Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Ennakkotehtävä 1:

Kommunikaatio tarkoittaa mielestäni viestintää kahden tai useamman osapuolen välillä, ja tietoliikenne tarkoittaa tämän kommunikaation tapahtumista sähköisesti. Tietoliikenne on siis tiedon liikkumista eri medioissa ja eri osapuolten välillä pääosin bittien välityksellä.

Tietoliikenteestä ensimmäiseksi mieleeni tulevia laitteita ovat tietokoneet, (äly)puhelimet ja padit. Tietoliikenteestä puhuttaessa ajattelen yleensä ensimmäisenä Internetiä, erityisesti sähköpostia, Google Docseja ja Facebookia, sekä matkapuhelinta tekstiviesteineen ja WhatsAppeineen. Tietoliikenteen tekniikasta minulla ei juuri ole käsitystä. Mielestäni merkittäviä viime vuosina tietoliikenteessä tapahtuneita muutoksia on laitteiden lisääntymisen lisäksi ollut esimerkiksi median siirtyminen tietoliikenteeseen, ja se, että tietoliikenne on muuttunut massa- ja mediaviestimeksi enemmän kuin vain kahden osapuolen väliseksi kommunikaatioksi.

Avainsanoja: kommunikaatio, tietoliikenne, Internet, massaviestin

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

  • Matkapuhelin käyttää 2G-moodissa taajuutta 900/1800 MHz ja tarjoaa nopeuden 20 - 120 kbit/s.
  • Matkapuhelin käyttää 3G-moodissa taajuutta 900/2100 MHz ja tarjoaa maksimissaan nopeuden 10 Mbit/s
  • Läppäri käyttää LOASin Lnetiä taajuudella. Nopeus on käyttäjälle LOASin mukaan 100 Mbit/s.

Ennakkotehtävä 3:

Etsi toisessa kotitehtävässäsi valitsemissasi siirtotieratkaisuissa käytetty koodaus- ja kanavointitapa.

  • Internet (valokaapeli): kanavointitapa polarization-division multiplexing, koodaustapana Manchester-koodaus (Ethernet)
  • Matkapuhelin (radiotie): kanavointitapa CDMA eli code-dividion multiple access (W-CDMA 3G-järjestelmässä), missä samat kanavat jakavat saman taajuusalueen, koodaustapa QPSK
  • GPS (sateliitti): kanavointitapa CDMA

Ennakkotehtävä 4:

Lukekaa wikissä pääsivulla kohdassa “linkkejä ja muuta materiaalia aihepiiriin” löytyvä WLAN -artikkeli ja pohtikaa kuinka tunneilla opetetut asiat suhteutuvat siihen.

WLAN-artikkelissa käsiteltiin siirtoteitä ja niiden nopeuksia, mitä tunneillakin on käsitelty melko paljon. Artikkelissa puhuttiin esimerkiksi tiedonsiirtosignaalien lähettämisestä ja vastaanottamisesta erityisesti eri taajuuksien antenneilla, mitä käsiteltiin toisella luennolla. Luennoilla puhuttiin myös antennien suuntaamisen vaikutuksesta niiden toimivuuteen. Oleellista artikkelissa olivat myös signaaleihin kohdistuvat ja siirtonopeuksia alentavat häiriöt, joista on luennoilla ollut myös paljon keskustelua.

Etsikää verkosta sivu tai pari, jotka esittelevät LTE-tekniikkaa (mobiiliverkko) ja pohtikaa mitä uutta kyseinen tekniikka tuo siihen mitä tunneilla on opetettu. Millaisia kysymyksiä aihepiiri herättää?

Luin LTE-tekniikasta Soneran ja Wikipedian sivuilta sekä osoitteesta http://www.4gamericas.org/index.cfm?fuseaction=page&sectionid=249 . LTE-tekniikalla toteutetut verkot tulevat kasvattamaan radiotiedonsiirron siirtonopeuksia ja siten lyhentämään viiveistä, parantamaan palveluita ja vähentämään kuluja. Erityistä tekniikassa on se, että se käyttää erilaista tekniikkaa signaalin mennessä ja signaalin lähtiessä tukiasemalta (OFDM ja SC-FDMA) eli tekniikassa yhdistetään radiotekniikkaa CDMA-kanavointiin. Aiheesta herääviä kysymyksiä ovat esimerkiksi, miten suuria siirtonopeuksia tekniikalla voidaan saavuttaa käytännössä ja mitkä ovat tekniikan suurimpia ongelmia.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Johdatus tietoliikenteeseen, kerrosmalli, protokollat
  • Päivän tärkeimmät asiat: Erilaiset netit, kerrosmalli, TCP/IP ja OSI-protokollat
  • Mitä opin tällä kertaa:

Yksi tärkein päivän aikana oivaltamistani aisoista oli tietoliikenteen yksinkertaisuus. En väitä, että ymmärtäisin tietoliikennetekniikan toimintaa vielä täydellisesti, mutta jo käsitteenä tietoliikenne oli aiemmin tuonut mieleeni sekalaisen pilven ympäriinsä ilmassa lenteleviä bittejä, minkä nyt ymmärsin olevan vähän turhan vaikea malli tietoliikenteestä. Lopunperin tietoliikenteessäkin kyse on vain tiedon liikkumisesta: tieto lähtee jostakin lähteestä, muutetaan haluttuun siirtomuotoon, vietitään, vastaanotetaan ja tulkitaan. Viestintäreitit voivat tietenkin olla monimutkaisia, mutta ainakin ne seuraavta jotain säännönmukaisuutta.

Luennoilla läpikäydyissä eritasoisissa neteissä (WAN, MAN, LAN) ei sinänsä ollut paljon uutta minulle, sillä ne oli käyty läpi jo kurssilla JOhdatus tietotekniikkaan, mutta Internetin varsinaisessa rakenteessa ja protokollissa uusia asioita tuli sitäkin enemmän. Ainakin TCP/IP kirjainyhdistelmien salaisuudet paljastuivat tunnilla siinä määrin, että ymmärsin protokollan merkityksen toimintatapaohjeina tiedonsiirtoon ja TCP/IP:n ja OSI:n tasotkin tulivat tutuiksi. Erityisesti luentojen pomo-sihteeri-esimerkki auttoi ymmärtämään, miksi eri tasoja oikeastaan tarvitsee viestin lähettämiseksi ja mihin tasot ovat yhteydessä.

  • Jäi epäselväksi:

Vaikka protokollien arkkitehtuuriset tasot tulivatkin päivän aikana käydyiksi läpi melko perusteellisesti, niiden käyttö käytännössä jäi vielä epäselväksi. Tapahtuuko kaikkien tasojen tiedonsiirto samanaikaisesti? Missä tilanteissa käytetään mitäkin protokollaa? Mitä tietokoneen käyttäjän täytyy osata protokollista, jos mitään? Näihin kysymyksiin toivon saavani vastauksen kurssin loppuun mennessä.

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe: Protokollat, standardit, erilaiset siirtotiet tietoliikenteessä
  • Päivän tärkeimmät asiat: Protokollan toiminnot, johtimelliset ja johtimettomat siirtotiet
  • Mitä opin tällä kertaa:

Päällimmäisenä tämänkertaisista luentoaiheista mieleeni jäivät erilaiset johtimelliset ja johtimettomat siirtotiet. Vaikka olin kuullut monet käsitellyistä siirtoteistä ainakin nimeltä aiemmin, eivät niiden käyttökohteet tai toimintaperiaatteet olleet juurikaan tulleet minulle aiemmin tutuksi. Esimerkiksi en ollut koskaan tiennyt, että optisella kuidulla on niin suuri kapasiteetti, että sitä käytetään myös runko- ja kaupunkiverkoissa, tai että esimerkiksi infrapunaa voidaan käyttää kaukosäätimien tiedonsiirrossa. Osa tiedonsiirtoteistä, esimerkiksi koaksiaalikaapeli, olivat myös minulle täysin uusia. Lisäksi opin paljon uutta siirtoteiden häiriöistä ja ymmärrän nyt paremmin esimerkiksi sen, miksi telkkarimme kotona näyttää lumisadetta, kun naapurimme hitsaa autotallissaan.

Johtimellisten ja johtimettomien siirtoteiden ja niihin vaikuttavien häiriöiden lisäksi opin jonkin verran uutta myös protokollista ja standardeista. Erityisesti protokollia käsitelevä osuus oli mielestäni selkeä ja protokollien erilaiset toiminnot oli selitetty tarpeeksi maanläheisesti, jotta voi oikeasti sanoa saaneensa asiasta kokonaiskuvan. Esimerkiksi melko ympäripyöreät käsitteet kuten ”vuon valvonta” tai ”yhteyden hallinta” tulivat selitysten kautta paljon yksinkertaisimmiksi ja nyt ymmärrän, että vuon valvontaa tarvitaan lähetysnopeuksien säätelyssä. Selkeän protokolla-osion vastapainona luentojen standardointi-osio jäi minulle vielä hieman etäiseksi. Vaikka standardin merkitys käsitteenä selvisi minulle melko hyvin, olisi luentokalvoilla vilisevien lyhenteiden määrän voinut esittää hieman suppeammin ja yksinkertaisemmin.

  • Jäi epäselväksi:

Johtuen ehkä siitä, etten opintomatkan vuoksi päässyt luennolle, osa luentokalvoissa olleista kuvioista ja kaavioista jäi minulle melko epäselviksi. Vaikka esimerkiksi erilaiset siirtotiet tulivat pääperiaatteissaan minulle melko selviksi, en ymmärtänyt esimerkiksi erimuotoisista antenneista olleiden kuvioiden merkitystä antennien toiminnalle. Samoin minulle jäi epäselväksi esimerkiksi johtimellisten siirtoteiden luentokalvoissa olleet kuvaajat. Lisäksi aion vielä ennen tenttiä kerrata huolella johtimettomien siirtoteiden häiriötekijät, sillä niiden laskentakaavat ja se, mikä niistä vaikutti mihinkin siirtotapaan, ei täysin vielä selvinnyt minulle.

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe: Tiedonsiirron koodaus, tiedonsiirron synkronointi ja kontrollointi, kanavointi
  • Päivän tärkeimmät asiat: Erilaiset koodaustekniikat (digitaaliset, analogiset), synkronointimenetelmät, erilaiset kanavointiluokat (FDMA, TDMA, CDMA, WDMA)
  • Mitä opin tällä kertaa:

Eniten opin tämänkertaisista aiheista tiedonsiirron koodauksesta ja koodausmenetelmistä. Ensimmäinen iso oivallus minulle oli, että sekä informaation digitaalisuus tai analogisuus ei vaikuta signaalin digitaalisuuteen tai analogisuuteen, vaan kumpikin informaatio voidaan koodata kummalle tahansa signaalille. Tähän liittyen ymmärsin myös ensimmäistä kertaa, että modeemien tarkoitus on muuttaa digitaalinen data analogiseksi signaaliksi. Syventyessäni tarkemmin erilaisiin koodaustekniikoihin silmiini pisti Manchester-koodausmenetelmä, josta olen kuullut aiemmin esimerkiksi Ethernetistä puhumisen yhteydessä. Kaiken kaikkiaan sain mielestäni melko hyvä kokonaiskuvan koodausmenetelmistä vahvuuksineen ja heikkouksineen, vaikka joidenkin menetelmien toimintaperiaate ei minulle täysin selvinnytkään.

Koodausmenetelmien lisäksi kanavointi ja kanavointiluokat muodostivat mielestäni luennon toisen selkeän kokonaisuuden. Neljä erilaista kanavointiluokkaa ja niiden toimintaperiaatteet oli helppo sisäistää, ja tässä osiossa esitehtävästä oli mielestäni myös erityisen paljon apu. Esitehtävän ansiosta uudet käsitteet pystyi heti yhdistämään konkreettisiin laitteisiin, kun laitteiden kanavointityypeistä oli ottanut etukäteen selvää (FDMA: television kaapelilähetys; CDMA; GPS jne.). Tämä tehosti oppimistani paljon ja luennon koodausosiosta jäikin mieleeni paljon enemmän kuin esimerkiksi datalinkkiprotokollista tai tiedonsiirron synkronoinnista.

  • Jäi epäselväksi:

Tiedonsiirron kontrollointi oli aiheena minulle ennen luentoja aivan vieras, muttei se liian selväksi tullut luentokalvoistakaan. Varmasti itse luennolla istuminen olisi auttanut, sillä englanninkielisistä luentokalvoista jälkeenpäin aihe ei auennut minulle juuri ollenkaan. Vaikka käsitteet selvisivät minulle luentokalvoistakin, en ymmärtänyt esimerkiksi virheen havaitsemisen polynomeja tai PPP-linkkiprotokollan toimintaperiaatetta.

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe: Piiri- ja pakettikytkennät, reititys, tukkeutuminen (congestion) verkossa sekä matkapuhelinverkot
  • Päivän tärkeimmät asiat: Piiri- ja pakettikytkennän erot, reititysstrategiat ja -algoritmit (Dijkstra, Bellman-Ford), tukkeutumisenhallinta, matkapuhelinverkon kehitysvaiheet
  • Mitä opin tällä kertaa:

Kaikken selvimmäksi asiaksi koin tällä kertaa piiri- ja pakettikytkentäiset verkot. Oli helppo ymmärtää, että teleliikenteessä, esimerkiksi puhelimeen puhuessa, reaaliaikainen kommunikointi ja sen vuoksi kommunikointilinjan varaus koko yhteydenpidon ajaksi on tärkeää. Tällöin käytetään piirikytkentäisiä verkkoja. Ero dataliikenteeseen ja pakettikytkentäisiin verkkoihin oli selvä: dataa siirrettäessä reaaliaikaisuuden edelle menee tehokkuus ja esimerkiksi mahdollisuus muuttaa datanopeutta kesken tiedonsiirron solmujen välillä. Opin myös, että pakettikytkennässä voidaan käyttää kytkentätapana joko tietosähkettä tai virtuaalipiiriä, joiden välillä isoin ero on reittien suunnittelussa datapaketeille erikseen.

Reitityksen käsite - parhaan reitin löytäminen solmujen kautta dataliikenteelle – sekä reitityksen kriteerit tulivat minulle luentokalvojen perusteella luennolla melko selviksi. Myös eri reititysstrategiat ja niiden dilemmat, esimerkiksi optimaalisen reitin löytäminen vs. kaikkien reittien kokeileminen, oli helppo ymmärtää. Lisäksi tiedän nyt, että reitityksen päästrategioihin kuuluvat fixed ja random routing sekä flooding. Reititysalgoritmit eli Bellman-Ford ja Dijkstra tulivat myös perusperiaatteiltaan käytyä läpi.

Tukkeutumisesta opin, että sitä tapahtuu datapakettien saapumisnopeuden ylittäessä solmun lähetysnopeuden ja että tukkeutumisen kontrolloiminen on tärkeää suorituskyvyn ylläpitämiseksi. Erilaisista kontrollointitavoista mieleeni jäivät jäljessä tuleviin datapaketteihin vaikuttava backpressure, tietovirran pysäyttävä choke packet sekä implisiittinen ja eksplisiittinen tukkeutumissignaali.

Luentojen lopussa käsittelimme matkapuhelinverkkoja. Tässä vaiheessa koin taas edellisen kerran ennakkotehtävän suorittamisesta olevan suuresti apua: esimerkiksi 4G (LTE) -tekniikka oli paljon helpompi ymmärtää, kun olin lukenut asiasta jo ennen edellistä luentoa. Verkkojen kehityksen ymmärtämisessä auttoi myös luentokalvojen taulukko, johon tärkeimmät muutokset analogisista äänisignaaleista täysin IP-perusteisiin palveluihin oli koottu sukupolvimallin mukaan. Verkkojen toimintatekniikka olisi kuitenkin voinut olla selitetty luentokalvoilla tarkemmin.

  • Jäi epäselväksi:

En täysin ymmärtänyt reititysalgoritmien toimintaa, joten se täytyy vielä kerrata ennen tenttiä. Myös verkkojen toimintalogiikka, esimerkiksi eri solujen (cell) toiminta matkapuhelinverkoissa, jäi minulle vielä epäselväksi. Lisäksi viimeiset luennon PP-esiteykset LAN-verkoista jäivät pintapuoliselle läpiselailulle johtuen osittain siitäkin, ettei niitä juuri käsitelty luennoilla.

Mitä opin kurssin aikana

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

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

Kämppäni tietoliikennetekniikkaan kuuluvat laitteet

Mikä lasketaan tietoliikennetekniikkaa hyödyntäväksi laitteeksi? Miten esimerkiksi GPS ja kännykkä jakavat tietoa? Miten tietokoneen tietoliikenneyhteydet toimivat?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Valitse haluamasi aihealue ja etsi siihen liittyvä protokolla. Tutustu protokollaan ja mieti kuinka protokolla vaikuttaa valitsemasi aihepiirin toimintaan. Esitä www-osoite käyttämääsi protokollaan.

Käyttämiäni siirtoteitä:

  • tietokoneen Internet: valokaapeli (LOASin tarjoama Lnet)
  • matkapuhelin: radiotie
  • matkapuhelimen gps: sateliitti

Käyttämiäni protokollia:

IP (Internet Protocol) – tiedonsiirto Internetin Internetin välityksellä

“IP is a connectionless, unreliable datagram protocol primarily responsible for addressing and routing packets between hosts.” Tarkemmin määritelty: http://technet.microsoft.com/en-us/library/dd379561(v=ws.10).aspx

IMAP (Internet Message Access Protocol) – sähköpostien lukemiseen käyttämäni protokolla

”Short for Internet Message Access Protocol, a protocol for retrieving e-mail messages.” Tarkemmin määritelty: http://www.webopedia.com/TERM/I/IMAP.html

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) - selaimien ja WWW-palvelimien tiedonsiirtoon käyttämä protokolla

“HTTP defines how messages are formatted and transmitted, and what actions Web Servers and browserss should take in response to various commands” Tarkemmin: http://www.webopedia.com/TERM/H/HTTP.html

Kotitehtävä 3

Käykää tutustumassa vähintään viiden muun henkilön kotitehtäviin ja tehkää niistä lyhyt analyysi omalla sivulle (vahvuudet, heikkoudet, …)

Eetu Heimala: Sivun vahvuuksina ovat selkeys ja asioiden ymmärrys (käsitteet hyvin hallussa). Vastaukset voisivat olla laajempia, ja oppimispäiväkirjaa voisi linkittää enemmän omaan elämään. Ei ollut tehnyt kovin montaa kotitehtävää tarkasteluuni mennessä.

Kira Hellström: Oppimispäiväkirjat ja vastaukset tehtäviin on selvästi laadittu huolella. Vastaukset ovat laajoja ja selittävät asiat tarkasti. Oppimispäiväkirjoja voisi hieman tiivistää ja kytkeä enemmän omiin kokemuksiin kuin vain toistaa käsitteiden määrittelyjä, vaikka toisaalta ne varmaan toimivat samalla muistiinpanoina.

Laura Niiranen: Kotitehtävät on tehty huolella, erityisen vaikuttava on kuva kodin tietoliikenteeseen kytketyistä laitteista. Asiat tuntuu olevan ymmärretty. Oppimispäiväkirjat/luentoyhteenvedot vähän turhan muistiinpanomaisia.

Eetu Turunen: Kotitehtävien vastaukset ovat ytimekkäät ja asiat tuntuvat olevan hallussa. Erityisen hyvät oppimispäiväkirjat, joissa ei vain toisteta luentokalvoja vaan esitetään asiat omin sanoin.

Viola Helynranta: Kotitehtävien vastaukset ovat kattavat ja paneutuvat myös yksityiskohtiin. Oppimispäiväkirja voisi olla hieman yksityiskohtaisempi.

Kotitehtävä 4

Tarkastellaan 4. kotitehtävässä siirtotien/verkon hyödyntämiseen ja tehokkuuteen liittyviä asioita. Riippuen kunkin tarkastelemista laitteista/sovelluksista/teknologioista pohtikaa hieman kuinka valituissa lähestymistavoissa siirtotien/siirtoverkon tehokas käyttö on huomioitu. Onko kyse kanavoinnista vaiko verkkotekniikoista joilla tehokkuus ja yhtäaikainen käyttö saadaan aikaiseksi.

Tietokoneeni Internet toimii LOASin Lnet:in kautta, jossa siirtotienä toimii laajojen etäisyyksien vuoksi valokaapeli. Siirtotiessä verkon tehokas käyttö on huomioitu esimerkiksi nostamalla runkoverkon nopeus 10 Gbit/s Skinnarilan ja keskustan välillä. Yhtäaikainen käyttö on siis pitkälti mahdollistettu verkkotekniikalla. Itse en ole huomannut yhteydessä ongelmia. Kotona käytämme WLAN:ia, joka hidastuu toisinaan käytettäessä useita laitteita yhtä aikaa. Tässä ratkaisussa yhtäaikainen käyttö on pyritty huomioimaan käyttämällä koodinjakokanavointia eli CDMA:ta.

Matkapuhelimeni käyttää useimpien muiden matkapuhelimien tapaan tiedonsiirrossa radiotietä ja kanavointitapana W-CDMA-kanavointia. Kanavoinnissa käytetään eri koodeja, joiden ansiosta samaa taajuusaluetta voidaan käyttää samanaikaisesti häiritsemättä liikaa muita käyttäjiä. 3G-verkoissa hyödynnetään taajuuksia 900 ja 2100 MHz:in välillä, minkä vuoksi matalilla taajuuksilla voidaan saavuttaa laaja peittoalue ja toisaalta korkeilla taajuuksilla suuri kapasiteetti tiheästi asutuilla alueilla, missä sitä tarvitaan. Itselläni matkapuhelimen tiedonsiirto on sujunut ongelmitta.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h Kotitehtävä ja oppimispäiväkirja: 1h

  • Luentoviikko 2

Lähiopetus: - (en ottanut osaa) Kotitehtävät ja oppimispäiväkirja: 2h

  • Luentoviikko 3

Lähiopetus: 2 h Kotitehtävät ja oppimispäiväkirja: 3,5 h

  • Luentoviikko 4

Lähiopetus: 3 h Kotitehtävät ja oppimispäiväkirja: 5 h


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