meta data for this page
  •  

Tiian wikisivu

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.

“Mitä tietoliikenne sinulla merkitsee kurssin alussa?”

Tietoliikenne on tiedon hakua sekä yhteydenpitoväline. Tietoliikenne kuuluu päivittäisen työn tekemiseen ja se mahdollistaa yhteisiin jaettuihin ohjelmiin sekä niin kutsuttuihin tietopankkeihin. Eri ohjelmat ja/tai sovellukset toimivat eri verkkoalueilla. Verkkoja ovat mm. sisäinen työverkko, kotiverkko, puhelin- ja matkapuhelinverkko. Eri ohjelmat vaativat omat käyttäjätunnukset ja niillä on tietoturvasuoja. Viime aikoina julkisuudessa on ollut esillä useita tietomurtoja sekä salaiseksi luokiteltujen tietojen julkistamista. Käyttäjätietoja sekä salasanoja on saatu selvitettyä. Lisäksi sosiaalisen median tuomia ongelmia on tuotu esille julkisuudessa.

Ennakkotehtävä 2:

Matkapuhelin 3G käyttää 900 MHz ja 2100 MHz taajuuksia ja nopeutta max 2,0-6,0 Mbit/s

Ennakkotehtävä 3:

Matkapuhelun puheen koodaukseen käytetään RPE-LPC tekniikkaa, jonka avulla puhetta voidaan lähettää riittävällä laatutasolla suhteellisen pienellä tiedonsiirtonopeudella.

Radiojärjestelmän kanavat muodostuvat kahdenlaisista kanavista, liikennekanavista (TCH), joilla voidaan välittää puhetta tai dataa ja ohjauskanavista (CCH), joilla voidaan välittää signalointi-informaatiota ja synkronointia. Ohjauskanavat jaetaan edellen useisiin kanavatyyppeihin.

Ennakkotehtävä 4:

WLAN-artikkelissa on useita asioita, joita tunneilla on läpikäyty. Artikkelissa kerrotaan langattomista lähiverkoista, näiden nopeuksien kasvattimisesta sekä standardoinnista. Artikkelissa uutena käsitteenä tuli MIMO (vai onkohan mennyt ohi tunnilla) sekä aihealue käsittelee taajuusalueen ruuhkautumista sekä kokonaan uuden taajuusalueen hyödyntämistä. Kaistanleveydet sekä siirtonopeudet kasvavat valtavasti.

LTE-tekniikka tuo suuremmat siirtonopeudet, lyhentää viivettä tiedonsiirtonopeudessa, mikä ilmeisimmin vähentää operaattorin kustannuksia. Data kulkee niin sanotulla MIMO tekniikalla, jossa olosuhteiden mukaisesti on mahdollista kasvattaa tiedonsiirtonopeutta tai luotettavuutta. Aiheeseen liittyi uusia termejä kuten luotettavuutta parantava tila-taajuus-koodaus (engl. Transmit diversity, käytännössä Space Frequency Block Code), nopeuksia kasvattavat suljetun tai avoimen silmukan avaruudellinen limitys (engl. closed/open-loop spatial multiplexing) tai lähetyksen tehoa suuntaava säteenmuodostus (engl. beamforming).

Ilmeisimmin LTE-tekniikka on käytettävissä paikallisesti. Miten tekniikka on hyödynnettävissä koko kaupunkialueella tasaisin siirtonopeuksin? Jääkö pienemmät taajamat auttamattomasti ulkopuolelle? Kärsiikö luotettavuus suurilla tiedonsiirto nopeuksilla?

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Mitä opin, mikä oli päivän tärkein sanoma, …

3 teoreettisen kerrosmallin rakennetta käytiin läpi ja ikuisiksi ajoiksi on Johtaja-Sihteeri-Kuriiri ketju kiinnitetty takaraivoon. Tuo ketju on hyvä alku asian rakentamiseksi pidemmälle muistissa. Kerrokset ovat sovellus, kuljetus ja verkko, joissa jokaisessa toteutuu oma protokolla. Toisin sanoen protokolla toteuttaa kyseisen kerroksen tehtävää. Tieto kulkee kerroksesta toiseen siirtyen eteenpäin ja vastaanotetaan aina ensimmäiseen kerrokseen (verkko). Tieto ei kulje sovelluksesta sovellukseen vaan aina kerroksien läpi järjestyksen mukaisesti. Yleisesti tunnettuja kerrosmalleja ovat OSI ja TCP/IP mallit. Näistä yleisin on TCP/IP malli, minkä mukaisesti nykyinen internetverkosto on toteutettu. OSI mallissa kerroksia on 7 ja TCP/IP mallissa näitä on 5. TCP/IP malli oli pidemmälle kehittyny 80-luvulla, joten valinta kohdistui ko. malliin OSI:n ollessa kehitteillä.

Luennolla piirrettiin kuva tietoliikenteestä ja eri asioiden liittymistä toisiin. Kuvan avulla on hahmotettavissa, miten eri asiat päivittäisessä käytössä ovat linkitettävissä omaan kotiin tai työpaikkaan.

Luentopäivä 2:

Protokolla koostuu:

  • Syntaksista
  • Semantiikasta (toimintalogiikka)
  • Ajoituksesta (siirtonopeus, oikea järjestys, siirron ajoitus)

Protokollien perustoimintoja:

  • Segmentointi ja kokoaminen
  • Paketointi
  • Yhteyden hallinta
  • Toimitus oikeassa järjestyksessä
  • Vuon valvonta
  • Virheen havainnointi
  • Osoitteet
  • Kanavointi
  • Kuljetuspalvelut

Siirtotiet voidaan jakaa kahteen eri kategoriaan kuten johtimelliset (ohjattu) ja johtimettomat (ohjaamaton). Johtimellisilla siirtotiellä tieto liikkuu fyysistä reittiä, kun taas johtimettomalla tieto siirtyy langattomasti.

Johtimellisia siirtoteitä ovat parikaapeli, koaksiaalikaapeli, optinen kuitu (valo)ja sähköjohto. Parikaapeli on edullisin ja yleisin käytetty johtimellinen siirtotie. Tätä käytetään mm. analogisissa puhelinverkoissa sekä digitaalisissa dataverkoissa. Kaapeli koostuu kahdesta toisien ympärille kiedotuista kuparijohtimista, josta muodostuu johdinpari. Kierre vähentää häiriöitekijöitä. Parikaapeleita on suojaamattomia sekä suojattuja, joista suojattuja käytetään tai suositaan dataverkoissa, kun taas suojaamattomia puhelinverkoissa. Parikaapelit voidaan jakaa kategorioihin niiden suorituskyvyn mukaan (taajuus, siirtonopeus).

Koaksiaalikaapelissa on kaksi johdinta sisäkkäin ja se omaa luontaisesti paremman häiriönsietokyvyn. Sitä käytetään mm. TV-jakeluverkoissa, puhelinverkoissa sekä lähiverkoissa. Kaapelia voidaan käyttää välittämään analogisia ja digitaalisia signaaleja sekä välittämään korkeampia taajuuksia kuin parikaapelilla.

Optinen kuitu on 2.125 um paksuista valoa läpäisevää materiaalia. Kuidun ydin on lasia, kuten myös heijastuskerros ja kuori kerros on muovia. Ytimessä siirretään valoaaltoja ja heijastuskerroksen tarkoituksena on pitää aallot ytimessä, kun taas kuori suojaa kosteudelta ja vaurioilta. Kuidun käyttökohteita ovat runkoverkot, kaupunkiverkot, lähiverkot sekä tilaajaverkot. Kuidun etuja on suurempi tiedonsiirtonopeus, pienempi koko ja paino, häiriöttömyys, kustannustehokkuus sekä alhaisempi vaimennus.

Sähköjohdon käytön etuna on olemassa oleva verkko, jossa dataa siirretään. Haittapuolena on kohina, virtapiikit sekä heijastukset, jotka häiritsevät datasiirtoa.

Johtimettomien siirtoteiden välityksellä signaalit etenevät ilmassa (tai muu väliaine) antennien välityksellä. Tärkeimmät etenemistavat ovat näköyhteysreitin välityksellä, eteneminen ilmakehän heterogeenisuudesta johtuvan sironnan takia, eteneminen ionosfäärin kautta sekä maanpinta aaltona.

Antennit on oltava lähettävässä sekä vastaanotto päässä. Antennityyppejä on erilaisia:

  • Ympärisäteilevä
  • Eri tavoin suuntaavat antennit (suunta-antennit)
  • Sektoriantennit
  • Satelliittiantennit (lautasantennit)

Johtimettomat siirtotiet:

  • Mikroaaltolinkit (runkoverkot, point-to-point) / + ääni & data
  • Satelliittilinkit (eräänlaisia mikroaaltolinkkejä). Maassa sijaitsevat lähettimet ja vastaanottimet linkitetty satelliitin kautta (point-to-point, broadcast link)
  • Radiotie (suuntaamaton)
  • Infrapuna (lyhyt matka, point-to-point)

Kolme GEO satelliittia kattaa koko maailman, jotka ovat 35784 km korkeudessa. Nämä ovat paikallaan pysyviä geostationaarisia satelliitteja. Uudemmat satelliitit ovat matalarata satelliitteja (LEO, MEO).

Radiotie eroaa mikroaalto- ja satelliittilinkeistä lähinnä aaltojen suuntamattomuudesta johtuen. Suurinta häiriötä aiheuttaa monitie eteneminen (heijastukset esteistä ja pinnoista). Radiotie on eniten käytetty johtimeton siirtotie nykypäivän tietoliikenteessä. Tämä on käytössä matkapuhelinverkoissa, bluetooth yhteydessä, TV- ja radiolähetykset sekä langattomassa lähiverkossa.

Luentopäivä 3:

Luennolla käytiin läpi signaalin koodaustekniikoita. Signaalien toistamista tai tulkitsemista varten pitää tietää bitin alku ja loppu kohta sekä signaalin taso. Kaistan leveys, datan taso, koodaus rakenne sekä signaalin suhde kohinaan vaikuttavat signaalin toistamiseen.

Koodirakenteita ovat:

  • NRZ-L
  • NRZI
  • Bipolar AMI
  • Pseudoternary
  • Manchester
  • Differential Manchester

Virheekorjaus vaatii datan osuuden uudelleen lähetyksen. Tämä ei toimi langattomissa yhteyksissä, sillä uudelleenlähetysten määrä olisi suuri. Virheet tulee korjata bittien saapumisjärjestyksessä.

Tiedonsiirron hallinta linkin ylitse vaatii:

  • kehys/kaavion synkronisoinnin
  • vuon valvontaa
  • virheenkorjausta
  • osoittamista
  • dataa ja kontrollia
  • linkin hallintaa

Luentopäivä 4:

Luennolla käsiteltiin verkkoja ja sovelluksia.

Kytkentäiset verkot koostuvat toisiinsa kytketyistä solupisteistä. Esimerkiksi päätelaitteet ja verkkolaitteet käyttävät verkkoja. Reitityksen avulla tietoja ohjataan oikealle vastaanottajalle. Solmut ovat tärkeässä asemassa ja tarjoavat tietoliikenneverkon palvelut eri asemille ja siirtävät näiden dataa. Solmuista osa toimii pelkästään verkon sisäisinä pisteinä ja osa vastaanottaa tai lähettää dataa.

Tietoliikenne on jaettu:

  • Teleliikenne / puhelinverkot (PSTN, ISDN, GSM)
  • Dataliikenne / dataverkot (X.25 / ITU-T:n määrittämä liityntästandardi)

Puhelin- ja dataverkkojen verkkokytkennät on tehty eri tavoin johtuen erilaisesta tarpeesta. Teleliikenteessä on käytetty piirikytkentää, missä puheelle on olemassa reaaliaikainen kommunikointiväylä. Datan tarkoitus on vastaavasti siirtyä mahdollisimman tehokkaasti, missä on käytetty pakettikytkentää.

Pakettikytkentäisten verkkojen periaatteet:

  • Data pilkotaan pieniin paketteihin
  • Paketin koko riippuu siirtoverkoista
  • Jokainen datapaketti sisältää käyttäjän dataa
  • Reitin solmuissa data varastoituu hetkeksi

Pakettikytkennän etuina on verkon parempi tehokkuus ja siinä voi suorittaa datanopeuksien muunnoksen. Pakettikytkennässä on käytössä kytkentätavat tietosähkö ja virtuaalipiiri.

Kytkentätekniikoiden suorituskykyä mitatessa tulee huomioida 3 erilaista viivettä:

  • Etenemisviive
  • Siirtoviive
  • Solmuviive

LAN - lähiverkot

Kehitetty korvaamaan kalliit point-to-point-linkit ja tarkoitus on verkon jakaminen käyttäjien kesken.

Kaksi merkittävää suuntausta

  • PC:n tehon kasvu on tuonut mukanaan yhä monimutkaisemmat sovellukset
  • Yrityksissä keksitty uusia tapoja hyödyntää lähiverkkoja
    • client/server ajattelu
    • intranetit
  • Uudet suuntaukset vaativat myös verkolta enemmän
    • kapasiteetti, viiveettömyys

LAN Topologiat ovat väylä, puu, rengas ja tähtitopologiat.

LAN arkkitehtuuri määritellään kerrosmallin mukaisesti sisältäen kaksi OSI mallin kerrosta kuten MAC medium access control sekä fyysinen kerros. Fyysisessä kerroksessa tapahtuu signaalien koodaus ja purku. Linkkikerros luo yhteyden ylempiin kerroksiin.

MAC-protokolla tarvitaan siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen ja hallintaan. Tämän toteutus vaihtelee topologian mukaan ja se on asynkroninen systeemi.

Luentojen yhteenveto / Summasummarum

Koko aihealue tekniseltä kannalta on ollut suurilta osin uuden oppimista ja sisäistäminen ottaa aikaa. Etenkin kolmannen luennon aihealue jätti suurilta osin kysymyksiä mieleen ennemmin kuin vastauksia. Erilaisten koodaustapojen merkitystä ja käyttöä käytännön kannalta jäin etenkin miettimään. Kokonaiskuva eri osa-alueista ja niiden vaikutuksista tietoliikenteeseen on kyllä muodostunut sekä ymmärrys varmasti paljon laajentunut kurssin aloituspisteestä.

Kotitehtävä 1

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

Miten monen linkin kautta puhelu kulkee matkapuhelimesta soitettaessa toiselle puolelle maapalloa? Millä tavalla tietoturva toimii ja suojaa konetta ostaessa ja maksaessa tuotteita verkossa? Mitä langattomalta internet-yhteyden tarjoavalta laitteelta vaaditaan toimiakseen?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Tässä kotitehtävässä selvitetään laitteiden ja palveluiden käyttämiä protokollia sekä siirtoteitä. Pohtikaa ensin millaisia siirtoteitä valitsemanne järjestelmät käyttävät ja millaisia protokollia niissä on käytössä. Pyrkikää löytämään 3 esimerkkiä molemmista. Protokollien osalta etsikää myös missä protokolla on määritetty ja mahdollisesti linkki kyseiseen määritykseen.

GSM-matkapuhelinverkko: soittaessa sanoma muuntuu digitaaliseen muotoon, jonka jälkeen siirtyy langattomasti radiotaajuuksia pitkin lähimpään tukiasemaan. Tukiasemassa on yhdestä kuuteen lähetin-vastaanotinyksikköä. Yksi yksikkö voi tyypillisesti hoitaa noin 7 puhelua kerrallaan. Tavallinen tukiasema voi hoitaa 15-40 asiakasta kerrallaan. Tukiasemaohjaimesta puhelu kulkee matkaviestinkeskukseen, joka välittää puhelun matkaviestinverkosta toiseen tai muihin televerkkoihin. Jos puhelu päätyy matkaviestimeen, sanoma kulkee viimeisen osion taas langattomasti radiotaajuuksia pitkin. Matkapuhelinverkko käyttää SIP protokollaa (SIP (Session Initiation Protocol) on IP-puhelinyhteyksien luonnista vastaava tietoliikenneprotokolla. SIP on korvaamassa videoneuvotteluun käytetyn H.323-protokollan).

http://www.ietf.org/rfc/rfc3261.txt

http://www.en.voipforo.com/SIP/SIP_architecture.php

Kotitehtävä 3

Oppimispäiväkirjojen heikkoudet ja vahvuudet

Juha Laari

  • Vahvuudet: Erittäin selkeästi ja ymmärrettävisti kuvattu eri osa-alueiden ydinasiat. Oppimispäiväkirjaa lukiessa tulee vaikutelma, että aihe on kirjoittajalla hallinnassa.
  • Heikkoudet: Luentopäivät kuvattu osin suppeasti

Paula Kokko

  • Vahvuudet: Selkeä oppimispäiväkirja, jossa ydinasiat kerrottu
  • Heikkoudet: Asioiden sisäistäminen tarvitsee vielä aikaa (kuten allekirjoittaneellakin), mutta hyvä alku

Kirsi Rautauoma

  • Vahvuudet: Hyvään alkuun on päästy oppimispäiväkirjassa
  • Heikkoudet: Sivu pitkälti kesken, joten töitä on edessä

Jarmo Vesikko

  • Vahvuudet: Selkeästi kuvattu aiheet sisältäen omaa pohdintaa. Panostettu tehtäviin
  • Heikkoudet: Luennot käsitelty melko lyhyesti

Lauri Isoaho

  • Vahvuudet: Laajasti kuvattu luentopäiviä sekä tehtäviä ja oma pohdinta osuus kiteytti hyvin kyseessä olleen luentopäivän. Paljon on nähty vaivaa.
  • Heikkoudet: Oppimispäiväkirjan muoto pääosin listamainen, mikä antaa hieman irrallisen vaikutelman asioista.

Kotitehtävä 4

Radiotieliikenteessä (olkoon perinteinen radio tai matkapuhelin) kanavointi mahdollistaa tehokkaan ja yhtäaikaisen käytön. Verkkokytkentään vaikuttavat siirtotien kapasiteetti ja mahdollisuus välittää dataa eteenpäin. TV lähetysten osalta kyse on samasta tilanteesta.

Lähiverkoissa esimerkiksi yrityksen sisäinen verkko (esimerkkinä paperitehdas) on verkkotekniikalla suuri merkitys laitteiden ja sovelluksien käyttöön. Verkko pitää olla vakaa ja kykenevä siirtämään suuria tietomääriä 24/7 lähiverkon sisällä sekä määriteltyjen ulkoisten yhteyksien osalta tehokkaasti, tasaisesti ja luotettavasti.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät: 3 h

  • Luentoviikko 2

Lähiopetus: 7 h Kotitehtävät: 4 h

  • Luentoviikko 3

Lähiopetus: 7 h Kotitehtävät: 2 h + 2 h luentomateriaalin läpikäyntiä

  • Luentoviikko 4

Lähiopetus: 7 h Kotitehtävät: 5 h


Pääsivulle