meta data for this page
  •  

Ilari Pihlajisto

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Ensimmäisenä tietoliikenteestä tulee mieleen kommunikointi mm. lähiverkon, Internetin, puhelinverkon, GSM-verkon jne. kautta. Tietoliikenteessä käytetään useita eri protokollia, ja esim. radiotaajuuksien käyttö on tarkoin säädeltyä ja luvanvaraista toimintaa. Yhä useammat palvelut, jotka ennen olivat hitaita ja vaivalloisia käyttää (pankkiasiointi, elokuvien vuokraus, jne.), ovat siirtyneet tietoverkkoihin. Ajankohtaisena aiheena tuli mieleen Internetiin kytkettyjen laitteiden määrän nopea kasvu, ja siitä johtuva vapaiden IP-osoitteiden väheneminen.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Tehtiin yleiskatsaus tietoliikennetekniikkaan ja käytiin läpi kurssin suorittamiseen liittyviä asioita. Keskustelimme siitä, mitä tietoliikenteestä tulee kullekin mieleen, ja minkälainen rooli sillä on arkipäiväisessä elämässä. Tutustuttiin pintapuolisesti mm. OSI- ja TCP/IP-kerrosmalleihin, eri tyyppisiin tietoverkkoihin ja kytkentätapoihin.

Muilla luennoilla en ollut läsnä.

Kotitehtävä 1

Ennakkotehtävässä mainitsin avainsanat lähiverkko, Internet, puhelinverkko, GSM-verkko, protokolla, radiotaajuus, palvelut ja IP.

Kotitehtävä 2

Valitsin GSM-verkon lähempää tarkastelua varten:

GSM (Global System for Mobile Communications) on kaikista yleisin langattoman puheviestinnän standardi. GSM-verkko on solukkoverkko, johon päätelaitteet (puhelimet, 3G-modeemit, jne.) ottavat yhteyden etsimällä lähistöllä olevia tukiasemia. Jotta verkko olisi mahdollisimman kattava, tukiasemia on eri kokoisia ja eri tyyppisiä. Suurimmat tukiasemat on tyypillisesti asennettu korkeaan mastoon, ja pienemmillä tukiasemilla voidaan paikkailla isompien jättämiä aukkoja. Signaalin käyttökelpoinen kantama vaihtelee tukiaseman mukaan parista sadasta metristä kymmeniin kilometreihin.

GSM käyttää GMSK-modulointia (Gaussian Minimum Shift Keying), jossa lähetettävä digitaalinen data (bittivirta) muunnetaan sakara-aaltosignaalien vaihe-eroiksi. Tämä signaali suodatetaan Gaussin funktion mukaan pyöristetyiksi pulsseiksi. GMSK-signaali muodostetaan pyöristetystä pulssista taajuusmodulaatiolla (FSK, Frequency Shift-keying). GMSK minimoi tehokkaasti vierekkäisillä kanavilla toimivien signaalien keskinäiset häiriöt.

GSM-verkot toimivat useilla eri taajuusalueilla, jotka on jaettu toisen (2G) ja kolmannen (3G) sukupolven verkkojen välillä. Useimmat 2G-verkot toimivat 900 MHz tai 1800 MHz -taajuusalueella, ja 3G-verkot 2100 MHz -alueella. Sekä 2G-, että 3G-verkot käyttävät TDMA-kanavointia (Time Division Multiple Access), jossa kaista jaetaan yksittäisten puhelimien käyttöön jakamalla niille pieniä aikaviipaleita. Tämä mahdollistaa 8 puhekanavaa täydellä nopeudella tai 16 kanavaa puolinopeudella radiotaajuutta kohti. Kaikkien 8 kanavan siirtonopeus on 270,833 kbit/s ja aikaviipaleen kesto 4,615 ms.

Ennen lähettämistä GSM-laite pakkaa datan (äänen) digitaaliseen muotoon erilaisten koodekkien avulla. 3,1 KHz:n äänisignaalin kuljettamiseen riittää 6,5 - 13 kbit/s nopeus. Data myös kryptataan tietoturvasyistä A5/1- tai 15/2-algoritmilla.

GSM-verkon rakenne:

Kotitehtävä 3

GPS (Global Positioning System)

GPS on Yhdysvaltojen puolustusministeriön kehittämä ja ylläpitämä satelliittipaikannusjärjestelmä. GPS-päätelaitteet voivat päätellä sijaintinsa maan pinnalla satelliittien lähettämien viestien perusteella. GPS-satelliitteja on tällä hetkellä maan kiertoradalla 24 - 32, ja ne lähettävät jatkuvasti viestejä, jotka sisältävät tiedot viestin lähetysajasta, satelliitin tarkasta sijainnista kiertoradalla (Efemeridi), järjestelmän yleisestä tilasta, ja kaikkien satelliittien kiertoradasta. Näiden tietojen perusteella päätelaite voi päätellä jokaisen viestin kuljetusajan, ja siten myös etäisyyden satelliitteihin. Etäisyyksien ja satelliittien sijaintien avulla taas voidaan laskea päätelaitteen sijainti. Riittävään paikannustarkkuuteen tarvitaan yhteys vähintään 4:n satelliittiin.

GPS-protokolla käyttää kahta eri viestien koodaustapaa: julkinen koodaus matalamman tarkuuden paikannukseen ja kryptattu koodaus Yhdysvaltain puolustusvoimien käyttöön. Jokainen GPS-satelliitti lähettää viestiä 50 bitin sekuntivauhdilla. Yksi kokonainen viesti koostuu 30 sekunnin viipaleista, yhteensä 1500 bittiä informaatiota. Jokainen viipale on jaettu viiteen 6:n sekunnin mittaiseen pienempään viipaleeseen, ja niistä jokainen sisältää 10 30-bittistä sanaa, joiden kesto on 0,6 s. 30:n sekunnin viipaleet alkavat tarkalleen tasa- tai puoliminuutin kohdalla. Ajastus tehdään satelliitin atomikellon mukaan.

Viestin ensimmäinen osa sisältää viikon numeron, kellonajan viikon sisällä, ja tietoa satelliitin kunnosta. Toinen osa kertoo satelliitin tarkan kiertoradan. Kolmannessa osassa on tietoa kaikkien satelliittien kiertoradasta, niiden tilasta, ja virheenkorjauskoodia.

Kaikki satelliitit lähettävät signaalinsa samoilla kahdella taajuusalueella, 1,57542 GHz (L1-signaali) ja 1,2276 GHz (L2-signaali). Satelliitit lähettävät kantoaallon päälle moduloituna ns. näennäissatunnaista signaalia (PRN, Pseudo Random Noise).

Lisätietoa: http://www.gps.gov/

Kotitehtävä 4

Tiedonsiirto puhelinverkossa

Perinteinen puhelinverkko (PSTN) muodostuu useista piirikytkentäisistä puhelinverkoista. Piirikytkentäisessä verkossa päätelaitteiden välille muodostettu yhteys pysyy avoinna koko yhteystapahtuman ajan, vaikka kanavalla ei olisi liikennettä. Kanava on siis varattu vain yhtä yhteystapahtumaa varten kerrallaan. Alunperin puhelinverkot käyttivät mekaanista tai analogista kytkentää, mutta nykyään käytetään automaattista digitaalista kytkentää.

Puhelinverkot käyttävät siirtotienä parikaapelia. Alkuperäinen äänisignaali muutetaan digitaaliseksi 8000 näytteellä sekunnissa 8 bitin pulssikoodimodulaatiolla (PCM). Sen jälkeen data siirretään toiseen päähän puhelinkeskuksen kautta. Kytkentä tapahtuu yleensä ISUP-protokollan (ISDN User Part) mukaan puhelinkeskusten välillä. Siirtonopeutena käytetään tyypillisesti 64 kbit/s.

Kotitehtävä 5

Tietoverkkojen käyttöskenaario kotiin.

Vielä 10 vuotta sitten kotona oli yleensä yksi Internetiin puhelinverkon ja modeemin kautta kytketty tietokone. Nykyään tietokoneita ja muitakin verkkoon kytkettäviä laitteita on useita, ja niitä täytyy voida siirrellä vapaasti kodin sisällä. Tietokoneiden lisäksi verkkoon voidaan kytkeä matkapuhelimet, pelikonsolit, jotkut televisiot, jne.

Helpoin, nopein ja esteettisin tapa luoda kotiverkko, johon voidaan kytkeä useita käyttötarkoitukseltaan erilaisia laitteita on Internetiin kytketyn WLAN-reitittimen avulla luotu langaton verkko. Laajimmin käytössä oleva WLAN 802.11g-standardi mahdollistaa siirtonopeudet, jotka riittävät hyvin Internetin päivittäiseen käyttöön kuten WWW-sivujen selaamiseen, sähköpostiin, verkkopeleihin, VOIP-puheluihin, jne. Esim. teräväpiirtovideon pätkimätön suoratoisto tietokoneelta televisioon saattaa kuitenkin vaatia Ethernet-linkin koneen ja television välille.

WLAN-kotiverkon huonoin puoli varsinkin tiivisti asutulla alueella on tietoturva. Vahingossa avoimeksi jätettyyn verkkoon pääsevät helposti kodin ulkopuolisetkin sisään, ja kaikki salauksetkaan eivät ole murtamattomia. Kun WEP-protokolla todettiin tehottomaksi suojaukseen, kehitettiin TKIP, ja sen jälkeen vielä WPA-suojaus. LAN-verkkoon sen sijaan on lähes mahdoton murtautua ulkoapäin.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus 7 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen y h
  • Luentoviikko 2
    • Itsenäistä opiskelua 3 h
  • Luentoviikko 3
    • Itsenäistä opiskelua 3 h
  • Kotitehtävien tekoa 8 h
  • Valmistautuminen tenttiin 12 h

Palaute

Ihan OK kotitehtävät. GSM työ parasta antia. Toisissa jäätiin vähän yleiselle tasolle.

Pääsivulle