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.

Ennakkotehtävänä oli määritellä oma näkemys tietoliikennetekniikasta. Tietoliikennetekniikka on mielestäni hyvin laaja käsite ja tiedän sen sisältävän paljon asioita, mutta ensimmäisenä siitä tulee mieleen tiedon siirto paikasta toiseen. Esimerkkejä tiedon siirrosta ovat:

  • Tiedon siirto tietokoneelta toiselle internetin välityksellä
  • Puhelimelta toiselle puhelinverkon välityksellä
  • Tiedon siirto satelliitista laitteeseen (esim. navigaattori ja GPS)

Termejä/käsitteitä/kokonaisuuksia:

  • Langaton liikenne
  • GPS/Galileo
  • internet
  • TCP/IP
  • Navigaattori
  • WLAN
  • Digi-TV
  • Radiotekniikka
  • Kännykkä

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Ensimmäisenä luentopäivänä käytiin läpi kommunikointimalleja sekä piiri- ja pakettikytkentä. Piiri- ja pakettikytkentöjen erot jäivät hyvin mieleen ja huomasin luentokalvoja selatessa, että niitä käydään läpi vielä myöhemminkin. Lopuksi käytiin läpi vielä kerrosarkkitehtuuri. Kerrosarkkitehtuurimalleina olivat perinteinen 3-kerroksinen malli, TCP/IP sekä OSI. OSI tuli täysin uutena, sillä en tiennyt siitä juuri mitään aikaisemmin. Tiesin, että sellainen on olemassa ja siinä on 7 kerrosta. TCP/IP malli on minulle ennestään tuttu toiselta kurssilta. Tunnen sen eri kerrokset, niiden toiminnot ja niihin liittyvät protokollat.

Luentopäivä 2:

Toinen luentopäivä alkoi pistokokeella, joka käsitteli kerrosmalleja. Pistokokeen jälkeen siirryimme itse luennon asiaan. Tällä kertaa luennolla käytiin ensimmäiseksi läpi Standardointi, jota luentokalvojen mukaan tarvitaan huolehtimaan niin fyysisestä, sähköisestä kuin toiminnallisesta yhteensopivuudesta eri järjestelmien välillä. Standardointi mahdollistaa massatuotannon ja siten se laskee tuotteiden hintoja. Tämän lisäksi se mahdollistaa eri firmojen tuotteiden kilpailuttamisen, joka myös tuo hintoja alaspäin.

Seuraavaksi käsittelimme Analogista ja digitaalista signaalia sekä signaaleihin liittyviä kaistoja ja kaistanleveyksiä. Luennon lopussa täydensimme näitä asioita käymällä läpi signaalin modulaation ja koodauksen.

Kolmas ja minun mielestäni mielenkiintoisin asia, jota luennolla käytiin oli siirtotiet. Kävimme läpi sekä johtimettomat että johtimelliset tiet sekä niiden ominaisuuksia.

Johtimettomat:

  • Mikroaaltolinkit
  • Satelliittilinkit
  • Infrapuna
  • Radiotie

Johtimelliset:

  • Parikaapeli
  • Koaksiaalikaapeli
  • Optinen kuiti
  • Sähköjohto

Luennon lopussa kävimme vielä nopeasti läpi joitakin asioita virheenkorjauksesta ja tarkistuksesta.

Luentopäivä 3:

Kolmas ja viimeinen luentopäivä alkoi toisen luentopäivän tavoin pistokokeella. Tällä kertaa pistokokeen aiheena oli linkit. Pistokokeen jälkeen alkoi varsinainen luennon asia, jota oli todella paljon. Yksi luentopäivä jäi aikasemmin välistä ja nyt pyrittiin käymään kaikki loput asiat läpi, joten asiat käytiin vauhdilla läpi ja jotkut asiat jäivät vähän epäselviksi. Luennolla käytiin läpi mm. seuraavat asiat:

  • Virheet, havainnointi ja korjaus
  • Datalinkin protokollat
  • Paketti- ja piirikytkentä
  • Reititys
  • Kanavointi
  1. FDMA (frequency division multiple access)
  2. TDMA (time division multiple access)
  3. CDMA (code division multiple access)
  4. WDMA (wavelength division multiple access)
  • Verkon ruuhkautuminen
  • LAN

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: Pyri kuvaamaan ennakkotehtävässä määrittelemäsi termit/aihepiirit/kokonaisuudet yhdessä kuvassa.

Kotitehtävä 2

Kotitehtävässä 2 tarkastelen Infrapunatekniikalla toimivaa kauko-ohjainta, joilla ohjataan mm. TV:n, stereoiden ja dvd-soittimien toimintaa. Valitsin tämän aiheen, koska langaton tekniikka kiinnostaa minua ja halusin samalla selvittää miten jokin arkipäivän laite oikeasti toimii.

Infrapunatekniikalla toimivan kauko-ohjaimen rakenne on loppupeleissä erittäin yksinkertainen. Se koostuu yksinkertaisimmillaan sulautetusta piiristä, diodista, transistorista, resonaattorista, kahdesta vastuksesta, kondensaattorista sekä tietenkin LEDistä. Näiden lisäksi jokaista nappulaa kohti on avoin piiri, joka sulkeutuu nappia painettaessa.

Jokaisella laitevalmistajalla on omat koodinsa erilaisia toimintoja varten. Kun jotain nappulaa painetaan, sulautettu piiri havaitsee, että jokin avonaisista piireistä on suljettu ja muodostaa kyseistä nappia vastaavan binääri pulssijonon. Se lähettää kyseisen pulssijonon transistorille vahvistettavaksi. Tämän jälkeen signaali lähetetään lediin, joka lähettää signaalin infrapunasäteilynä vastaanottimen valokennoon. Vastaanottajan valokenno muodostaa vastaanotetusta infrapunasäteilystä sitä vastaavan pulssijonon ja lähettää sen eteenpäin mikroprosessorille, joka osaa tulkita sen ja toimii sen mukaan.

Auringonvalo, fluorisoivat lamput ja ihminen säteilevät infrapunaa, joten ne saattavat häiritä laitteen toimintoa. Tällaisia häiriöitä varten on infrapunaa vastaanottavan laitteen (esim TV:n) infrapunavastaanotin suunniteltu siten, että se ottaa vastaan vain tietyn aallonpituuden omaavaa säteilyä (yleensä 980nm). Muut aallonpituudet pyritään suodattamaan pois. Tämä ei kuitenkaan poista kaikkia ongelmia, sillä auringonvalo sisältää myös 980nm aallonpituutta, joten on jouduttu ottamaan toinen keino käyttöön, joka vähentäisi tätä häiriötä: Kauko-ohjaimen lähettämä säteily taajuusmoduloidaan sellaiselle taajudelle, jolla auringon valoa ei esiinny. Eli vastaanottajan infrapunavastaanotin ottaa vastaan ja tulkitsee vain tietylle taajuudelle moduloitua, 980nm aallonpituuden omaavaa infrapunasäteilyä.

Kotitehtävä 3

Kolmanteen tehtävään valitsin aihealueeksi internetin ja sen tiedonsiirron. Protokollaksi valitsin toisen tunnetuimmista TCP/IP kerrosmallin kuljetuskerroksen protokollista: UDP (user datagram protocol).

UDP on kuljetuskerroksen protokolla, jonka avulla sovelluskerroksen sovellukset voivat lähettää viestejä toisille koneille. Se on yhteydetön ja ei siten avaa yhteyttä protokollien välille ennen datan lähetystä (vrt. TCP). UDP lähettää datapaketteja eteenpäin toisen koneen UDP sovellukselle ottamatta selvää siitä, onko vastaanottaja valmis vastaanottamaan dataa. Se ei myöskään vaadi kuittauksia, joten on mahdoton tietää menivätkö data ylipäätänsä perille.

UDP:n hyvä puoli on nopeus, joka johtuu siitä, että sillä on pieni headeri ja se ei avaa erikseen yhteyttä ennen pakettien lähettämistä eikä se vaadi kuittauksia. Toinen hyvä puoli on packet multicast ja broadcast toiminnot, joita esimerkiksi TCP:ssä ei ole. UDP:ta käytetään sovelluksissa, jotka toimivat reaaliajassa ja joissa luotettavuus ei ole kriteeri (eli sovelluksissa, jotka ovat aikakriittisiä). Reaaliaikaisissa ohjelmissa paketin tai toisen hukkaaminen on pienempi paha kuin pakettien uudelleen lähettämisestä aiheutuva viive. Esimerkkejä sovelluksista, jotka käyttävät UDP protokollaa:

  • DNS (domain name system)
  • VoIP (voice over IP)
  • Reaaliaikaset netissä pelattavat tietokonepelit

UDP:llä on myös huonoja puolia. Ensinnäkin pakettien perille menimisestä/hukkumisesta ei tule minkäänlaista kuittausta, joten paketteja saattaa hukkua matkalla, eikä siitä saa mitään tietoa. Mikäli samalle vastaanottajalle lähetetään useita paketteja samaan aikaan voivat paketit mennä perille väärässä järjestyksessä, sillä ne voivat kulkea eri reittejä. UDP ei myöskään ota huomioon mahdollista ruuhkaa netissä ja siten paketteja voi hukkua, kun buffereiden rekisterit ovat täynnä eivätkä voi vastaanottaa enempää dataa.

Alla olevassa kuvassa on esitelty UDP-paketin perusmuoto. Niistä source portti ja checksum eivät ole pakollisia.

Osoitteita, joista UDP:ta voidaan tutkia lisää:

Kotitehtävä 4

Neljännessä tehtävässä käsittelen GPS:ää.

GPS tiedonsiirrossa fyysisenä siirtotienä toimii ilma, sillä GPS tiedonsiirto hoidetaan satelliittilinkkien avulla. Ne jotka ovat joskus GPS:ää käyttäneet tietävät, että täytyy olla ulkona, jotta laitteet toimivat oikein. Tämä johtuu siitä, että satelliittilinkit ovat mikroaaltolinkkien sovelluksia, ja mikroaallot eivät kykene läpäisemään paksuja rakennuksien seinämiä.

GPS signaalit ovat koodimoduloituja. GPS satelliitit lähettävät ns. näennäissatunnaista signaalia (Pseudo random code). Nykyään on käytössä kaksi eri päätaajuutta.

L1

  • 1575,4200 MHz
  • Siviilikäytössä

L1 taajudella käytetään 2 eri modulaatiota

  • Jokaiselle satelliitille yksilöllinen C/A-koodi (Coarse/Acquisition)
    • Pseudosatunnaisten bittien virta
    • Bittien nopeus = 1 bitti mikrosekunnissa
    • Kokonaispituus 1024 bittiä
    • Kesto = 1 millisekuntti
  • P(Y)-koodi
    • Tarkoitettu sotilaalliseen käyttöön
    • Salattu. Purkuun tarvittavat avaimet USA:n hallinnolla.
    • Bittien nopeus = 10 bittiä mikrosekunnissa
    • Kestää viikon

L2

  • 1227,6000 MHz
  • Sotilaskäytössä

L2 taajudella käytetään P(Y)-koodia

Lisäksi molemmilla taajuuksilla lähetetään Tieto-osa, joka sisältää mm. satelliittien rata- ja kellotiedot.

Kotitehtävä 5

Valitsin käsiteltäväksi ympäristöksi kodin.

Nykyään lähes jokaisessa kodissa on vähintään yksi tietokone. Useimmissa kodeissa on useampia koneita, joten joudutaan käyttämään erilaisia ratkaisuja, jotta jokainen kone saadaan liitettyä internettiin. Tärkeimpinä kriteereinä ratkaisua etsittäessä ovat jokaisen koneen liittäminen verkkoon mahdollisimman helposti sekä verkon luotettava toiminta. Tätä varten kotiympäristöihin luodaan lähiverkko (LAN). Vielä kymmenen vuotta sitten nämä lähiverkot muodostetiin esimerkiksi käyttäen hubeja ja langallisia laneja, mutta nykyään ne luodaan usein WLAN tekniikalla.

WLAN on erittäin käyvä ratkaisu kotiverkkoja luodessa. Se tuo tullessaan monia etuja langallisiin laneihin verrattuna, kuten esimerkiksi langattomuuden (ei tarvitse vedellä piuhoja ympäri taloa) ja uuden koneen nopean verkkoon liittämisen. Varsinkin tänä päivänä, kun ihmiset ostavat kannettavia koneita pöytäkoneiden sijasta, on WLAN erittäin kätevä, sillä se mahdollistaa vapaan liikkumisen signaalin kantama-alueen sisällä. Eli töitä voi tehdä juuri siellä missä haluaa.

WLAN tekniikka tuo tullessaan näiden hyvien puolien lisäksi myös muutamia huonoja puolia. Ensimmäiseksi tulee mieleen turvallisuus, sillä ulkopuolisten, ei haluttujen ihmisten, on erittäin helppo liittyä langattomiin kotiverkkoihin, jos niitä ei salata. Toinen ongelma on signaalin vahvuus. Välillä se ei meinaa riittää isoissa tai paksut betoniseinät omaavissa rakennuksissa, joten tiedonsiirto voi olla hidasta.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1

  • Lähiopetus 4 h
  • Valmistautumista lähiopetukseen 0 h
  • Kotitehtävien tekoa 0 h

Luentoviikko 2

  • Lähiopetus 7 h
  • Valmistautumista lähiopetukseen 3 h
  • Kotitehtävien tekoa 0 h

Luentoviikko 3

  • Lähiopetus 7 h
  • Valmistautumista lähiopetukseen 4 h
  • Kotitehtävien tekoa 0 h

Palaute

Ihan ok asiaa ja mukavia kotitehtävävalintoja. Luentojen lyhennelmäkin löytyy. OK