meta data for this page

Sinin wiki

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkotehtävä 1

Avainsanoja:

  • Tiedonsiirto ja -jakaminen
  • WLAN
  • RFID/NFC
  • Ihmisten ja laitteiden kommunikointia
  • Tietoturva
  • Toimintojen automatisointi
  • Reaaliaikainen tieto

Luentoyhteenveto 1

Monet tutut termit, kuten protokolla, tulivat itselle selvemmiksi luentojen aikana. Toisaalta uusiinkin termeihin (ja lyhenteisiin!) viitattiin luennoilla ja kurssimateriaalissa, joten hieman oma-aloitteista opiskelua piti kotona suorittaa, jotta sai materiaalista enemmän irti. Luento herätti ajattelemaan sitä valtavaa tiedon määrää, joka eri ihmisten ja laitteiden välillä liikkuu jatkuvasti, sekä sitä tekniikan ja kehityksen määrää, joka tähän on johtanut varsin lyhyessä ajassa. Erityisesti kommunikointimalli selityksineen kuvasi ymmärrettävästi tietoliikenneprosessin kulkua ja vaiheita. Kerrosmalli puolestaan havainnollisti hyvin eri moduulien tehtävänjakoa sekä syitä, miksi kerroksia tarvitaan.

Kotitehtävä 1, osa 1/2

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

Omista intresseistä johtuen halusin kuvata erityisesti RFID-teknologian hyödyntämistä logistiikassa. Koska pyörää ei kannata keksiä uudestaan, etsin googlella parhaiten tarpeitani vastaavan kuvan. Lähde: https://www.rfidjournal.com/lib/x/a/assets/2009/04/4786-5.jpg

Kotitehtävä 1, osa 2/2

Luo kuva työpaikan/kodin/kämpän/jonkin tutun paikan tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista. kotitehtava1.pptx

Ennakkotehtävä 2

Tehtävänkuvaus: Etsi ensimmäiseen kotitehtävään valitsemistasi tietoliikenneratkaisuista niiden tarvitsema/tarjoama datanopeus ja mahdollinen taajuuskaista. Polar-sykevyö ja -sykemittarikello: taajuusalue 5kHz, tiedonsiirtonopeus ?? 3G: taajuudet 850/900/1900/2100, tiedonsiirtonopeus max 21 Mbps 4G: taajuudet 850/1800/2100 MHz, tiedonsiirtonopeus max 150 Mbps wlan: taajuudet 2.4 GHz ja 5.0 GHz, tiedonsiirtonopeus max 300 Mbps ethernet-kaapeliyhteys: taajuus 312,5 MHz, tiedonsiirtonopeus max 1000 Mbps

Luentoyhteenveto 2

Luennolla käsiteltiin protokollia ja tiedonsiirtoteitä. Protokollien merkitys oli tuttu ja selvä asia, mutta niiden monimuotoisuus yllätti. Monet protokolliin liittyvät luennolla esiin tulleet asiat tuntuivat luennoitsijan esittäminä itsestäänselvyyksiltä, joita ei vain ehkä itse olisi tullut ajatelleeksi. Yhteyden hallinta ja etenkin yhteydetön yhteyden muodostus jäi vielä hieman epäselväksi. Selvää kuitenkin on, miksi yhteyttä pitää hallita! Vuon valvonta oli terminä täysin uusi. Virheisiin liittyvät yksityiskohdat oli mielenkiintoista kuultavaa. Luennoilla käsiteltiin monia virheen havainnointiin ja hallintaan liittyviä asioita, jotka ei olisi tullut itselle mieleen. Osoitukseen ja kanavointiin liittyvät käytännöt jäi luentojen perusteella hieman epäselväksi, joten näiden osalta täytyi suorittaa oma-aloitteista tiedonkeruuta ja opiskelua. Ylimääräisen työn jälkeen asia kuitenkin selkeni, ainakin jossain määrin. Standardoinnin periaate ja tavoitteet oli tuttuja asioita muista yhteyksistä. Internetiin liittyvien standardien näkökulma oli kuitenkin uusi ja herätti uusia ajatuksia standardoinnin tarpeudesta. Siirtotiet oli ehdottomasti päivän mielenkiintoisin osuus, sillä aiempaa osaamista ei tältä osa-alueelta juurikaan ollut. Erityisesti eri johtimelliset siirtotiet ja niiden rakenne kiinnosti, sillä nyt on helpompi ymmärtää, miten todellisuudessa tieto johdoissa siirtyy. Luennolla esitetyt videot sopivat tarkoitukseensa hyvin ja havainnollistivat asiaa.

Epäselväksi jäi: mitä tarkoittaa jos protokolla toimii dynaamisesti?

Kotitehtävä 2, osa 1/2: standardit ja siirtotiet

wlan: standardi IEEE 802.11 (http://fi.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11) siirtotie: ilma

3G: standardeiksi luetaan UMTS, Euroopan yleisin 3G-standardi, GSM-perhettä. EDGE, alkujaan Amerikassa käyttöönotettu ja nykyään laajimmin käytössä oleva 3G-standardi (tai tarkemmin 2.5G), GSM-perhettä. CDMA2000, Amerikassa suosittu kova kilpailija, myös käytössä Aasiassa ja Afrikassa, CDMA-perhettä. FOMA, Japanin NTT DoCoMon kehittämä W-CDMA-pohjainen järjestelmä, joka yleensä lasketaan ensimmäiseksi kaupalliseksi 3G-verkoksi, GSM-perhettä. HSDPA, 3G-standardin laajennus nopeampaan tiedonsiirtoon. (http://fi.wikipedia.org/wiki/3G) siirtotie: ilma

ADSL: standardi G.992.3 (http://fi.wikipedia.org/wiki/ADSL) siirtotie: koaksiaalikaapeli (puhelinverkosto)

Kotitehtävä 2, osa 2/2: protokollat

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

Aihealue: RFID FRID-tekniikassa standardeilla ja protokollilla on iso merkitys, sillä sama järjestelmä palvelee yleensä montaa toimijaa. Tällöin mm. tiedonsiirtoprotokollan on oltava sama, jotta eri toimijoiden järjestelmät pystyvät lukemaan samoja tunnisteita. Standardien käyttö taas takaa toimittajariippumattomuuden. Tärkeimmät standardit RFID-tekniikassa määrää tiedonvälitysprotokollan ja tunnisteen tietosisällön. RFID-tekniikkaa toteutetaan eri taajuusalueilla (LF, HF ja UHF), joiden välillä standardeissa ja niiden käytössä on huomattaviakin eroja. Tästä johtuen eri taajuusaslueita käytetään yleisesti eri käyttötarkoituksiin luoduissa järjestelmissä. (http://www.rfidlab.fi/rfid-standardit)

Protokollan tehtävä RFID-tekniikassa on organisoida lukijoiden ja tunnisteiden välistä kommunikaatiota. Protokolla määrittää seuraavat osa-alueet: “an air interface” = millaista tietoa tunniste (tai tagi) lähettää, millä nopeudella ja miten tieto on paketoitu, “medium access control” = “puheenvuorojen” jako, sekä “data definitions” = minkälaista tietoa tagin ja lukijan välillä liikkuu, ja mitä se merkitsee. RFID-tageja on olemassa sekä aktiivisia (oma virtalähde) että passiivisia (saa virran lukijasta), mikä vaikuttaa näiden kahden eri tagin yhteydessä käytettyyn protokollaan. (http://www.enigmatic-consulting.com/Communications_articles/RFID/RFID_protocols.html)

Yksi käytetyistä protokollista RFID-tekniikassa on UHF-taajuusalueen “Air Interface Protocol Standard Gen2”. Tämä protokolla määrittää fyysiset ja loogiset vaatimukset asetelmalle, jossa tagit ovat passiivisia ja lukija “puhuu” ensin. Gen2 toimii taajuusalueella 860 - 960 MHz. (http://www.gs1.org/gsmp/kc/epcglobal/uhfc1g2)

Ennakkotehtävä 3

Etsi toisessa kotitehtävässäsi valitsemissasi siirtotieratkaisuiissa käytetty koodaus- ja kanavointitapa. wlan: kanavointi: CSMA/CA, koodaus: BPSK/QPSK/FSK 3G: kanavointi: W-CDMA, koodaus: QPSK/QAM koaksiaalikaapeli: kanavointi: CSMA/CD, koodaus: Manchester coding

Luentoyhteenveto 3

Luennon 3 materiaali tuntui vaikealta asialta ja kalvoista hankalasti tulkittavalta, joten hain kirjastosta kurssikirjan ja vastaavan suomenkielisen (Granlund, Tietoliikenne, 2007) oppimisen tueksi. Erityisesti Granlundin kirjasta oli merkittävästi apua asian läpikäynnissä. Aihe oli kuitenkin niin uusi, että päädyin kirjoittamaan aiheesta kunnon muistiinpanot, jotka toimivat samalla pistarikertauksena. Materiaalia kertyi 8 A4-sivua…

SINGAALIT JA ENKOODAUS enkoodaus = lopputuloksena digitaalinen signaali, modulointi = lopputuloksena analoginen signaali Digitaalinen signaali on diskreetti, eli epäjatkuva, koska se voi saada vain erillisiä arvoja, jotka voidaan koodata kokonaisluvuiksi. Arvot esitetään binaariaakkostolla {0,1} ja yhdellä symbolilla voidaan kuvata n bittiä. Analoginen signaali on signaali, joka voi saada minkä tahansa arvon jollain tietyllä välillä. Jotta vastaanottaja voisi tulkata sisääntulevaa signaalia, on tiedettävä milloin signaali alkaa ja loppuu. Tulkkaamiseen vaikuttavat signaali/kohina-suhde, datataso, kaistanleveys ja enkoodaus. Hyvä digitaalinen enkoodaustapa synnyttää mahdollisimman pinen tasavirtakomponentin, synkronoi lähettäjän ja vastaanottajan, vie vähän kaistanleveyttä ja sietää hyvin häiriöitä. Digitaalisen signaalin koodaustapoja:

NRZ (No-Return-to-Zero): jännitetaso vakio bitin ajan, ongelmana peräkkäiset samat bitit

NRZI (No-Return-to-Zero-Invert on ones): jännitetaso vakio bitin ajan, taso vaihtuu aina 1-bitin kohdalla  seurataan muutosta jännitetason sijaan, ongelmana peräkkäiset 0-bitit, jolloin muutosta ei tapahdu

Manchester: 1-bitti = tila muuttuu nousevasti, 0-bitti= tila muuttuu laskevasti, yhden bitin siirtämiseen vaaditaan enimmillään kaksi tilanmuutosta  vie enemmän kaistanleveyttä

AMI (Alternate-Mark-Inversion): 0-bitti = jännitetaso 0, 1-bitti = +/- tasoon nähden niin että joka toinen 1-bitti samanmerkkinen, ongelmana peräkkäiset 0-bitit

Pseudoternary: AMI toisinpäin (1-bitti = jännitetaso 0), ongelmana peräkkäiset 1-bitit

Pitkiä tasajännitteitä ehkäisemään käytetään scramblingia. Esim. HBD3-koodaus, jossa neljä tai usemapi peräkkäinen nolla peräkkäin ryhmitellään neljän bitin ryhmiin ja tehdään (+/-) suuntarike. Vastaanottajan tulee toki kyetä tunnistamaan, että scramblingia on tehty, jotta voi korvata tämän alkuperäisellä.

Kun muunnetaan digitaalista dataa analogiseksi signaaliksi, koodaustapoja ovat mm.: ASK (Amplitude-Shift-Keying), tätä käytetään siirtämään digit.dataa valokuidussa, FSK (Frequency-Shift-Keying) ja PK (Phase-shift-Keying).

Analoginen signaali saadaan digitaaliseksi digitalisoimalla. Analogista signaalia voidaan myös moduloida toisella analogisella signaalilla, jolloin voidaan saavuttaa tehokkaampi siirto.

ASYNKRONOINTI JA SYNKRONOINTI Synkronointi = tapa, jolla merkki tai tietojoukko tunnistetaan sisääntulevasta bittivirrasta, eli on tunnettava merkkien/kehysten rajat ja tarkastelun ajankohta. Ts. ajoitusongelmien takia lähettäjä ja vastaanottaja täytyy synkronoida. Synkronointimenetelmät ovat joko merkki-, bitti- tai kehyspohjaisia, joista ensimmäistä käytetään vain asynkronisessa siirrossa, mutta kaikkia synkronisessa siirrossa.

Asynkroninen siirto:

  • vain murto-osa yhteysajasta käytetään tiedon siirtoon ja siirrettävän jakson koko on pieni (yksi merkki, joista jokainen 5-8 bittiä)
  • ennen siirrettävää merkkiä aloitusbitti, päätetään lopetusbittiin
  • synkronointi tehdään aina jokaisen merkin alussa, eli aloitusbitin kohdalla
  • toimii datassa, jossa merkkien välillä gäppiä (esim. näppis)

Synkroninen siirto:

  • pienin siirrettävä yksikkö muodostuu sanomasta
  • siirretään kerralla suurempia tietomääriä, esim. tiedostoja kahden tietokoneen välillä
  • ei merkkikohtaisia kehyksiä, vaan bittivirrasta etsitään sovittu merkki- tai bittisekvenssi, josta päätellään merkkien rajat tai paikallistetaan sanoma suoraan
  • ei aloitus-/lopetusbittiä
  • kellosignaali sisällytetty dataan

Merkkipohjainen synkronointimenetelmä:

  • sanoma erikoismerkeistä muodostuvissa kehyksissä = 8-bittisiä koodeja, joissa ASCII-merkistön alapään merkkejä
  • tärkein erikoismerkki on SYN-merkki, jolla vastaanotin synkronoidaan (1 SYN-merkki = monosynkroninen siirto, 2 SYN-merkkiä = bisynkroninen siirto)
  • tyypillinen sanoma: SYN/SYN/STX/T/Ä/M/Ä/ /O/N/ /D/A/T/A/A/ETX
  • SYN-merkkejä tapana käyttää ylimääräisiä, jotta yhden katoaminen ei haittaa
  • laiteohjaimet valvovat, ettei lähettäjä myöhästy
  • perustuu merkistöstä, esim. ASCII, varattuihin merkkeihin, joilla sanomakehykset tunnistetaan
  • suurin ongelma siinä, että tieto ja ohjaus käyttää samaa koodistoa
  • merkkipohjainen synkronoitu siirto tehokkaampaa kuin asynkroninen

Bittipohjainen synkronointimenetelmä:

  • tunnistetaan bittijoukkoja, ei yksittäisiä merkkejä, eli linjalla siirretään bittijoukko, jonka tulkinnasta lähettäjä ja vastaanottaja ovat ennalta sopineet
  • hyväksyttävä sanoma = bittijoukko, jonka alkaa ja loppuu tiettyyn erikoismerkkiin x’7E (01111110), jota kutsutaan lipuksi
  • lippu voi samalla lopettaa yhden sanoman ja aloittaa seuraavan
  • kuutta 1-bittiä ei voi esiintyä datassa peräkkäin, vaan aina viidennen 1:n jälkeen lisätään 0-bitti (bit stuffing), jonka vastaanottaja poistaa  jos 6 1-bittiä peräkkäin, tiedetään että kyseessä on lippu, eli ainoa erikoismerkki erottuu
  • lipuista ja stuffauksesta ei tarvitse ohjelmoitaessa huolehtia, sillä tietoliikenneohjaimet hoitavat asian
  • bittipohjainen synkronoitu siirto on yleisin tapa siirtää ja tunnistaa kehyksiä

Kehyspohjainen synkronointimenetelmä:

  • kehys tunnistetaan sen sisältämän tiedon perusteella muodostamalla tarkistusluku solun otsikkotiedoista = HEC (Header Error Control)
  • heikkous: edellyttää tiedolta tietynlaista sisältöä

DATA LINK CONTROL PROTOCOLS = logic layer above physical layer to achieve control when sending data, datan vaihdon hallitseminen

  • kehysten synkrtonointi
  • vuon hallinta
  • virheenhallinta
  • osoittaminen
  • kontrolli ja data
  • link management

Protokollaan voidaan kohdistaa seuraavat vaatimukset:

  • sisältää vuon hallinnan (flow control), jolla estetään datan häviäminen vastaanottajan puskurien täyttyessä
  • havaitsee kaikki linjalla esiintyneet virheet
  • toipuu siirtovirheistä
  • korkea käyttöaste (siirtotien kapasiteetti käytetään datan siirtoon)

Vuon hallinta Hallintaan linjalla liikkuvaa dataa siten, että vastaanottaja ehtii käsitellä sisääntulevan datan. Puskureita tarvitaan, jos tuleva sanomamäärä ylittää vastaanottajan käsittelykapasiteetin. Mikäli puskuritila ylittyy, täytyy tietovuo pysäyttää  käyttöaste alenee. Esimerkiksi printterin hitaus saattaa vaikuttaa hidastavasti taaksepäin ja huonoilla ratkaisuilla puurouttaa lähettäjän toiminnan. Tietovuota on pystyttävä hallitsemaan kaikilla laitteilla. Laitteet keskustelevat keskenään ohjaussignaalin avulla: RTS (Request-To-Send) = vastaanottajan lähettämä, näkyy lähettäjällä CTS (Clear-To-Send)-signaalina.

Tietovuon hallinta protokollalla Stop-And-Wait –protokolla

  • yksinkertaisin vuonhallinnan muoto
  • lähetetään sanoma kerrallaan, odotetaan vastaanottajan kuittausta ennen seuraavan sanoman lähetystä  siirtotien tehoton käyttö
  • jos kuittausta ei tule määräajassa tai jos kuittaus on vaurioitunut, eikä sitä pystytä tunnistamaan, sanoma lähetetään uudelleen  vastaanottaja saa sanoman kahdesti
  • ongelma etenkin hitailla yhteyksillä

Sliding Window –protokolla

  • sanomajoukko kuitataan yhdellä kuittaussanomalla  käyttöaste parempi kuin stop and wait:ssa
  • vastaanottajan kuittaussanoma sisältää sen sanoman järjestysnumeron, jonka odottaa seuraavaksi saapuvan
  • sanomalla kolme tilaa: 1) lähettämättä 2) lähetetty, mutta kuittaamatta 3) lähetetty ja kuitattu
  • 2-tyypin sanomia voi olla enintään ikkunan verran odottamassa käsittelyä
  • käytössä olevan ikkunan koko vaihtelee siirtotapahtuman aikana sen mukaan, paljonko lähettäjä on ehtinyt lähettää ja paljonko vastaanottaja on ehtinyt käsitellä/kuitata

Tietoliikenneprotokollan luotettavuus perustuu sen kykyyn havaita siirrossa syntyneet virheet. Virheitä on kolmea tyyppiä: 1) virheellisesti siirtyneet, 2) kadonneet ja 3) monistuneet sanomat.

VIRHEET Virheellinen sanoma

  • havaitaan tietosisällölle tehtävien tarkistusten perusteella
  • yksinkertaisin havainnointi on inhimillinen havainnointi, esim. näppis  keskuskone  näyttö, jos virhe havaitaan, korjataan se deletoimalla virheellinen merkki ja korvaamalla se oikealla
  • koneellisesti virheellisen sanoman havaitseminen haastavampaa, tehdään ”raudassa”, joka ilmoittaa sanoman virhellisyydestä/virheettämyydestä ohjelmistolle
  • TCP/IP-maailmassa verkon jokainen solmu muodostaa IP-otsikkoon uuden tarkisteen vanhan tilalle

Puuttuvat sanomat

  • puutokset johtuvat ohjainlogiikan synkronointiongelmista, vääristyneistä merkeistä (SYN, liput jne.) tai tuhoutuneesta sanoman loppuosasta
  • useimmiten johtuu siirtovirheestä, jossa laiteajuri tai elektroniikka hylkää tulevan sanoman ilmoittamatta tästä ylemmille kerroksille

Monistuneet sanomat

  • siirtotie ei koskaan monista sanomia, vaan lähettäjä luulee sanoman kadonneen ja lähettää sen uudestaan
  • voidaan havaita vain, jos on sovittu sanomien järjestyksen seurannasta

VIRHEIDEN HAVAINNOINTI Virheiden havainnointiin käytetään error-detecting –koodia, jonka lähettäjä lisää sanomaan. Vastaanottaja uudelleenlaskee ja tarkistaa koodin. Vaihtoehtoisesti sanoma voidaan koodata tavalla, jonka purkaminen mahdollistaa siirtovirheiden korjaamisen.

BEC (Backward Error Control), tarkisteen lisääminen

  • vastaanottaja ilmoittaa havaitusta virheestä lähettäjälle, jolloin sanoma lähetetään uudestaan
  • soveltuu datan siirtoon, muttei reaaliaikaisen kuvan/äänen siirtoon

FEC (Forward Error Control)

  • menetelmä, jossa vastaanottaja korjaa siirtovirheen sanoman mukana tulevan tiedon avulla
  • sanomaan lisätään korjaamiseen tarvittava lisätieto (toisto / redundanssi), koodisana
  • soveltuu, kun tietoa siirretään vakionopeudella tai kun uudelleenlähettämisen kustannus on suurempi kuin redundanssin lisäämisen sanomaan (erityisesti avaruusteknologiassa ja reaaliaikaisen kuvan/äänen siirrossa)
  • ei sovellu langattomaan tiedonsiirtoon, koska virheitä paljon
  • periaatteessa FEC-tekniikka lisää kapasiteetin tarvetta, mutta samalla bittivirhesuhde voi pienentyä jopa sadanteen osaan

PARITEETTITARKISTUS Perustuu oletukseen bittijoukon 1-bittien parillisuudesta tai parittomuudesta. Yksi bitti joukosta varataan pariteettibittiä varten. Muodostaminen on teknisesti yksinkertaista ja nopeaa. Suoja perustuu todennäköisyyteen siitä, että bittijoukosta vääristyy pariton määrä bittejä  mikäli vääristyneitä bittejä on parillinen määrä, jää tämä havaitsematta. Yhdistetty pitkittäis- ja poikittaispariteetti on heikkouksistaan huolitamma melko yleinen.

CYCLIC REDUNDANCY CHECK (CRC) / POLYNOMISET MENETELMÄT

  • CRC-tekniikalla muodotettua tarkistuslukua kutsutaan FCS:ksi (Frame Check Sequence)
  • sanoma käsitellään suurena binaarilukuna, joka jaetaan ennalta sovitulla jakajalla  jakojäännös on tarkistusluku
  • sanoman kokonaispituus = k + n, jossa k on sanoman bittijoukon pituus ja n on tarkistusluvunpituus
  • virhe jää havaitsematta vain, jos virhe (erotus) on tasan jaollinen sovitulla jakajalla

TOIPUMINEN VIRHEISTÄ ARQ (Automatic-Repeat-reQuest) (kuuluu BEC:hen)

Stop-and-wait (kts.edellä) Go-Back-N

  • perustuu liukuvaan ikkunaan
  • vastaanottaja ilmoittaa virheellisen sanoman järjestysnumeron ja pyytää lähettämään sanomat uudelleen tästä lähtien
  • lähettäjän puskuroitava N sanomaa (N = ikkunan koko)
  • sanomien saavuttava vastaanottajalla järjestyksessä

Selective-Reject / Selective-Retransmission

  • vastaanottaja kertoo lähettäjälle virheellisen sanoman järjestysnumeron ja lähettäjä lähettää vain tämän sanoman uudestaan –> tehokkaampaa silloin, kun ikkunan koko on suuri
  • kustannus näkyy ohjelmointityönä ja suurempina puskureina
  • sanomia ei välttämättä lähetetä järjestyksessä, vaan uudelleenlähetettävät sijoitetaan muiden joukkoon –> vaatii hyvää järjestyksenhallintaa ja isoja puskureita vastaanottajalta

KANAVOINTI Usein kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie koko siirtotien kapasiteettia, jolloin tätä voidaan jakaa useamman siirron kesken –> nostaa siirtotien käyttöastetta. Tätä kutsutaan multipleksoinniksi eli kanavoinniksi. Kanavointi perustuu multipleksereiden käyttöön (n syötettä yhdistetään samalla linjalle lähetyspäässä, jotka puretaan vastaanottopäässä). Tällöin yhdellä linjalla on käytössä monta kanavaa. Kanavointi kasvattaa kustannustehokkuutta kasvattamalla kokonaisdatanopeutta. Kanavointi voidaan jaotella seuraavasti: Taajuusjakokanavointi (FDMA, Frequency Division Multiple Access)

  • jokainen signaali omalla taajuusalueella eli kanavalla
  • perustuu signaalien modulointiin eri taajuisille kantoaalloille
  • kanava = kantoaallon kohdalle keskittynyt kaistanleveys
  • kanavien väliin jätetään riittävän suuri varmuusväli estämään kanavien väliset häiriöt
  • vaatimuksena siirtotien kapasiteetin ylitettävä siirrettävien signaalien kaistanleveysvaatimukset
  • data voi olla digitaalista tai analogista, mutta signaali aika analogista
  • käytetään mm. TV-kanavien välittämiseen
  • vastaanottopää käyttää kaistanpäästösuodattimia signaalin erottamiseen
  • alkuperäinen signaali saatetaan moduloida useaan kertaan, jolloin vaarana datan vääristyminen
  • o ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)
  • tarjoaa ratkaisun tilaajan ja etäverkon välille
  • käyttää olemassa olevaa puhelinkäyttöön tarkoitettua parikaapelia (4kHz), joissa voidaan kuitenkin siirtää laajempikaistaista signaalia (yli 1MHz)
  • internet on ADSL:n pääasiallinen palvelu
  • upstream-kaista: http-pyynnöt palvelimelle
  • downstream-kaista: www-sivut palvelimelta
  • up- ja downstream jaetaan taajuusjakokanavoinnilla tai kaiun poistolla
  • modeemi tarkistaa alikanavien signaalikohinasuhteen ennen lähettämistä ja kohdistaa parempiin kanaviin enemmän dataa
  • Aikajakokanavointi (TDMA, Time Division Multiple Access), synkroninen ja asynkroninen
  • voidaan käyttää digitaalisille tai digitaalista dataa kuvaaville analogisille signaaleille
  • perustuu signaalisen viipalointiin (aikajako), joka voi tapahtua bittitasolla, tavutasolla tai suuremmissa yksiköissä
  • siirtotien kapasiteetin ylitettävä siirrettävien signaalien kapasiteettivaatimukset
  • Synkroninen TDMA:
  • N syötettä yhdistetään siirtotielle, tuleva data puskuroidaan
  • multiplekseri käy läpi puskureita peräkkäisesti ja muodostaa näiden sisällöistä siirrettävän signaalin läpikäynnin oltava riittävän nopeaa
  • datan oltava digitaalista, mutta signaali voi olla digitaalinen tai analoginen
  • data muodostaa kehyksiä, jotka muodostuvat aikaviipaleista
  • yhden aikalähteen varaamia aikaviipaleita kutsutaan kanaviksi, jotka ohjataan vastaanottopäässä oikealle vastaanottajalle
  • aikaviipaleet varataan kiinteästi koko yhteyden ajaksi, mikä hukkaa kapasiteettia, jos dataa ei aina tarjolla
  • mahdollistaa eri nopeuksilla toimivien lähteiden yhdistämisen
  • ei tarvita ohjausinformaatiota datan yhteydessä eikä vuon valvontaa
  • Asynkroninen TDMA:
  • synkronisen ongelmana kehyksen aikavälien tuhlaaminen, suurimman osan ajasta joku/jotkut yhteydet tyhjillään
  • ratkaisuna asynkroninen/tilastollinen/älykäs TDMA, joka varaa aikavälit dynaamisesti tarpeen mukaan
  • hyödyntää siirtojen taukoja, jolloin siirtotien kapasiteetti voi olla pienempi kuin lähteiden nopeuksien summa  aiheuttaa hankaluuksia suurilla kuormituksilla vaatii ohjausinformaatiota datan yhteyteen
  • Koodijakokanavointi (CDMA, Code Division Multiple Access)
  • käytetään johtimettomilla siirtoteillä (radiotie)
  • käytetään koko taajuusalue ja kaikki aikaviipaleet
  • teoreettisesti tehokkaampi ja taajuksien käytöltään joustavampi
  • useat CDMA-järjestelmät voivat toimia samalla alueella  verkkosuunnittelu helpottuu
  • analogista tai digitaalista dataa, analoginen signaali
  • koodijakokanavoinnista huolehtii lähettävä päälaite  vastaanottajan oltava selvillä käytetystä koodaustekniikasta
  • koodausavaimena yksiköllinen tieto, esim. laiteosoite (Bluetooth)
  • WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access)
  • laajakaistainen koodijakokanavointi, jossa sama kaistanleveys kaikille datanopeuksille
  • pienimmille datanopeuksille tehdään sihnaalinvahvistus, mikä auttaa häiriöitä vastaan
  • Aallonpituusjakokanavointi (WCMA; Wavelength Division Multiple Access)
  • käytetään optisissakuiduissa tehostamaan käyttöä, kun useita signaaleja siirretään samassa kuidussa (useiden kuitujen veto ei kannata)
  • käytetään eri taajuisia valonsäteitä  jokainen oma kanvansa
  • arkkitehtuuriltaan kuten FDM-systeemit

Kanavointitekniikoiden haitat/ongelmat: FDMA:ssa kaksi yleistä ongelmaa:

  • kanavien ylikuuluminen, jos taajuudet liian lähellä toisiaan
  • signaalin vahvistaminen voi luoda taajuuskomponentteja myös toisiin kanaviin erityisesti pitkillä matkoilla
  • synkronoitu TDMA soveltuu huonosti tietokonekäyttöön (epäsäännölliset lähetykset)

Kotitehtävä 3

Analyysi muiden sivuista.

Haapanen Heidi: Kattavasti esitetty erityisesti omia ajatuksia aihepiiristä. Huomaa, että on käytetty aikaa aiheen sisäistämiseen. Ensimmäisen kotitehtävän kuvan laitteiden yhteydet toisiinsa kuvattu ehkä turhan siirpiisrteisesti, olisin kaivannut johtimellisten/johtimettomien yhteyksien erottamista.

Isotalo Tommi: Ytimekkäät sivut. Luentoyhteenvedot aika suppeat ja aihealueita vain listattu, ei juurikaan selitetty tai pohdittu. Tehtävissä tekstinmuotoilu hankala lukea: olisi voitu jakaa esim. ennakkotehtävä 2:ssa eri laitteet eri riveille.

Lantta Tiia: Luentoyhteenvedoissa “tasoeroja”, esim. luento 2 summattu kattavasti, mutta 3 luennon asiat vain listattu. (Johtunee samasta kuin itselläni, eli toiset asiat tuntuvat vaikeammilta, joten niiden käsittelyyn käyttää enemmän aikaa ja vaivaa….)

Väisänen Ville: Luentoyhteenvedoissa omaa pohdintaa, hyvä! 1. kotitehtävän kuva aika suppea ja joitain olennaisia laitteita, kuten modeemi, puuttui.

Karjunen Suvi: Todella hyvät luentoyhteenvedot. Aikaa on selkeästi käytetty kurssiin ja sen asioiden oppimiseen. Hieman jäi kuitenkin näin ulkopuoliselle päselväksi oliko asiat todella siäistetty…

Ennakkotehtävä 4:

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

Jos olisin lukenut artikkelin alkusyksystä, en olisi ymmärtänyt artikkelin sanomaa läheskään yhtä kattavasti kuin nyt. Vaikka artikkelissa ei suoranaisesti viitattu kovinkaan moneen kurssilla läpikäytyyn asiaan, oli yhteys tästä huolimatta selkeä. Tietoliikennetekniikka tuntuu olevan siitä mielenkiintoinen aihepiiri, että lähestulkoon kaikki sen sisältämät yksityiskohdat tuntuvat liittyvän toisiinsa jollain tapaa. Kurssilla käsiteltyjä ja artikkelissa suoraan mainittuja asioita oli mm. standardit, taajuusalueet, siirtonopeudet, sovelluskohteet, aallonpituudet jne.

Luentoyhteenveto 4

TELELIIKENNE VS. DATALIIKENNE

Kytkentäisessä tietoliikenneverkossa verkko koostuu solmupisteistä, jotka ovat kytkettyinä toisiinsa ja tarjoavat asemille (esim. tietokoneet) datansiirtopalvelun. Data siirtyy solmusta solmuun, kunnes saapuu vastaanottajasolmuun. Tämä toimittaa datan perille vastaanottaja-asemalle. Kaikki solmut eivät ole kytkettyinä toisiinsa, mutta mitä enemmän kytköksiä solmujen välillä on, sitä luotettavampi verkko. Tietoliikenne voidaan jakaa teleliikenteeseen ja dataliikenteeseen. Teleliikeenteessä reaaliaikaisuus tärkeää, jolloin käytetään piirikytkentää. Dataliikenteessä taas ensisijalla kommunikointiväylän mahdollisimman tehokas käyttö, jolloin käytetään pakettikytkentää.

Piirikytkentä

Reaaliaikainen tiedonsiirto, joka on kehitetty erityisesti puheen siirtoon. Vaatii määritettyä yhteyspolkua asemien välille: polku kytketty peräkkäisillä solmujen välisillä linkeillä. Jokaisesta välistä varattava kapasitettia yhteyttä varten, mikä säilyy varattuna kys. yhteydelle koko yhteyden ajan vaikka dataa ei kulkisikaan. Viestinvälitys muodostuu kolmesta osasta: yhteyden muodostus, datan siirto, yhteyden lopetus. Liikennemäärän kasvaessa uudet yhteydet estetään, kunnes liikennemäärä alenee.

Pakettikytkentä

Siirreetävä data pilkotaan siirto varten paketteihin, joiden koko riippuu siirtoverkosta. Koossa huomioitava se, että solmun vastaanotettava paketti kokonaisuudessaan ennen edelleenlähettämistä. Jokaisessa paketissa itse dataa sekä kontrolli-infoa. Jokainen paketti lähetetään itsenäisesti, joten verkko voi määrittää kullekin optimaalisimman reitin loppupisteeseen. Liikennemäärän kasvaessa uusia yhteyksiä ei tarvitse estää, vaan ainoastaan välitysviive kasvaa. Paketit voidaan priorisoida eri tavalla, jolloin korkeamman tärkeysluokan paketeilla on etuajo-oikeus.

Reititys

Reitityksessä pyritään mahdollisimman yksinkertaiseen, kestävään, vakaaseen, tasapuoliseen, optimaaliseen ja tehokkaaseen reittiin lähteestä määränpäähän. Päätös reitistä voidaan tehdä joka solmulla, keskussolmulla tai ensimmäisellä solmulla. Reititysstrategioita on useita, jonka valintaan vaikuttaa verkon tiedot, solmujen käyttöasteet sekä yhteyksien tehokkuudet. Fixed / kiinteät taulut = vakioreitin käyttö kustakin lähteestä määränpäähän, määritetty pienimmän kustannuksen periaatteella, yksinkertainen, muttei mukaudu liikennemäärän muutoksiin eli on pysyvä (kunnes yhteydet asemien välillä muuttuvat) Flooding = paketti lähetetään solmusta jokaiselle naapurille, ei tarvita tietoa verkon rakenteesta yms., vastaanottaja saa samasta paketista usean kopion, paketit numeroitu eli duplikaatit voidaan hävittää, synnyttää paljon liikennemäärää Satunnainen = muoto floodingista pienemmällä verkon kuormituksella, edelleenlähetys satunnaiselle solmulle, satunnainen reitti on harvoin tehokkain Mukautuva = mukautuu verkossa tapahtuviin muutoksiin, vaatii informatiota verkosta ja sen tilasta, päätökset monimutkaisempia Reititysalgoritmit voivat perustua joko nopeimman ja tehokkaimman reitin etsimiseen kaikkien verkon solmujen keskuudesta, tehokkaimman reitin etsimiseen solmusta seuraavaan tai linkkien (hyppyjen) lukumäärän laskemiseen.

Ruuhkautuminen

Tarkoittaa tilannetta, jossa lähetettyjen pakettien lukumäärä lähenee verkon käsittelykapasiteetin maksimia. Ruuhkanhallinnalla pyritään pitämään liikennemäärä alahisempana kuin se piste, jossa verkon suorituskyky romahtaa merkittävästi. Backpressure: Yhden solmun ruuhkautuminen voi vaikuttaa myös muiden solmujen ja koko verkon suorituskykyyn. Choke packet: ohajuspaketti, joka luodaan ruuhkautuneessa solmussa ja lähetetään takaisin lähdesolmulle. Lähdesolmu keskeyttää lähettämisen, kunnes ohjauspakettiviestejä ei enää vastaanoteta –> jatkaa lähettämistä Explicit Congestion Signaling: solu varoittaa verkko kertyvästä ruuhkasta lähettämällä tiedon sekä eteenpäin että taaksepäin verkossa ja muut solut alkavat toimenpiteisiin ruuhkan vähentämiseksi. Liikenteen hallintaa tehdään, jotta verkosta saadaan tehokkaampi ja luotettavampi. Käytännössä operaattorit myyvär verkkoaan yli sen todellisen kapasiteetin, koska luottavat, etteivät kaikki koskaan käytä verkkoa samanaikasesti.

TOPOLOGIAT = tapa, jolla verkon laitteet ovat kytkettynä toisiinsa (Point-to-point vs. point-to-multipoint)

Point-to-point: kahden laitteen välinen kytkentä. Sisältyy myös kaikkiin laajaverkkoihin (WAN), sillä ritittimet kytketty toisiinsa kaksipisteyhteyksillä.

Point-to-multipoint: voidaan jakaa kolmeen alaryhmään: tähtikytkentä, rengaskytkentä ja väyläkytkentä.

Kotitehtävä 4

Tarkastallaan 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.

Siirtoteiden tehokkuuden maksimointiin pyritään kanavoinnilla, eri mahdollistamalla saman siirtotien yhtäaikainen käyttö usemmalle laitteelle. WLANissa tämä voi tarkoittaa esim. taajuksien hallintaa ja jakamista, eli taajuusalue on jaettu kanaviin eri taajuuksille. Verkkotekniikoilla hallitaan laajemman kokonaisuuden tehokkuutta. Esim. WAN-verkoissa kaistanleveyden kasvattamisen sijaan pyritään liikenteen optimointiin, jolla siis tähdätään kaistan tehokkuuteen. WAN-verkoissa etäisyydet ovat usein pitkiä, mikä kasvattaa vasteaikaa. Tämä voi koitua ongelmaksi etenkin jatkuvassa tiedonsiirrossa tai jos siirrettävä tiedosto on kooltaan suuri (esim. videotiedosto). Liikenteen optimointiin voidaan tällöin käyttää esim. välimuisteja, kiihdytystekniikoita, tiedostojen pakkaamista tai WAN-kiihdyttimiä. (http://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/39425/Eerola_Marko.pdf?sequence=1)

KURSSIN YHTEENVETO, MITÄ OPIN:

On ollut mielenkiintoista seurata tietoliikennetekniikan (ja tietotekniikan) kehittymistä viime vuosikymmenten aikana, ja on tullut usein pohdittua, miten niiden kehittyminen on vaikuttanut omaan elämään ja vaatimuksiin. Tekniikan kehittyessä on oma kärsivällisyys pienentynyt entisestään, kun haluaisi saada yhteydet ja laitteet toimimaan aina vaan nopeammin ja nopeammin. Kurssin käytyäni ymmärrän sen mielettömän tietomäärän ja kompleksisuuden, jotka meidän kaikkien joka päiväisen elämän taustalla pyörivät huomaamattamme. Mitä enemmän asiaa opiskelee ja oppii uusia asioita, sitä ihmeellisemmäksi kokonaisuus muodostuu!

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1

  • Lähiopetus: 6 h
  • Wikisivun luonti + tehtävät: 2 h
  • Pistareihin valmistautuminen: 2 h

Luentoviikko 2

  • Lähiopetus: 6 h
  • Kotitehtävät ja luentomateriaalin kertaaminen: 5 h

Luentoviikko 3

  • Lähiopetus: 6 h
  • Luentomateriaalin ja kirjan lukeminen, pistareihin valmistautuminen: 10 h

Luentoviikko 4

  • Lähiopetus: 6 h
  • Kotitehtävät ja luentomateriaalin kertaaminen: 4 h

Ennen tenttiä:

  • Wikisivujen ja tehtävien viimeistely: 4 h
  • Tenttiin luku: X h

Pääsivulle