Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikenne on tiedonsiirtoa laitteiden välillä. Kommunikointimallin tehtävänä on kuvata informaation välitystä kahden osapuolen välillä. Ilman tietoliikenteen pelisääntöjä ei saada toimimaan erilaisia tietoteknisiä palveluja (mm. internetin kautta toimivia palveluita, jotka helpottavat ihmisten ja yhteisöjen välistä kommunikointia). Tietoliikenteen palvelujen kehitys on ollut nopeaa, koska Suomessa internet alkoi levitä 1993. Internet on maailmanlaajuinen tietoverkko, joka yhdistää paikallisia tietoverkkoja toisiinsa. Internet ei siis ole yksi lukuisista tietoverkoista, vaan nimitys tarkoittaa kaikkien yhteen liitettyjen tietoverkkojen kokonaisuutta. Internet on avoinna kaikille, jotka haluavat liittyä siihen noudattamalla sen teknisiä viestintäsääntöjä eli protokollia. Olen itse ollut mukana seuraamassa tietoliikenteen kehitystä läheltä, koska olen toiminut tietoliikenne asiantuntijana vuosina 1995-2005. Päätelaitteiden kehitys, verkkojen nopeutuminen ja erilaisten verkkojen välisten kommunikaatioiden paraneminen on tehnyt mahdolliseksi erilaisten palvelujen käyttöönottamiset (sähköinen asiointi ja e-business).

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Johdato kurssille, kommunikointimallin kuvaus, miten eri verkot ovat yhteydessä toisiinsa ja kerrosarkkitehtuuri (3 kerroksen, TCP/IP ja OSI).
  • Päivän tärkeimmät asiat: Kerrosarkkitehtuuri mahdollistaa pelisäännöt ja karkea kuva erilaiosten verkkojen rakenteesta ja linkittymisestä toisiinsa.
  • Mitä opin tällä kertaa: Edellä mainitut asiat ja palautti muistiin joskus opeteltuja asioita (mm. OSI-mallin).
  • Jäi epäselväksi: Erittäin selkeä luentopäivä palautti muistiin hyvin aikaisemmin opittuja asioita.

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe: Protokollat, tietoliikenteen standardointi ja siirtotiet (johtimellinen ja johtimeton).
  • Päivän tärkeimmät asiat: Standardointi tärkeässä roolissa erilaisten järjestelmien yhteensovittamisissa.
  • Mitä opin tällä kertaa: Toisaalta standardoinnit haittaavat ja jäykistävät asioiden kehittymistä.
  • Jäi epäselväksi: Erittäin selkeä luentopäivä.

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe: Siganaalien koodaustekniikat, virheen havaitseminen ja kanavointi.
  • Päivän tärkeimmät asiat: Erilaiset kanavoinnnoit (FDMA, TDMA, CDMA ja WDMA).
  • Mitä opin tällä kertaa: kanavointi on erittäin tärkeä.
  • Jäi epäselväksi: Erittäin selkeä luentopäivä.

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe: LAN (Local Area Network), Ethernet -verkot, langattomat -verkot ja reititys
  • Päivän tärkeimmät asiat: Erilaiset verkot käyttäjille
  • Mitä opin tällä kertaa: Verkkojen erilaisuudet
  • Jäi epäselväksi: Erittäin selkeä luentopäivä.

Mitä opin kurssin aikana

Olen saanut tietoa paljon enemmän kuin minulla on ollut aikaisemmin, vaikka olen toiminut kytkimien, langattomien verkkojen ja reitittimien parissa. Suurimpana oivalluksena lienee kokonaisuuden hahmottaminen eli mitä kaikkia osa-alueita ihan oikeasti kuuluu tietoliikennetekniikkaan ja mikä on niiden suhde toisiinsa ns. isossa kuvassa. Vaikka kävimme paljon läpi verkkoja, niin esim. käsite VLAN (Virtual LAN) ei tullut esille juurikaan, vaikka lähiverkoissa VLAN -suunnittelulla on iso merkitys (NAT, julkiset ja ei-julkiset IP avaruudet jne.). Itse olen toiminut lähiverkkojen parissa rakentaen erilaisille palveluille toimintoja (puhe ja data). Kurssi on ollut mielenkiintoinen ja laajentanut paljon tietoliikenteen asioita lähiverkoista.

Kotitehtävät

Ennakkotehtävä 1

Tehtävänkuvaus: Määrittele oma näkemyksesi tietoliikenteestä paperille 10 min. max. 1 A4. Mieti termejä/käsitteitä/asioita/kokonaisuuksia, joita tietoliikenne tuo mieleesi?

VASTAUS: Päätelaitteet, erilaiset verkot ja palvelut mahdollistavat tiedonsiirron paikasta tai ajasta riippumatta. Erilaisia käsitteitä tuli mieleeni seuraavasti: internet, pilvipalvlut, 3G, 4G, valokuitu, kytkin, reititin, palomuuri, TCP/IP, e-business, tietoturva, WLAN, WAN, LAN, PAN ja GPS.

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: Luo kuva työpaikan/kodin/kämpän/jonkin tutun paikan tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista. Valitse selkeästi erillisiä laitteita tyyliin tietokone, puhelin, sykemittari, gps, televisio, … ja erilaisista palveluista tyyliin urho-tv, facebook, …. Ajatuksena on, että tässä vaiheessa luodaan kuva tietoliikennetarpeista ja sovelluksista ilman, että vielä pohditaan alla olevia teknologioita. Tämän kuvan olisi hyvä herättää ajatuksia ja kysymyksiä siitä kuinka kaikki toimiikaan. Kirjaa näkyville kolme mielestäsi tärkeintä kysymystä, jotka haluat selvittää. Kurssin edetessä tätä kuvaa laajennetaan sitä mukaan kun uusia osia malliin ilmenee ja lopulta arvioimme saatiiko kysymyksiin vastaukset kurssin aikana.

VASTAUS: Pankkipalvelut integroituvat puhelimeen käyttäen langatonta nfc-teknologiaa maksutapahtumissa ja 4G-teknologiaa pankkien pilvipalveluihin, jotka helpottaisivat maksutapahtumia, saldoseurantoja ja tietoturvaa. 3 tärkeintä kysymystä, jotka haluan selvittää: Tietoturva koko verkossa, yksityisyyden tietosuoja ja tietoverkkojen toiminta keskuksien ulkopuolella.

Ennakkotehtävä 2

Tehtävänkuvaus: 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.

VASTAUS: Matkapuhelimen nfc-teknologia käyttää RFID-teknologiaa (ISO/IEC 14443 A&B and JIS-X 6319-4) ja luentamatka max. 7 cm ja käyttää taajuutta 13,56 MHz ja tarjoaa max. 424 kbps nopeuden (NFC-F). Matkapuhelimen 4G-teknologia käyttää tällä hetkellä 4G-yhteyksissä lähinnä 1800 MHz -taajuutta. Myöhemmin mahdollisesti tullaan käyttämään 2600 MHz taajuutta kaupunkien keskustoissa ja 800 MHz taajuutta haja-asutusalueilla. 4G tarjoaa tällä hetkellä maksimissaan jopa 100 Mbit/s, mutta jatkossa nopeus tulee laajenemaan jopa huimaan 300 Mbit/s nopeuteen.

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Ensimmäisten luentojen kotitehtävissä selvititte laitteita ja palveluita. 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.

VASTAUS: nfc-teknologia käyttää RFID-teknologiaa siirtotienä, joka on johtimeton siirtotie taajuudella 13,56 MHz. Tämä siirtotie on suuntaamaton (omnidirectional) eli ympärisäteilevä. Rajapinnan läpi siirtyvää tietoa voidaan kuljettaa protokollapinossa molempiin suuntiin LLCP-protokollan avulla, jolla on oma kehysrakenteensa. 4G-teknologia käyttää 1800 MHz -taajuutta siirtotienä, joka on suuntaamaton (omnidirectional) eli ympärisäteilevä johtimeton siirtotie. HSPA (High-Speed Packet Access) on yleiskäsite matkapuhelinprotokollille, jotka nopeuttavat umts-datasiirron nopeutta. Hspa-protokollia ovat esimerkiksi hsdpa ja hsupa. HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) on protokolla, joka nopeuttaa umts-datasiirron nopeutta tukiasemalta päätelaitteeseen eli esimerkiksi nopeuttaa internetsivujen latautumista kännykkään. HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) on protokolla, joka nopeuttaa umts-datasiirron nopeutta päätelaitteesta tukiasemaan, eli esimerkiksi nopeuttaa sähköpostin tai tiedostojen lähettämistä kännykästä. DC-HSDPA (Dual Cell Hsdpa) on HSDPA:n laajennus, jolla kaksinkertaistetaan datansiirron teoreettinen maksiminopeus tukiasemalta päätelaitteeseen yhdistämällä saman tukiaseman kahden eri taajuuskaistan tiedonsiirtokapasiteetti.

Ennakkotehtävä 3

Tehtävänkuvaus: Etsi toisessa kotitehtävässäsi valitsemissasi siirtotieratkaisuiissa käytetty koodaus- ja kanavointitapa.

VASTAUS: NFC-teknologia käyttää Wavelength Time Division Multiplexing kanavointitapaa. Koodaustapoja on erilaisia riippuen versiosta eli NFC-A koodaustapa on Modified Miller/Manchester, NFC-B koodaustapa on NRZ-L ja NFC-F koodaustapa on Manchester. 4G-teknologia käyttää kanavointiin Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)kanavointia. Koodaustapa: Multi-carrier - CDMA tai OFDM(TDMA).

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus: Oppimispäiväkirjan täyttö jälleen luennoilla opituista asioista. Käykää tutustumassa vähintään viiden muun henkilön kotitehtäviin ja tehkää niistä lyhyt analyysi omalla sivulle (vahvuudet, heikkoudet,,,)

VASTAUS: Kotitehtävissä huomaa eri henkilöiden taustat ja osaamisen, mutta mielestäni kaikki ovat tehneet tarpeeksi hyvin asiat -tosin toiset paljon laajemmin.

Paula Kokko:

  • Vahvuudet: Luentopäivien yhteenvedot hyvin jäsennelty ja selkeästi kirjoitettu.
  • Heikkoudet: Ennakkotehtävät suhteellisen yksinkertaisesti tehty, mutta kaikki tarpeellinen ok.

Lauri Isoaho:

  • Vahvuudet: Erittäin paljon käyetty aikaa ja todella monipuolisesti tehty. Asiat jäsennelty erittäin hyvin sekä asiat hyvin avattu. Helpottaa tenttiin valmistautumista.
  • Heikkoudet: En pysty erittelemään mitään.

Mika Peippo:

  • Vahvuudet: Luentoyhteenvedot, oli mietitty myös, mitkä asiat jäivät epäselväksi ja kotitehtävissä kysymyksiin oli vastattu riittävällä informaatiolla.
  • Heikkoudet: En pysty erittelemään mitään.

Tuomo Kuosma:

  • Vahvuudet: Luentopäivien yhteenvedot tehty selkeästi ja kotitehtävissä kysymyksiin oli vastatattu riittävällä informaatiolla.
  • Heikkoudet: En pysty erittelemään mitään.

Jarmo Vesikko:

  • Vahvuudet: Luentopäivien yhteenvedot tehty selkeästi ja kotitehtävissä kysymyksiin oli vastatattu riittävällä informaatiolla.
  • Heikkoudet: En pysty erittelemään mitään.

Ennakkotehtävä 4

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

VASTAUS:

Artikkelissa käydään läpi tulevaa WLAN tekniikan kehityssuuntaa ja lähinnä siirtonopeuden kasvattamista kahden uuden standardin(802.11AC ja 802.11AD) avulla. Tietoliikenteen standardeja ja langattomia siirtoteitä käsiteltiin kurssin toisella luentokerralla. Artikkelin alussa puhutaan avainsanojen yhteydessä signaalin heijastumisesta huonekalujen, seinien ym. muiden pintojen kautta. Esteiden vaikutuksista muun muassa heijastumisesta puhuttiin kurssin toisella luentokerralla. Uusi 802.11AC tarjoaa tehokkaamman 256QAM koodaus- ja modulointilagoritmin sekä kaistanleveyden 80mhz ja 160mhz. 802.11N standardissa koodaus- ja modulointialgoritmi oli 64QAM, kaistanleveys joko standard 20mhz tai wide 40mhz ja taajuusalue 2,4ghz tai optiona 5ghz. 802.11AC tarjoaa myös parannuksia MIMO -tekniikkaan. Kurssilla käsiteltiin eri koodaus- ja modulointialgoritmeja kolmannella luentokerralla. Samalla kerralla käytiin myös läpi kaistanleveyttä. 802.11AD taas tarjoaa taajuusalueen 60ghz ja kaistanleveyden 2,16ghz. Artikkelin toisella sivulla puhutaan mm. gigabitin ethernetistä sekä antennin keilanmuodostuksesta, joita myös toisella luentokerralla käsiteltiin. Artikkeli kokoaa hyvin yhteen kurssilla käsiteltyjä asioita ja opitut asiat auttavat ymmärtämään hyvin artikkelin sisällön.

LTE (Long Term Evolution) on uusi langaton laajakaistatekniikka, joka kasvattaa datan siirtonopeuksia ja lyhentää viiveitä sekä näin parantaa loppuasiakkaan kokemaa palvelua. Standardoinniltaan LTE on 3GPP-järjestön Release 8 -määrityksiin sisältyvä laajennus. LTE on ensimmäinen 3G-tekniikka, jossa radioliikenne tukiasemasta päätelaitteeseen on toteutettu erilaisella radiotekniikalla kuin radioliikenne päätelaitteesta tukiasemaan. Datan siirto tukiasemasta päätelaitteeseen tapahtuu OFDM-tekniikalla ja päätelaitteesta tukiasemaan SC-FDMA-tekniikalla. Modulointitekniikoiden valinnoilla on pyritty downlink suunnan siirtokapasiteetin kasvattamiseen ja päätelaitteen akun keston pidentämiseen. Data kulkee tukiasemasta päätelaitteeseen useita radioteitä pitkin eli niin sanotulla MIMO-tekniikalla, joka radiokanavan olosuhteista riippuen joko parantaa tiedonsiirron luotettavuutta tai mahdollistaa paljon tavallista suuremmat tiedonsiirtonopeudet. Standardi tukee monta erilaista tapaa MIMO:n hyödyntämiseen, joista paras valitaan tukiaseman ja päätelaitteen välillä vallitsevien kanavaolosuhteiden mukaan. Mahdollisia ovat mm. perustekniikkana käytetty luotettavuutta parantava tila-taajuus-koodaus (engl. Transmit diversity, käytännössä Space Frequency Block Code), tai olosuhteiden salliessa nopeuksia kasvattavat suljetun tai avoimen silmukan avaruudellinen limitys (engl. closed/open-loop spatial multiplexing) tai lähetyksen tehoa suuntaava säteenmuodostus (engl. beamforming). Lisäksi voidaan käyttää solun kokonaiskapasiteettia kasvattavaa MU-MIMOa (engl. Multi-User MIMO), jossa samaa aika-taajuus-resurssia käyttää monta eri käyttäjää. Long Term Evolutionin (LTE) tulevaisuuden menestys tukeutuu vahvasti tekniikan yhteensopivuuteen nykyisten 3G-verkkojen kanssa ja datansiirtonopeuksiin. Vaikka kaupalliseen käyttöön tulevien sovellusten datansiirtonopeudet eivät vielä pitkään aikaan yllä Nokian ja Ericssonin demoissa saavutettuihin nopeuksiin (n.150 Mb/s), niin silti datansiirto tulee olemaan huomattavasti nykyisiä 3G-tekniikoita nopeampaa. LTE:ssä verkon arkkitehtuuria on myös yksinkertaistettu, mikä lyhentää viiveitä tiedonsiirrossa ja vähentää operaattorien kustannuksia. Lisäksi LTE:ssä on mahdollista luoda maantieteellisesti suurikokoisia soluja (jopa yli 100 km), ja toisaalta tiedonsiirto on mahdollista myös nopeasti liikkuvissa ajoneuvoissa (jopa 350 km/h). LTE:n käyttöönottoa helpottaa myös sen joustavuus, sillä standardi tukee monia taajuusalueita, kaistanleveyksiä (1,4 MHz – 20 MHz) ja sekä FDD:tä että TDD:tä.

LTE on dynaamisempi radiolla tapahtuva tiedonsiirtotekniikka kuin aikaisemmat, mutta miksi vasta nyt?

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus: Oppimispäiväkirjan täyttö jälleen luennoilla opituista asioista. 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.

VASTAUS: Verkkotekniikat määrittelevät siirtotien tehokkuuden eli käyttäjät ovat riippuvaisia tilaamistaan liitäntöjen kautta tehokkuudesta jota saavat ja myös jaetut siirtotiet tulevat mukaan usein (harvoin operaattorit takaavat ns. taattua kaistaa tilaajalle). Usein käyttäjän asuinpaikka määrittelee operaattorien tarjoamat siirtotoet ja tekniikat. Itselläni on kokemuksia parikaapeli ADSL liitännästä, 3G langattomasta yhteydestä, WLAN yhteydestä ja kuituyhteydestä. Näistä selkeästi nopein ja paras käyttökokemus on ollut kuituliitännäisestä yhteydestä eli se on ollut selkeästi nopein käyttäjän kannalta.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1:

  • Wiki-sivun luonti: 2 h
  • Ennakkotehtävän teko: 15 min
  • Kotitehtävän teko: 15 min
  • Lähiopetus: 6 h

Luentoviikko 2:

  • Ennakkotehtävän teko: 15 min
  • Kotitehtävän teko: 30 min
  • Lähiopetus: 6 h

Luentoviikko 3:

  • Ennakkotehtävän teko: 15 min
  • Kotitehtävän teko: 30 min
  • Lähiopetus: 6 h

Luentoviikko 4:

  • Ennakkotehtävän teko: 15 min
  • Kotitehtävän teko: 30 min
  • Lähiopetus: 6 h

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