Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Oma näkemykseni tietoliikenteestä on, että se on eri laitteiden tai niissä käytetävien sovellusten kommunikointia joko sisäisessä verkossa, tai mailmanlaajuisesti internetissä. Kommunikointi tapahtuu käyttäen tiettyjä sääntöjä (protokollia). Kommunikointi voi tapahtua joko perinteisessä fyysisessä verkossa kupari tai valokuituyhteyksillä, tai käyttäen erilaisia langattomia tiedonsiirtomenetelmiä kuten wlan, bluetooth tai matkapuhelinverkko. Käsitteistä tulee mieleen ainakin Internet, Ethernet, Bluetooth, LAN, WLAN, HDMI, 3G, 4G, GPS.

Ennakkotehtävä 2

GSM-järjestelmän taajuusalueet suomessa on 900MHz ja 1800MHz.Tiedonsiirtonopeus GSM verkko: GPRS – liikenne verkosta laitteelle on 56-114kbit/s.

3G käyttää taajuuksia 900MHz ja 2100MHz Tiedonsiirtonopeus 3G verkossa: HSDPA – liikenne verkosta laitteelle max. 21 Mbit/s DC-HSDPA – liikenne verkosta laitteelle max. 42 Mbit/s HSUPA – liikenne laitteesta verkkoon max. 5,8 Mbit/s

4G verkko toimii 1800MHz ja 2600MHz taajuudella. Tiedonsiirtonopeus 4G verkossa: LTA - liikenne verkosta laitteelle max. 150Mbit/s (käytännössä 10-80Mbit/S)

Langaton lähiverkko WLAN 802.11n taajuudet 2.4GHz ja 5GHz. Maksimi tiedosiirtonopeus on 600Mbit/s

GPS järjestelmän käyttämä taajuus on 1575.42MHz.

LAN-verkon teoreettinen maksimi nopeus on 10Gbit/s. (10Gb-ethernet)

Ennakkotehtävä 3

Koodaustavat:

Bluetooth - FSK, 802.11- BPSK/QPSK/FSK, 802.11a – BPSK/QPSK/16-QAM/64-QAM, ADSL – 8-QAM/PSK, GigaEth – 8B/10B,

Kanavointitavat:

Bluetooth - CDMA, UMTS/3G - WCDMA, Kaapelimodemi - TDMA, Valokuitu - WDM

Ennakkotehtävä 4

Artikkeliä lukiessa huomasi että tässä on paljon samoja asioita kun tunnilla on käsitelty.

Artikkelissa puhuttiin wlan verkkojen kehityksestä. Kuinka verkkojen nopeutta nostetaan käyttämällä mimoa eli spatiaalista limitystä ja signaalien monitie-etenemistä. Käytetään useaa antennia ja lähetetään useita tietovirtoja saman aikaisesti. Wlanin seuraava versio nopeutuu käyttämällä tehokkaampaa modulointia (256-QAM), kaksin tai nelin kertaisia kanavaleveyksiä ja mutkikkaampaa spatiaalista limitystä (8 tietovirtaa). Ongelmaksi uusissa tekiniikoissa muodostuu se että se varaa lähes koko taajuusalueen (ruuhka). Kehitteillä myös terahertsi standardi.

LTE-linkit:

http://en.wikipedia.org/wiki/LTE_(telecommunication)

http://www.radio-electronics.com/info/cellulartelecomms/lte-long-term-evolution/3g-lte-basics.php

LTE-Tekniikka:

LTE-tekniikka on kehitetty 3G:stä tuomalla siihen uudenlaisia tekniikoita kuten:

OFDM tekniikka joka on tuttu esim. WLANista. Käytetään useaa taajuuskanavaa yhtäaikaa.

MIMO tekniikka jossa käytetään useita antenneja ja hyödynnetään radioaaltojen heijastumia useiden tietovirtojen samanaikaiseen hallintaan

SAE (System architecture evolution) Kehittämällä verkon arkkitehtuuria niin että siitä on saatu yksinkertaisempi, saadaan viiveaikoja pienemmäksi ja datan reitit suoremmiksi.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Luennolla käsiteltiin tietoliikennettä yleisesti sekä käytiin läpi tärkeimpiä tietoliikennetekniikan käsitteitä. Luennolla opittiin mm. seuraavaa:

Miten erilaiset laitteet kuten tietokone, matkapuhelin ja perinteinen puhelin on liittyy samaan tietoverkkoon. Kuinka kommunikointi internetissä periaatteellisella tasolla toimii ja miten informaatio saadaan siirrettyä pisteestä a pisteeseen b muuttamalla informaatio ensin dataksi siitä haluttuun tiedonsiirtomuotoon esim analogiasignaaliksi ja siitä taas takaisin informaatioksi.

Luennolla tarkasteltiin myös OSI ja TCP/IP kerrosarkkitehtuuria sekä niiden keskinäisiä eroja ja yhtäläisyyksiä. Kerrosrakenteet voidaan jakaa kolmeen teoreettiseen osaan: verkkokerros, kuljetuskerros ja sovelluskerros. TCP/IP mallissa on viisi kerrosta, siinä verkkokerros on jaettu kolmeen osaan. OSI mallissa on 7 kerrosta ja siinä on myös sovellus jaettu kolmeen eri osaan.

Luentopäivä 2:

Luennolla käsiteltiin protokollia yleisesti, mitä protokollat pitää sisällään ja mitä etuja protokollista on. Protokolla koostuu syntaksista joka sisältää mm sanaston, paketin muotoilun ja signaalitason, semantiikasta eli toimintalogiikasta ja Ajoituksesta joka pitää sisällään mm. siirtonopeuden ja pakettien järjestyksen. Käsitteinä segmentointi tarkoittaa tiedon pilkkomista pienempiin osiin ja paketointi tarkoittaa sitä että dataan lisätään protokollan vaatima ohjausinformaatio. Kommunikointia voi olla joko yhteydetöntä tai yhteydellistä. Yhteydetön kommunikointi on yksisuuntaista kun taas yhteydellinen vaatii varmistuksen lähetetyn datan vastaanottamisesta. Virheiden havainnointiin kommunikoinnissa käytetään erilaisia tarkastussummia, saapuneiden pakettien kuittausta ja esim uudelleenlähetystä odotusajan jälkeen.

Standardeja käsiteltiin lyhyesti, mitä standardit on, mitä hyötyä tai haittaa nistä on ja ketkä standardeja tekee, ja miten standardeja käytännössä tuotetaan. Luennolla käsiteltiin myös eri tyyppisiä siirtoteitä. Siirtoteitä on olemassa sekä johtimellisia että johdottomia. Johtimellisessa siirrossa siirtotiellä on suuri vaikutus, kun taas johtimettomassa tiedonsiirrossa vaikuttaa kaistan leveys ja antennin ominaisuudet. Johtimellisia siirtoteitä on mm. parikaapeli, koaksiaalikaapeli, valokuitu ja sähköverkko.

Erilaisten johtimellisten kaapelityyppien eroihin tutustuttiin tarkemmin: -Parikaapelien cat 5, cat 6 ja cat6e erot Kierrettyjä johtopareja, joita suojattu eri tavoin. Käyttö pääosin toimistoverkkojen rakennukseen ja adsl-käytössä vanhojen puhelinlinjojen kautta. -Koaksiaalikaapelin rakenne, kaksi johdinta jotka sisäkkäin. Käyttö nykyisin lähinnä TV verkoissa, ja vielä jossain teollisuusautomaation väylissä. -Optisen kuidun rakenne, lasi tai muovi ydin, jossa heijastava ulkovaippa, ja suojaava ulkokuori. Sitä käytetään nykyään mm. runkoverkoissa sekä jonkin verran jo kiinteistöliityntöinä. Käytössä myös teollisuudessa jossa esiintyy paljon sähkömagneettisia häiriöitä.

Johtimettomat siirtotiet voidaan jakaa joko suunnattuihin tai ympärisäteileviin. Etenemismekanismeja on 1. näköyhteysreitti jonka taajuusalue 30MHz-300GHz käytetään UHF SHF ja EHF alueilla. 2. Sironnan avulla eteneminen taajuusalue 0,3-10GHz, 3. Ionosfäärin kautta heijastumalla alle 30Mhz aluella, etenee ympäri maapallon. 4. Eteneminen maanpinta aalloilla, vaimennus kasvaa nopeasti taajuuden kasvaessa, toiminta-alue muutaman Mhz:n alueella. Erilasia antenneja on ympärisäteilevä, suuntaava, sektoroiva tai satelliittiantenni.

Johtimettomia siirtoteitä: Mikroaaltolinkit - suunnattu kommunikointi, sateliittikommunikointi, radioliikenne – suuntaamaton kommunkointi ja infrapuna – lyhyen matkan point-to-point.

Luentopäivä 3:

Luennolla käsiteltiin tietojen siirtoa, tietojen koodausta, analogisen ja digitaalisen signaalien muunnosta ja digitaalisen signaalin erilaisia toteutustapoja. Kuinka digitaalista dataa siirretään käyttäen apuna analogisia signaaleita. Käytetään mm. voimakkuus, taajuus, tai vaihevaihteluita ja näistä kehitettyjä sovelluksia kuten QPSK:ta tai QAM:ia.

Luennolla tarkasteltiin myös kuinka virheiden tarkastelu ja korjaus tedonsiirrossa voidaan toteuttaa, ja kuinka linkkikerros huolehtii tietojen siirtymisestä siirtotiellä mm. synkronoinnista, virheiden hallinnasta, osoitteista ja linkin hallinnasta.

Lopuksi tutkittiin multiplexausta eli kanavointia, jossa laitteiden välistä kommunikointia hallitaan niin että siirtojärjestelmän kapasiteettiä riittää useammalle laitteelle. Kanavointi voidaan jakaa seuraaviin luokkiin: taajuusjakokanavointi, aikajakokanavointi, koodijakokanavointi ja aallonpituusjakokanavointi.

Luentopäivä 4:

Neljännellä luentopäivällä opiskeltua:

Piirikytkentä vs pakettikytkentä

Piirikytkentä: Yleensa puhelin yhteydet Varaa enemmän kaistaa. Kaista varattu koko yhteyden ajan. Varmempi yhteys, tasainen lyhyempi viive

Pakettikytkentä: Datan siirtoon Ei varaa niin paljon kaistaa Viiveitä Mahdollisuus muodostaa virtuaalinen piirikykentä, niin että paketit kulkee samaa reittiä Datagram yhteydessä joka paketille oma reitityspäätös

Kytkentätekniikoiden suorituskykyä mitataan 3 erilaisella viiveillä. Etenemisviive: kuinka kauan signaali etenee solmujen välillä, siirtoviive: kuinka kauan menee lähettimeltä datalohkon lähetyksessä, solmuviive / prosessointiviive: kuinka kauan solmu prosessoi kytkennän aikana.

Pakettikytkentäisen verkon reititys. Reititys tehdään käyttäen reititys algoritmejä. Algoritmeissä huomioidaan mm. tehokkuus, yksinkertaisuus, vakaus, tasapuolisuus ja optimaalisuus.

Lähiverkot

Lähiverkkojen etuja: edullisuus, saatavuus, helppokäyttöisyys. Lähiverkkojen kehitys, pc koneiden tehot kasvaa, tarvitaan verkoilta enemmän kapasiteettiä ja viiveettömyyttä. Lähiverkon avaintekijät, topologia (väylä, puu, rengas, tähti), välitys tie (kupari, kuitu, langaton), kaapelointi layout, mac protokolla

Kuinka jaetulla siirtotiellä havaitaan törmäykset käyttäen CSMA/CD (collision detection) protokollaa. Ilmateillä käytetään CSMA/CA (collision avoidance) jolla pyritään estämään törmäykset.

Mitä opin kurssin aikana

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Kotitehtävä 2

LAN

-Siirtotienä johdollinen siirtotie. Kotikäytössä parikaapelointi ja toimistoverkoissa myös valokuitu.

-Protokollina TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) on yleisin LAN verkossa käytettävä protokolla. Tämän lisäksi LAN-verkossa käytetään ainakin UDP (User Datagram Protocol) Vastaava kun IP paketti, mutta mukana myös sovelluksen tarvitsema porttimekanismi. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) IP-osoitteen määrittelyyn varten käytettävä protokolla.

http://www.ietf.org/

WLAN

-Siirtotienä johdoton siirtotie jonka taajuus joko 2,4GHz tai 5Ghz riippuen käytettävästä protokollasta.

-Protokollana 802.11 langattomien verkkojen protokollan joku versio, esim. 802.11g jonka taajuus on 2,4Ghz ja maksimi nopeus on 50Mbit/s. Verkon suojaukseen käytetään esimerkiksi WEP (Wireless Encryption Protocol) suojausta. Parempi suojaustaso langattomalle verkolle saadaan käyttämällä WPA suojausta joka käyttää EAP (Extensible Authentication Protocol) protokollaa.

http://webservices.ieee.org/pindex_basic.html

BLUETOOTH

-Siirtotienä johdoton siirtotie jonka taajuus on 2,45GHz.

-Bluetooth on avoin standardi jonka on kehittänyt Bluetooth SIG (Special Interest Group) jossa mukana mm. Ericsson, Nokia, IBM yms. Bluetoothista 3 eri versiota, josta uusin hyödyntää 802.11 PAL (Protocol Adaptation Layer), WLAN-tekniikkaa.

http://www.bluetooth.com/Pages/Bluetooth-Home.aspx

Kotitehtävä 3

Kira Hellström

- Hyvin jäsennelty ja selkeä sivusto, ja tehtävistä löytyy tarvittavat asiat. Kaikki tehtävät tehty. Sopiva kokonaisuus

Lauri Isoaho

- Lauri on tehnyt paljon töitä sivujensa eteen, etsinyt tietoa paljon myös luentojen ulkopuolelta. Nämä käy mallisivuista muille. Itse tulostan nämä tenttiin opiskelua varten. Hyvä Late!

Tommi Isotalo

- Kaikki tehtävät tehty. Todella tiivistetty paketti, pääasiat kuitenkin löytyy hyvin. Voisi olla ehkä vähän laajempia vastauksia.

Sonja Kähkönen

- Luentopäiväkirjat tehty ja selkeät. Kotitehtäviä vielä tekemättä. 1 tehtävässä hyvä ulkoasu. Tehdyt kotitehtävät melko suppeita.

Ilona Toth

- Luentopäiväkirjassa pohdiskeltu mukavasti mitä on opittu ja mitä jäi epäselväksi. Myös tehtävät on tehty huolelliseti.

Kotitehtävä 4

WLAN

- Uusimmat wlan tekniikat käyttää avukseen mimoa eli spatiaalista limitystä ja signaalien monitie-etenemistä. Käyttämällä useaa antennia voidaan siirtää useita tietovirtoja saman aikaisesti. Wlanissa käytetään modulointitekniikoita nopeuden tehostamiseksi, modulointitekniikat kehttyy koko ajan uudet wlan standardit käyttää jo 256QAM modulointia.

Ethernet

- Käyttämällä paremmin suojattua kaapelia CAT5 → CAT6 tai valokaapeli pystytään taajuutta nostamaan → suurempi siirtonopeus. Käytetään koodausta että saadaan häriöttömämpi tiedonsiirto, koodaus kehittyy tiedonsiirto nopeutuu. Modulointitekniikat nopeuttaa tiedonsiirtoa, esim. valokuituverkoissa BPSK, QPSK, 8PSK ja DP-QPSK.

Matkapuhelinverkko

- 4G tekniikka tuonut mukanaan useampien taajuusalueiden ja kaistanleveyksien hyödyntämisen. 4G / LTE modulointitekniikat kehittyneitä QPSK,16QAM,64QAM. LTE käyttää myös MIMO teknikkaa.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

-Lähiopetus: 7 h Kotitehtävät: 3 h

  • Luentoviikko 2

-Lähiopetus: 7 h Kotitehtävät: 4 h

  • Luentoviikko 3

-Lähiopetus: 7 h Kotitehtävät: 4 h

  • Luentoviikko 4

-Lähiopetus: 6,5 h Kotitehtävät: 3 h


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