Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikennettä on nykyään käytössä kaikkialla, missä tietoa siirretään paikasta toiseen. Karkeasti tietoliikenne voidaan sen sisällön perusteella jakaa kahteen osaan puheen siirtoon ja datan siirtoon. Puheen siirtoa on esimerkiksi puhelinverkot, viranomaisradioverkko ja yleisradiotoiminta. Datansiirron yleisin ilmentymä tänä päivänä lienee internet. Tietoliikenne verkot toimivat molemmissa tapauksissa runkona tietoliikenteelle, eli kaapeleiden (kuitu- ja kuparikaapelit) välityksellä yhdistetyt tietoliikennesolmut (toimilaitteina reitittimet, kytkimet, jne) välittävät halutun tiedon paikasta toiseen. Radioverkoissa (GSM, VIRVE) tietoliikenteen osa kulkee ilmateitse eri taajuuksia ja modulointitapoja käyttäen. Käyttöliittymänä henkilötasolla tietoliikenneverkkoihin voi siis olla esim. kännykät, tietokoneet, radio tai TV vastaanottimet.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Tietoliikennetekniikan perusteita, kommunikointimalli sen komponentit, tiedonsiirto
  • Päivän tärkeimmät asiat: Tiedonsiirtoa tapahtuu nykyisin kaikkialla erilaisten laitteiden välillä. Yksinkertaistettu malli tiedonsiirtoon: Lähde - siirtojärjestelmä - kohde.
  • Mitä opin tällä kertaa: Toimiva tiedonsiirto vaatii sovitun toimintatapamallin (protokolla). Toimintatapamalli on jaettu eri kerroksiin (teoreettinen kolmi kerroksinen, TCP/IP viisi kerroksinen tai OSI seitsemän kerroksinen) jotka jokainen tekevät omaa tehtäväänsä. Eri kerrokset keskustelevat vastinolioidensa kanssa tiedonsiirtotien toisessa päässä. Näin homma pysyy hanskassa vaikka muiden kerroksien toiminta muuttuisikin.
  • Jäi epäselväksi:IP pakettien järjestyksen ylläpito, ja sen mahdollisesti aiheuttamat viiveet tiedonsiirtoon ( eli miten toimitaan jos paketti jää välistä ja seuraava saapuu?).

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe: Protokollat ja standardit, siirtotiet (johtimelliset ja johtimettomat)
  • Päivän tärkeimmät asiat: Protokolla, eli sovittu tapa toimia, vaaditaan tiedonsiirron perustaksi jotta eri järjestelmien oliot voivat kommunikoida keskenään. Protokollat vastaavat mm. seuraavista toiminnoista: segmentointi, yhteyden hallinta, vuon valvonta, virheen havainnointi, osoitteistus, kanavointi ja kuljetuspalvelut.

Siirtiet ovat “kanavia” joita pitkin tietoa siirretään järjestelmien välillä. Siirtoteitä on johtimellisia (parikaapeli, kuitu, koaksiaalikaapeli) sekä johtimettomia (radiotie, mikroaalto-, satelliitti- ja IR -likit). Nykyisin on kapasiteettivaatimuksen kasvun myötä runkokaapelit pääsääntöisesti kuitukaapelia. Lisäksi se sietää paremmin häiriöitä ja on kooltaan pienempää ja kevyempää kuin kuparikaapeli. Johtimettomassa siirrossa yleisin tapa viestiä on näköyhteysreittiä (LOS), ja taajuusalue on 20 MHz:stä aina 200 THz vaihdellen sovelluksittain. Johtimettomalla siirtotielle siirryttäessä on käytössä antenni joka välittää (lähettä tai vastaanottaa) datan ilmaan. Radioaallot etenemiseen vaikuttaa erilaiset ilmiöt (mm. vaimeneminen, sironta, häipyminen) jotka pitää ottaa huomioon tiedonsiirrossa. Tiedonsiirtoon vaikuttaa kaistanleveys, joka on aina tavalla tai toisella rajattu.

  • Mitä opin tällä kertaa: Standardointi on aikaavievää puuhaa, ja standardit voivat jäädä teknisestä kehityksestä jälkeen ennen kuin ne ovat syntyneetkään. Tällöin valtaan tulee de-facto standardit jotka perustuvat jonkun valmistajan tekemään tuotteeseen.

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe: Modulointi/avainnus, kanavointi, koodaus
  • Päivän tärkeimmät asiat: Avainnusmenetelmiä on amplitudi-, taajuus- ja vaiheavainnus. Jokaisessa menetelmässä 1 ja 0 erotetaan eri tekniikalla; esim taajuuavainnus (FSK)jossa tietty taajuus vastaa 1:tä ja toinen 0:a.
  • Kanavointi tarkoittaa siirtokapasiteetin jakamista useamman siirrettävän signaalin kesken. Kanavointitekniikoita on mm. taajuusjakokanavointi FDMA, aikajakokanavointi TDMA, koodijakokanavointi CDMA ja aalonpituusjakokanavointia WDM. TDMA ja CDMA ovat käytössä esim. matkapuhelin verkoissa ja WDM kuitukaapeli linkeissä.
  • Jäi epäselväksi: Mitä eroa tai yhteistä on termeillä: Modulation, Keying ja Encoding? AM ↔ ASK, FM ↔ FSK

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe: Tiedonsiirtoverkot ja sovellukset
  • Päivän tärkeimmät asiat. Tiedonsiirtoon on kehittynyt erilaiset verkot tele- ja dataliikenteeseen niiden erilaisten vaatimusten mukaan. Dataliikenne vaatii suurta kapasiteettia, mutta sallii viiveitä tiedonsiirrossa, kun taas puheliikenne on reaaliaikaista (lyhyet viiveet) ja siirtotien kapasiteettivaade on pienempi. Verkkotyypit: a) piirikytkentäinen verkko, jossa on päästä-päähän yhteys kahden aseman välillä , sopii perinteiseen puheliikenteeseen, b)pakettikytkentäinen verkko, jossa data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten ja lähetetään verkon seuraavan solmuun ja sieltä taas edelleen kohti vastaanottajaa ennalta määrämätöntä reittiä, sopii dataliikenteeseen.

Nykyisin on enenevissä määrin siirrytty pakettikytkentäisiin verkkoihin koska datamäärät ovat kasvaneet ja verkon kapasiteettiä käytetään tehokkaammin kuin piirikytkentäisessä verkossa. Pakettikytkentäisessä verkossa tärkeässä roolissa on reititys (reititysstrategia) ja ruuhkan hallinta koska pakettiverkon kuorman kasvaessa verkko saattaa tukkeutua kokonaan (verkko kuormittaa itse itseään esim. generoimalla itse uudelleenlähetyksiä yms.)ja tietoa ei kulje lainkaan.

LAN verkot ovat nykyisin yleisin verkkotyyppi, ja viime vuosina teknologian kehitys (PC-koneiden tehonkasvu ja erilaisten laitteiden lisäntyminen)on lisännyt LAN -verkkoja sekä niiden vaatimuksia. LAN verkkojen topologioita on mm. väylä, puu, rengas ja tähti (esim. langattomat linkit).

Solukko verkot (esim. GSM) ovat langattoman tiedonsiirron yleisin ilmentymä tänä päivänä. Verkot muodostuvat keskuksista ja tukiasemista sekä käyttäjillä olevista päätelaitteista (puhelimet, padit, yms.). Verkkoja voidaan käyttää puheen sekä datansiirtoon (myös videon siirto mahdollista). Käytetyt kanavointimenetelmät ja kehitys sukupolvet (suluissa); TDMA (2G), CDMA (2G, 3G) ja OFDMA (4G).

  • Mitä opin: Pakettiverkon kuormituskriittisyys (80% käyttöaste aiheuttaa haasteita), ja toiminta reitityksen sekä ruuhkan hallinnan osalta. LAN:n kehitys ja sukupolvet.

Mitä opin kurssin aikana

Tiedonsiirtoa on nykyään kaikkialla, datamäärät lisääntyvät kaiken aikaa ja langaton tiedonsiirto on ns. jokapaikan tietotekniikkaa. Kehitys tiedonsiirrossa on jatkuvaa ja tämä perustekurssi on pintaraapaisu kokonaisuuteen.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

koti_tite.pdf

Kysymyksiä:

  1. Miten ADSL:n kapasiteetti riittää kaikkeen yhtäaikaa (esim. videovuokraus, netin käyttö…)?
  2. Miksi maksukanavan kuva on rakeinen osan aikaa, mutta useimmiten laatu on ok?
  3. Kuka vastaa tietoturvasta kun olen pilveen kytkettynä?

Ennakkotehtävä 2

ADSL: datanopeus maksiminopeus 24 Mbit/s vastaanotto, 3,5 Mbit/s lähetys

Puhelin: datanopeus riippuu yhteydestä onko 2G vai 3G verkko käytössä, tarjoaa nopeuden vähintään 386 kbit/s mahdollisesti jopa 10 Mbit/s

taajuuskaista 900 MHz tai 2100 MHz

WLAN: 54 Mbit/s, 2,4 GHz taajuuskaista

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.

Siirtotiet kodin tietoliikenneympäristössä:

  • tilaajaliittymä parikaapeliyhteys ADSL modeemille
  • ADSL modeemin ja PC:n välillä Ethernet kaapeli(parikaapeli) tai WLAN yhteys
  • ADSL modeemin ja Elisa viihde digiboxin välillä Ethernet
  • puhelin ilmateitse (900 MHz tai 2100 MHz) yhteydessä tukiasemaan

Käytetyt protokollat:

Ennakkotehtävä 3

Koodaus ja kanavointitapa

  • ADSL yhteydellä FDMA -kanavointi, Discrete multitone (DMT) modulointi tekniikka,
  • puhelin CDMA/TDMA -kanavointi,

Kotitehtävä 3

Analyysi viiden muun henkilön kotitehtävistä:

Paula Kokko

  • Vahvuudet: tietoa oli kaivettu kiitettävästi eri lähteistä ja tekniikoista
  • Heikkoudet: teknisissä asioissa hieman hakemista osittain, mutta kyllä se siitä lähtee
  • Mahdollisuudet: tietämystä tietotekniikan alalta voisi nyt laajentaa kun perusta on luotu

Tuomo Kuosma

  • Vahvuudet: kattava ja pohdiskeleva lähestyminen aiheeseen, perustuu omakohtaisiin kokemuksiin/haasteisiin tietotekniikasta
  • Heikkoudet: muutama osio vielä tekemättä, joissain teknisissä asioissa epätarkkuutta
  • Mahdollisuudet: kiinnostus lienee (?) herännyt aiheeseen, ja oppimista tapahtuu itsestään tietotekniikan saralla

Tiia Lantta

  • Vahvuudet: laaja esitys, töitä on tehty ja asioita on saatu pöytäkirjaan paljon
  • Heikkoudet: oma pohdinta puuttuu, linkki käytäntöön voisi auttaa konkretisoimaan asiaa
  • Mahdollisuudet: kurssista on paljon hyötyä jatkossa tietotekniikan tietämyksen lisäämiseen kun saadaan nämä perusteet haltuun

Samu Linnimaa

  • Vahvuudet: aikataulun mukaisesti on päästy melko pitkälle harjoitusten osalta
  • Heikkoudet: teknisessä mielessä vähän “ohut” lähestyminen aiheeseen
  • Mahdollisuudet: vielä ehtii saattamaan muutaman tehtävän loppuun, sekä laajentamaan aihetta…

Ilona Toth

  • Vahvuudet: tarkasti tehtyä työtä, sovitulla tavalla kaikki paketissa
  • Heikkoudet: termit vähän hakusassa joissain kohdin, mikä ei ole ihme tällä lyhenteiden ja teknisten nippelitietojen luvatulla alalla
  • Mahdollisuudet:tietotekniikka tutuksi kamppanja puree ja perusteet auttavat jatkossa kohti uusia seikkailuita tietotekniikan sovellusten parissa

Uhkana näen kaikilla sen että tietotekniikka kehittyy koko ajan vinhaa vauhtia, pysytäänkö mukana kehityksessä? Vaatisi jatkuvaa panostusta… riittääkö kiinnostus aiheeseen ja onko aikaa perehtyä uusiin tuuliin tietotekniikankin osalta.

Ennakkotehtävä 4 Artikkelissa esiteltiin WLAN:n uusia, nopeampia versioita, jotka toimivat korkeammalla taajuualueella ja suuremalla kaistalla kuin nykyinen WLAN. Standardit 802.11ac (5GHz -alue) ja 802.11ad (60 GHz -alue) määritteltvät ko. WLAN:n toimintaa. Uutena teknisenä terminä mainittiin MIMO-tekniikka (Multiple In Multiple Out), joka toimii siten että se voi lähettää/ottaa vastaan kahta signaalia yhtäaikaa ja tätä kautta saavutetaan moninkertainen datanopeus.

http://fi.wikipedia.org/wiki/LTE sivulta löytyy perustietoa LTE:stä, eli puhutaan matkapuhelinten 4G verkoista. Tekniikkana on käytetty OFDM (Orthogonal Frequency Divided Multiplexing) kanavointia tukiasemalta päätelaitteeseen ja päätelaitteesta tukiasemalle SC-FDMA kanavointia eli ensimmäistä kertaa eri suuntiin on omat tekniikkansa. Lisäksi on hyödynnetty MIMO-tekniikkaa, jolla saavutetaan moninkertainen datan siirtokapasiteetti. Lisää tietoa LTE:stä löytyy mm. sivulta http://www.4gamericas.org/index.cfm?fuseaction=page&sectionid=249

Kotitehtävä 4

Matkapuhelin: siirtotienä ilma 2G ja 3G:ssä tehokkuuteen on pyritty TDMA ja CDMA kanavoinnilla. 4G käyttää eri kanavointitekniikkaa riippuen siirtosuunnasta; tukiasemalta päätelaitteeseen OFDM, ja päätelaitteesta tukiasemalle SC-FDMA. Tehokkuutta parantaa sekä kanavointitapa että MIMO tekniikan käyttö.

WLAN yhtäaikainen käyttö perustuu verkkotekniikkaan tai taajuuksien hallintaan. 2.4 GHz alueella kanavia on 13; 20 MHz kaista/ kanava ja 25 MHz:n väli kanavien välillä. Mikäli lähettimiä on liian paljon pienellä alueella, ne häiritsevät toisiaan. WLAN laitteiden lisääntyessä 2.4 GHz alueella häiriöisiä ympäristöjä varmasti esiintyy. Tähän on pyritty saamaan ratkaisua tekemällä WLAN laitteita myös 5 GHz:n alueelle.

Viikoittainen ajankäyttö

* Luentoviikko 1

  • Lähiopetus: 6 h
  • Wiki-sivun luonti - 30 min
  • Ennakkotehtävän teko - 30 min
  • Kertausta - 1 h

* Luentoviikko 2

  • Lähiopetus: 6 h
  • Kertausta 2 h

* Luentoviikko 3

  • Materiaaliin tutustuminen 4 h

* Luentoviikko 4

  • Lähiopetus: 6 h
  • Kotitehtävien teko 4 h
  • Kertausta 3 h

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