrittäessä käyttää GPS laitetta sisätiloissa. Olenpa tähän asiaan liityen voittanut vedonkin eräässä illanistujaisissa. Kaveri väitti, että GPS-laitteiden toimivan siinä missä kännykäkin.

GPS toimii kahdella päätaajuudella L1 ja L2. L1 (1575,4200 MHz) on siviilikäytössä ja L2 (1227,6000 MHz) on sotilaskäytössä. Muitakin taajuuksia on olemassa, mutta ne eivät ole normaalioloissa käytössä. Muut taajuudet ovat havaintojen käsittelyssä muodostettuja kahden signaalin laskennallisia yhdistelmiä eivätkä satelliittien oikeasti lähettämiä signaaleja.

Taajuudet kantavat modulaatioita mukanaan, joita ovat C/A (Coarse/Acquisition) -koodi, P(Y) –koodi ja tieto-osa. C/A(Coarse/Acquisition) -koodi on jokaiselle satelliitille yksilöllinen.

C/A-koodi lähetetään L1-taajuudella. Se on pseudosatunnaisten bittien virta, yksi bitti mikrosekunnissa ja sen kokonaispituus on 1024 bittiä eli millisekunti.

P(Y)-koodi lähetetään salattuna molemmilla taajuuksilla. P(Y)-koodi on tarkoitettu sotilaalliseen käyttöön, ja sen purkuun tarvittavat avaimet ovat USA:n hallinnon kontrolloimia. Tämän koodin bittitaajuus on 10 bittiä mikrosekunnissa ja sen toistojakso on yksi viikko.

Tieto-osa sisältää satelliittien rata- ja kellotiedot eli efemeridit sekä satelliittien terveystilatiedot. Jokainen satelliitti lähettää kaikkien muidenkin satelliittien tiedot. (Pääasiallinen lähde http: fi.wikipedia.org/wiki/GPS)

Kotitehtävä 5.

Otan käsittelyyn tässä tehtävässä kodin, missä on kolme kannettavaa tietokonetta ja printteri. Nämä kaikki ovat kytketty langattomaan verkon tukiasemaan. Tukiasema sijaitsee kodin alakerrassa ja laitteet ovat luonnollisesti käytössä vapaasti koko talossa. Langattoman verkon kantavuus riittää hyvin talon alueella, mutta huomioitavaa on paksujen kiviseinien vaikutus signaalin voimakkuuteen talon äärialueilla. Myös kaikkien laitteiden yhtäaikainen käyttö luonnollisesti hidastaa toimintaa ja rasittaa WLAN-verkkoa. Käyttäjien määrän ollessa kolme päätelaitetta, käytössä huomaan selkeän hidastumisen. Ratkaisuna tähän olisi laajempi kaista.

Tietoturva on tärkeä asia kotiverkoissa. Mutta se myös saattaa vaikeuttaa verkon käyttöä. Omalla kohdallani olen poistanut WLANin salauksen, jotta lasteni ystävät pääsevät omilla kännyköillään helposti verkkomme vierailujen aikana. Tiedostettu riski on otettu, mutta muuten verkon kantoalueella ei ole muita kuin havaittuja käyttäjiä.

Kaiken kaikkiaan kurssilla saadut opit auttavat palvelujen peruskäyttäjääkin ymmärtämään hieman paremmin datapaketin siirtymisen omalta läppäriltä IP-osoitteen avulla määrättyyn osoitteeseen.

Viikoittainen ajankäyttö Luentoviikko 1 Lähiopetus 4 h Valmistautumista lähiopetukseen 0,5 h Kotitehtävien tekoa 3 h Luentoviikko 2 Lähiopetus 3 h Valmistautumista lähiopetukseen 0,5 h Kotitehtävien tekoa 5 h Luentoviikko 3 Lähiopetus 4 h Valmistautumista lähiopetukseen 0,0 h Kotitehtävien tekoa 5 h

Tenttiin valmistautuminen tällä hetkellä yhteensä 6 h

Palaute

Sellaisia asioita jotka menevät stop-and-wait lokeroon olisi hyvä kysellä jo kurssin aikana. OK kokonaisuus