Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikennetekniikka tarkoittaa minulle bittien, eli datan, siirtoa paikasta toiseen. Eli kasa bitteja siirtyy lähettävästä laitteesta, joka voi olla mobiili- tai kiinteä laite, käyttäen jotain siirtotapaa, haluttuun vastaanotettavan laitteeseen. Lisäarvoa dataan saadaan prosessoinnilla, käyttöliittymien ja sovellusten avulla. Datan prosessoimiseksi ja säilytykseen sekä lähtö- ja vastaanotto päässä, tai siirron aikana, tarvitaan joku säilytyspaikka. Asioita mitä tulee mieleen liittyen datan säilytykseen ja jalostamiseen on tietoturva, palvelin, pilvipalvelin, verkkolevy, hosting, paikannus ja ohjelmointikieli. Jotta datan voi siirtyä paikasta toiseen tarvitaan joku väylä mitä kautta se siirtyy, eli sähköä, kaapeli, piuha tms. Siirtoväylä voi myös olla ääniaalto, valoimpulssi tai heijastus, jolloin tiedon siirtoon liittyy eri taajuuksia, impulsseja ja heijastuksia. Nämä siirtoväylät ovat yhteydessä toisiinsa sovituilla tavoilla, ja mahdollistavat täten bittien (eli tiedon) siirron paikasta toiseen. Siirtoväylistä tulee mieleen siirtonopeus, www, ethernet, internet, bluetooth, satelliitti, kaapeli, ADSL, WLAN, valokuitu ja lukuisia erilaisia verkkoja.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Yleiskuva tietoliikennetekniikasta ja verkoista
  • Kommunikointimalli; Tarvitaan lähdejärjestelmä joka generoi siirrettävän datan, lähetin joka muuntaa datan signaaliksi, joku siirtojärjestelmä joka siirtää signaalin, vastaanotin joka ottaa vastaan signaalin ja vastaanottojärjstelmä missä vastaanotettu data tulkitaan. Eli järjestelmät kommunikoivat luomalla signaaleita liitynnän (lähetin ja vastaanotin) kautta siirtoteille (verkko). Vastaanottimeen liittyy häiriönsuodatusta ja datan korjausta.Käystiin läpi sähköpostiesimerkki.
  • Kerrosarkkitehtuuri (kerrosmalli); Lähteen ja kohteen tehtävät jaetaan kerroksiin, joka kerroksella on oma vastuualue, ja ne eivät sekoitu toisen kerroksen vastuualueisiin, eli lähettimessä ja vastaanottimessa samat kerrokset “asioivat” toistensa kanssa . Tämä asia tuli selkeäksi “johtja/sihteeri/kuriiri” esimerkillä. . Kolmen kerroksen mallissa ylin kerros on sovelluskerros (SAP), keskimmäinen kuljetuskerros (kommunikointi) ja alin verkkokerros (verkko-osoite. Kerrokset pitäisi olla niin itsenäisiä, että muutokset yhdessä kerroksessa ei vaikuta toiseen kerrokseen.
  • Protokolla; Kerrokset keskustelevat vastakerroksen kanssa käyttämäälä kyseisen kerroksen protokollaa.Eli esim. sovelluskerros lähettää komennon/paketin vastaanottavalle sovelluskerroskelle( esim. ftp-komennot). Kunkin kerroksen paketit sisältää sekä dataa että ohjausinformaatiota. Ohjausinformaatiossa on tietoa miten data tulkitaan.
  • OSI ja TCP/IP;OSI_malli on seitsemän kerroksen kerrosmalli. Kerrokset on fyysinen kerros, linkkikerros, verkkokerros (tiedonsiirto), kuljetuskerros, istuntokerros, esitystapakerros ja sovelluskerros. OSI-malli on standardoitu, ja sen takia helpompaa protokollien käyttöä rajapintojen kautta. TCP/IP uudempi standardoitu malli missä viisi kerrosta. Internet perustuu TCP/IP arkkitehtuuriin.
  • Jäi epäselväksi: OSI-malli ja TCP/IP-arkkitehtuuri meni yli. Miksi ei voi pysyä kolmen kerroksen mallissa kun se on selkeämpi, mitä parempaa tässä oikein oli. Mitä on ero verrattuna kerrosarkkitehtuuriin, vai oliko nämä sama asia, mutta enemmän kerroksia kun “johtaja/sihteeri/kuriiri” mallissa…

Luentopäivä 2:

  • Protokollien yleiset toiminnot: Protokolla = eri järjestelmissä sijaitsevien olioiden yhteinen kieli, yhteinen sovittu tapa ilmoittaa mitä, kuinka ja koska. Tehtävä on datavirtojen välittäminen kahden kommunikoivan olion välillä. Olioiden välinen kommunikointi voi tapahtua yhteydettömästi (postikortti) tai yhteydellisesti (puhelinkeskustelu)
  • Protokolla koostuu: Syntaksista (millaisia paketteja), Semantiikasta (miten paketit toimitetaan) ja Ajoituksesta (pakettien siirtonopeus ja oikea järjestys). Protokollassa hoituu: Virheen havainnointi (voi olla virheenkorjaus, virheenhavainnointikoodi, uudelleenlähetys, automatic repeat request), Osoitteet (osoitustaso, osituksen laajuus, yhteystunnisteet, ositustila), Kanavointi (multipleksointi, eli usea yhteys yksittäisellä siirrolla), Kuljetuspalvelu (prioriteetti, tietoturva, palvelutaso)
  • Segmentointi = datan pilkkominen pienempiin lohkoihin > Kokoaminen on vastatoimenpide. Syynä tehokkaampi virheenkorjaus, tasaisempi verkon käyttö (vetoketjuefekti ).
  • Paketointi = datalohkot sisältävät datan lisäksi ohjausinformaatiota, osoite, virheenkorjauskoodi, ohjusinformaatio.
  • Vuon valvonta= toimenpide jolla vastaanottaja säätelee lähettäjän lähetysnopeutta (stop-and-wait, liukuva ikkuna)
  • Standardoinnit; Tietoliikenteen standardointeja tarvitaan yhteensopivuudesta eri järjestelmien välillä. Standardoinnista vastaa usea eri organisaatio, ja samalle asialle voi olla useampia eri standardeja . Internetissä tärkein standardi-organisaatio on IETF.
  • Siirtotiet; Johtimellisessa siirtotiessä signaalit kulkevat fyysistä reittiä pitkin (parikaapeli, koaksiaalikaapeli, optinen kuitu, sähköjohto). Johtimellisessa siirtotiessä tiedonsiirtonopeus tai laitteiden välinen etäisyys riippuu käytettävistä olevasta kaistanleveydestä. Jos siirtotien pituuden kasvattaa suuremmilla etäisyyksillä signaalia pitää parantaa. Johtimettomassa siirtotiessä tieto siirtyy langattomasti ( mikroaaltolinkit, infrapuna, radiotie, satelliittilinkit). Signaali etenee ilmassa eri taajuksilla. Signaali on suunnattu (satelliittilautanen) tai suuntaamaton (mobiilipuhelin).
  • Luennosta jäi parhaiten mieleen langalliset siirtotiet ja siirtopiuhan sielunelämä. Mutta kaikki mitä käytiin läpi kello puoli kolmen jälkeen iltapäivällä, jäi aika epäselväksi koska aivojen vastaanottokyky loppui kesken.

Luentopäivä 3:

  • Signaalit: Jotta data voi siirtyä se pitää olla semmoisessa muodossa että sopii siirtotielle, siirto pitää synkronisoida vastaanottajan ja lähettäjän päässä. Data muuntuu signaaliksi koodauksen (digitaali) tai moduloinnin(analogi) avulla lähettäjän päässä, ja takaisin haluttuun muotoon de-koodauksen avulla vastaanottajan päässä
  • Digitaali data > digitaali signaali: Siirtyy bittinä, eli nollana tai ykkösenä (päällä tai pois). Siirron onnistumiseen vaikuttaa; kohina, tiedonsiirtonopeus, kaistanleveys (hyvä signaali kun mennään keskellä kaistanleveyttä ) ja koodaustapa (näitä on useampi, eli miten ykköset ja nollat ilmaistaan siirrossa: NRZ-L, NRZI, Bipolar –AMI jne.) Koodaus käytetään auttakseen varmistamaan siirron oikeellisuutta.
  • Digitaali data > analogi signali: Tätä siirtoa käytetään puhelinverkossa. Ykkösiä ja nollia voi ilmoittaa muutoksella amplitudissa, taajuudessa tai vaiheessa. Siirto-tapoja on ASK (Amplitude Shift Keying), FSK (Frequency Shift Keying), Multiple FSK ja PSK (Phase Shift Keying) ja QAM (Quadrature Amplitude Modulation).
  • Analogi data > digitaali signaali: Esim. puhe digitaaliseen muotoon. Siirrossa analoginen data muunnetaan digitaaliseksi pulssikoodimodulaatio tai deltamodulaatio.
  • Analogi data > analogi signaali: Syynä se että korkeamapi taajuus mahdollistaa tehokkaampaa siirtoa. Modulaatio tapahtuu muutoksella amplitudissa, taajuudessa tai vaiheessa
  • Asynkroninen ja synkroninen tiedonsiirto: Asynkronisessa lähetetään yksi bitti kerralla (esim. näppäimistö), synkronisessa lähetetään bittistriimiä, eli bittipaketteja (esim. Ethernet).
  • Tiedonsiirrossa virheitä; Näitä voi välttää virheenhavainnoinnilla (menetelmiä on virheenhavainnointi-koodi, tarkistussumma, pariteetti tarkistus) ja virheen korjauksella ( jos uudestaan siirto ei onnistu)
  • Linkkikerros: Tietoa siirrettäessä lisätään kuljetuskerros. Tiedon siirron synkronointi hoidetaan vuon hallintaan (sanomien järjestysnumero, sekä liukuvan ikkunan periaate) tai Stop and Wait ( tieto pilkotaan osiin, ja lähetetään kun vastaanottaja on kuitannut edellisen osan).
  • Kanavointi (multipleksaus): Siirtotie jaetaan usean siirrettävän signaalin kesken. Yhdellä linjalla monta kanavaa käytössä. Tapoja on taajuusjakokanavointi (FDMA), aikajakokanavointi (TDMA), koodijakokanavointi (CDMA) ja aallonpituusjakokanavointi (WDMA).
  • Paljon asiaa tiiviissä ajassa. Linkkikerrokset meni aika ohi, ja kanavoinnista tajuisin vaan ihan alkujutut.

Luentopäivä 4:

  • Teleliikenne (puhelinverkot); reaaliaikainen kommunikointiväylä, piirikytkentä, yhteys muodostetaan/varataan ennen datan siirtoa, varattu koko siirron aikana vaikka ei data liiku
  • Dataliikenteeseen (dataverkot); purskeinen kommunikointiväylä, pakettikytkentä = data pilkotaan osiin siirtoa varten datapakettiin, joka sisältää datan ja siirto informaation, tehokkaampi kuin piirikytkentä, linja ei koko ajan varattu, voidaan priorisoida paketteja keskenään. Tapoja tietosähke (datagrammi) tai virtuaalipiiri.
  • Datan siirto kasvaa ja verkot kuormittuvat, avuksi käytetään reititysstrategiaa ja ruuhkan hallintaa. Reititysstrategiassa on eri tapoja minkä perusteella datapaketti siirtyy, ruuhkan hallinnassa eri mekanismeja miten voidaan edetä kun verkko ruuhkautuu. 80% kuormittavuus on kriittinen verkolle
  • LAN ( Local Area Network) LÄHIVERKKO. Aikaisemmin yhdistää PC+ keskustietokone, esim. Ethernet. Nyt yleisin verkkotapa. Topologiat ovat; väylä, puu, rengas ja tähti.
  • MAC-protokollaa tarvitaan siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen.
  • Luento oli rankka, ja aika moni asia jäi ymmärtämättä. Päivän vauhti oli kovempi kuin edellisten, ja suuri määrä luentomateriaali oli englanniksi, vaikea oli löytää oleellisemmat asiat.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: Kuvaa kotisi laitteet ja verkot. ADSL-modeemi on kiinni puhelinpistokkeesssa ja ottaa yhteyttä ulkomaailmaan ja internettiin langallisen kiinteän verkon kautta, vanhan puhelinlangan kautta. Läppäri, tabletti ja älypuhelimet käyttävät langatonta WiFi-yhteyttä. Playsation , TV ja läppäri ovat yhteydessä toisiinsa kiinteällä langallisella verkolla. Älypuhelimet ja tabletti käyttää myös 3G verkkoa. Modeemi ja wifi tuo läppäriin ja tablettiin yhteyden eri palvelimiin; google, facebook, netflix, LUT-verkko, työpaikan verkko, Spotify jne.jne. 3G:n kautta saa myös yhteyden paitsi eri palvelimiin, myös puhelinverkkoon. Laitteet ovat myös yhteydessä GPS-satellittin, jota käytetään paikantakseen niitä. laitteet_kirahellstroem.pdf

Kolme kysymystä;

  • Miten internet tulee ns. vanhoja puhelinlankoja pitkin? Tuleeko se ikuisesti sieltä? Onko tähän tulossa jotain muutosta jonkun ulkoisen tahon/kehityksen kautta?
  • Mitä nämä uudet kuitukaapelit on mitä kautta internet tulee joihinkin paikkoihin?
  • Mitä oikeasti on se “kytkin” siellä laitteessa joka vaihtaa 3G ja Wifi verkon välillä?

Ennakkotehtävä 2

Etsi ensimmäiseen kotitehtävään valitsemistasi tietoliikenneratkaisuista niiden tarvitsema/tarjoama datanopeus ja mahdollinen taajuuskaista. Esim. GPS käyttä taajuutta X, matkapuhelin 3G moodissa käyttää taajuutta Y ja tarjoaa nopeuden Y. Saunalahti;“Tietoverkkoon liitettävän ADSL‐modeemin tulee olla hyväksytty liitettäväksi suomalaiseen puhelinverkkoon ja tukea IETF RFC 2684 ‐standardin mukaista siltaavien ja reitittävien protokollien LLC‐kehystystä sekä standardien ANSI T1.413 issue 2, ITU‐T G992.3 ANNEX A/M/L ja G992.5 ANNEX A/M määrittelemiä ADSL ja ADSL2+ ‐linjanopeuksia. Nopeus Lataus (Mbit/s) Lähetys (Mbit/s) ; 10/1M FullRate 5‐10 0,5‐1”

  • WiFi-N-reititin; Taajuuskaista; 2.4 GHz, tiedonsiirtonopeus;300 Mbit
  • 3G-GSM; Taajuus; 3G-taajuuksia on kaksi, kaupungeissa ja taajamissa yleinen 2100 MHz ja niiden ja harvempaan asuttujen alueiden 900 MHz, tiedonsiirtonopeus; Data max 2 Mbit/s: 0,4 - 2 Mbit/s

Kotitehtävä 2

Tieto kulkee sisään ja ulos talosta ADSL:n kautta. ADSL on verkkokytkintekniikka, millä siirretään tietoa tavallista puhelinlinjaa pitkin (johdollinen siirtotie). Puhelinlinja on parikaapeli jossa käytetään toistensa ympäri kierrettyjä johdinpareja häiriöiden vähentämiseksi. ADSL-linjan protokolla on ANSI T1.143 ( http://en.wikipedia.org/wiki/ANSI_T1.413_Issue_2 )

Langaton sisäverkko WLAN on lähiverkko, jossa tiedonsiirto tapahtuu radioteitse (johdoton siirtotie). WLAN käyttää sähkömagneettisia aaltoja tiedon välittämiseen kommunikoivien osapuolien välillä, joten erillistä fyysistä siirtotietä ei tarvita. WLAN toteutukset perustuvat IEEE 802.11 –protokollaan ( http://fi.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11 )

Telkkaria komennetaan kaukosäätimellä. kaukosäädin lähettää infrapunasäteen, jonka sisältämä tieto vaihtaa esimerkiksi kanavaa tai muuttaa äänen voimakkuutta. Tieto on kaksijärjestelmällä muodostettu pulssijono, jonka vastaanotin tulkitsee. Silmälle näkymätön infrapunavalo tuotetaan valodiodilla ja otetaan vastaan infrapunakennolla, joka toimii valokennon tavoin. Kaukosäädin käyttää RC-5-protokollaa. (http://en.wikipedia.org/wiki/RC-5)

Ennakkotehtävä 3

ADSL-KOODAUS: käytössä kaksi menetelmää: CAP(Carrierless Amplitude Phase) ja DMT (Discrete Multi-Tone). Kumpikin käyttää samaa perustekniikkaa QAM (Quadrature Amplitude Modulation), mutta eri tavoin. QAM siirtää samalla taajuudella kahta kantoaaltoa, jotka eroavat tiheydessä ja vaiheessa. ADSL-KANAVOINTI: Taajuusjakokanavointi eli FDMA . Sen toteutuksessa käytettävä taajuusalue jaetaan osa-alueisiin, joista käyttäjälle annetaan yksi alue yhteyden ajaksi. FDMAssa syötettävä data voi olla joko analogista tai digitaalista; signaali on aina analogista johtuen moduloinnista.

Kotitehtävä 3

  • Leea Hämäläinen - Luentopäiväkirja vielä kokonaan täyttämättä tässä vaiheessa
  • Tommi Iiskonmäki - Luentopäiväkirja 75% valmiina. Selkeä rakenne, luennon pääkohdat hyvin tiivistetty. Omat kommentit, eli mitä oppi ja mitä ei, aika samanlaiset kun minun omassa luentopäiväkirjassa.
  • Juha Hallikas – Luentoyhteenvedot melko lyhyesti ja tiivisti. Kotitehtävät tehty erittäin tarkasti ja huolella.
  • Samuel Vatanen – Luentopäiväkirja kesken. Se osuus mikä tehty, on menee tosi yksitystasolle, eli paljon asiaa ja yksityiskohtia.
  • Simo Partinen – Huolellista työtä. Kaverilla on selkeä käsitys mistä on kysymys ja on joko tosi nopea oppimaan, tai sitten asia on tuttu aikaisemmalta.

Tutustuttua muihin luentopäiväkirjoihin totesin että omani ovat ihan hyvällä tasolla, eli olen tehnyt suurimman osan tehtävistä, ja koostanut luentoyhteenvedot. Omat luentoyhteenvedot ovat ihan hyvät, mutta kotitehtävät tehty aika “lyhyesti”.

Ennakkotehtävä 4

Artikkelissa käsitellään miten tiedonsiirtoon liittyvät vaatimukset kasvavat; tehoaja nopeutta vaaditaan yhä enemmän. Pakkaamattoman Full HD-videon siirtoon tarvitaan 7 Gb/sekunti. Vastatakseen tarvetta on nyt kehitetty kaksi (vielä kehitysvaiheessa) olevaa standardia, jotka tarjoavat suurta suorituskykyä. Näiden suorituskyky perustuu limitykseen ja signaalin monitie-etenemiseen. Lisäämällä antenneja sekä lähettimeen että vastaanottimeen, voidaan lisätä tietomäärää. Tehoa saadaan lisää myös tehokkaammilla koodaus ja modulointialgoritmeilla ja suuremmalla kanavaleveydellä. Ongelmana näissä uusissa teknikoissa on että ne käyttävät suuren osan siirtotiestä, jolloin ruuhkanhallinta on haaste. Tätä on pyritty ohittamaan siirtymällä aiemmin käyttämättömille taajuusalueille. 60 GHz taajuudet toimivat lähinnä huoneen sisäisiin sovelluksiin, koska signaalin kyky läpäistä esteitä on huono. IEEE:ssä toimii terahertsin taajusaluetta tutkiva työryhmä. Terahertsin liikennöinti soveltuu lyhyille matkoille, ja voisi tarjota apua ongelmaan jossa tiedonsiirto huononee viimeisen kilometrin takia.

Artikkeli; http://www.forbescustom.com/TelecomPgs/LTEP1.html Tässä artikkelissa aiheena miten LTE-tekniikan avulla saadan lsiää tehoa mobiiliverkkoon.

Huomasin että tajusin aika paljon mistä tässä puhutaan, ei tämä olekaan ihan ufo-tiedettä, vaan asioille joita tässä käsitellään löytyy selitys :-)

Kotitehtävä 4

Netti, eli tieto siirtyy meille ja meiltä, vanhaa puhelinkaapelia, eli parikaapelia, pitkin ADSL-modeemin kautta. ADSL käyttää FDM:aa, eli taajuusjako kanavointia. Siitä eteenpäin WLAN-verkkoa hyödyntäen läppärille ja tabletille. WLAN:n siirtotie on jaettu, ja se käyttää CSMA, eli koodinjakokanavointia. Tämä toimii meillä mallikkaasti, en ole huomannut ongelmia vaikka on pari-kolme WLAN:ia hyödyntävää masinaa samanaikaisesti käytössä.

Puhelimissa on 3G verkko, joka käyttää laajakaistaista koodijakokanavointia eli WCDMA-kanavointia. 3G verkko käyttää erkot käyttävät 900 MHz ja 2100 MHz taajuuksia. Alhaisempi taajuus mahdollistaa laajan peittoalueen harvemmilla tukiasemilla, korkeampi taajuus mahdollistaa suuremman kapasiteetin taajamissa. En tiedä kumpaan me kuulutaan, mutta puhelin verkon kanssa ei ole ongelmia.

Televisio käyttää taajuusjakokanavointia eli FDMA-kanavointia. Telkkarista lähtee koaksalikaapeli, joka siirtää digitaalisen signaalin. Antenni on katolla vahvistamassa signaalin. Telkkari on uusi, mutta kaapeli ja antenni vanhat. Tämän kanssa meillä on ongelmia, kanavat häviävät ja näkyvät huonosti. Koko systeemi on tosi sää herkkä, jos kova tuuli, niin ei näy kanavia ollenkaan. Siihen ongelmaan en saanut apua tästä kurssista…:-/

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1 Lähiopetus: 6 h Wiki-sivun luonti: 1 h Kotitehtävät: 4 h

Luentoviikko 2 Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät: 3 h

Luentoviikko 3 Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät: 3 h

Luentoviikko 4 Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät: 2 h


http://www2.it.lut.fi/wiki/doku.php/courses/ct30a2001/start