Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikennetekniikka on tiedon liikuttamista mahdollisimman nopeasti ja turvallisesti yhdestä paikasta toiseen paikkaan. On kyseessä vähintään kahden osapuolen välisestä kommunikoinnista. Termejä, joita tietoliikennetekniikasta tuli mieleen ovat protokollat, internet, pilvipalvelu, verkko ja langaton yhteys. Minulla on siis paljon opittavaa tällä kurssilla ja on varmasti hyödyllinen tulevia opintoja ja työelämää silmällä pitäen.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Päivän aiheena oli kerrosmallit. Luennolla käsiteltiin kerrosarkkitehtuuria, kommunikointimallia ja protokollia. Protokollista kävimme läpi FTP:n, TCP/IP:n, OSI –mallin sekä UDP:n. Protokollien avulla eri kerrokset kommunikoivat keskenään. TCP/IP on erittäin käytetty, internet perustuu TCP/IP -arkkitehtuuriin.

Opin paljon ensimmäisellä luennolla. Minulle jotkut käsitteet olivat tuttuja, kuten FTP, TCP/IP protokollat. Mutta ilman sen suurempaa ymmärrystä ja varsinkaan käytännön ymmärrystä. Epäselvää ei periaatteessa jäänyt, mutta tarvitsen vielä kokonaisymmärrystä aiheesta.

Luentopäivä 2:

Ennakkotehtävä

Matkapuhelimen taajuusalue on noin 2000 MHZ. Saunalahti tarjoaa seuraavat nopeudet:

  • 3G Data max 2 Mbit/s: 0,4 - 2 Mbit/s,
  • 3G Data max 21 Mbit/s: 0,4 - 10 Mbit/s,
  • 4G Data max 50 Mbit/s: 3G-verkossa 0,4 - 15 Mbit/s, 4G Dual Carrier -verkossa 0,4 - 25 Mbit/s, 4G LTE -verkossa 5 - 40 Mbit/s.

Yleensä langattoman lähiverkon laitteet toimivat 2,4 gigahertsin taajuusalueella. Elisa viihde tarjoaa langattoman yhteyden nopeudella 20/1 Mbit/s. Elisa tarjoaa myös 4 G mobiililaajakaistaliittymän 50/1 Mbit/s.

Luennolla 2. käsiteltiin tiedon siirtoa. Alussa käytiin läpi vielä protokollia ja keskusteltiin tietoliikennetekniikan standardoinnista ja muutamasta eri standardista tarkemmin. Kävimme läpi miten standardoinnin avulla huolehditaan eri järjestelmien yhteensopivuudesta. Luennolla käytiin läpi johtimelliset ja johtimettomat kaapelit. Johtimellisista kävimme läpi parikaapelin, koaksaalikaapelin, optisen kuidun ja sähköjohdon. Johtimettomista käsittelimme mikroaaltolinkit, satelliittilinkit, radiotiet ja infrapunalinkit. Lopussa käsittelimme miten se tieto siirtyy, erilaisia aallonpituuksia ja myös häiriötekijöitä.

Toinen luentopäivä oli mielenkiintoinen ja alkuosa helppo ymmärtää, opin sen, mikä se optinen kuitu todella on ja miten tieto siirtyy eri johtimissa. Kuitenkin luennon loppuosa oli minulle haasteellinen, enkä pysynyt ihan mukana. Pitää tähän keskittyä ja lukea vähän lisää.

3. Luento: Ennakkotehtävä

Etsi toisessa kotitehtävässäsi valitsemissasi siirtotieratkaisuiissa käytetty koodaus- ja kanavointitapa. WLAN esimerkiksi käyttää OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) kanavointitekniikkaa. OFDM on taajuusjakoinen ja siinä tiedonsiirtokana on tasaisesti jaettu useisiin taajuuskaistoihin.

Luentopäivä 3: Luennolla käsiteltiin signaalien koodaustekniikoita, tiedonsiirtoa ja sen yhteydessä tapahtuvaa virheiden havannointia ja korjausta. Lopuksi käsiteltiin erilaisia kanavointitapoja ja niiden toimintaperiaatteita.

Erilaisia signaalien koodaustekniikoita ovat:

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

NRZ-L on yksinkertainen 0/1, NRZI bitin tieto siirtyy muutokseen, tieto on aina 1-bitillä, Bipolar-AMI:ssa + ja – ovat vuorotellen (muutos 1:ssa), täten virheet on helpompi havaita. Pseudoternary:ssa taas muutos on 0:ssa. Manchester:ssa muutos on aina keskellä bittiä. Differential Manchester:ssa muutos on aina nollan alussa, mutta ei ykkösen, vaihto tapahtuu myös keskellä bittiä.

Puhelinverkoissa käytetään digitaalisen signaalin siirtämistä analoogiseen muotoon mm. seuraavilla tekniikoilla:

  • ASK (Amplitude shift keying)
  • FSK (Frequency shift keying)
  • PK (Phase shift keying)

Esim. puhe taas saadaan analoogisesta digitaaliseen muotoon kahdella eri tekniikalla:

  • Pulse code modulation
  • Delta modulation

Digitaalisessa tiedonsiirrossa siirrettävä tieto esitetään binäärisessä muodossa eli sarjana ykkösiä ja nollia. Tiedonsiirtovirheiksi kutsutaan tilannetta, jossa signaali ei kulje muuttumattomana lähettäjältä vastaanottajalle. Siten digitaalinen tieto tulkitaan väärin. Erilaisilla virheenkäsittelymenetelmillä siirtovirheitä pystytään havaitsemaan. Virheiden syitä voivat olla mm. Että signaali vaimenee, signaali vääristyy tai se summautuu (interference). Virheitä voidaan laskea pariteettitaulun avulla tai polynomilla.

Koska usein kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie koko siirtojärjestelmän kapasiteettia, niin siirtokapasiteettia voidaan jakaa useamman siirrettävän signaalin kesken. Tätä kutsutaan kanavoinniksi. Kanavointi voidaan jakaa seuraaviin luokkiin:

  • Taajuuskanavointi (FDMA)
  • Aikajakokanavointi (TDMA)
  • Koodijakokanavointi (CDMA)
  • Aallonpituuskanavointi (WDMA)

Taajuuskanavoinnissa kukin signaali keskittyy omalle taajuusalueelle eli kanavalle. Syötettävä data voi olla analogista tai digitaalista. FDMA:ta käytetään mm. TV -kanavien välittämiseen.

Aikajakokanavoinnissa voidaan käyttää digitaalisille signaaleille tai digitaalista dataa kuvaaville analogisille signaaleille. Tämä perustuu eri signaalien viipalointiin (aikajako). Käytetään kaapelimodeemeissa.

Koodijakokanavoinnissa voidaan käyttää analogista tai digitaalista dataa analogisella signaalilla. Käytetään johtimettomilla siirtoteillä (radiotie). Esimerkkinä voidaan käyttää Bluetooth:a.

Aallonpituuskanavointia käytetään yksimuotokuidussa, siinä käytetään eri taajuisia valonsäteitä, jotka muodostavat kukin oman kanavansa. Käytetään kait kaapelitelevisioverkoissa.

Luennolla opin paljon uutta, mutta luento oli todella haasteellinen minulle.

Ennakkotehtävä 4

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. 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.

Luentopäivä 4:

Neljännellä luennolla käytiin läpi aluksi verkon arkkitehtuuria, piiri ja pakettikytkentäiset verkot. Piirikytkennästä esimerkkinä käytettiin puhelinverkkoa. Pakettikytkennässä on kaksi eri kytkentätapaa, tietosähke/datagrammi ja virtuaalipiiri. Luennolla käytiin läpi tärkeä asia, reititys. Reitityksen avulla löydetään oikea vastaanottaja. Reititysstrategioista käsiteltiin tulviminen, satunnainen ja mukautuva strategia. Tulvimisen ongelmana on, että paketteja on paljon netissä ja se kuormittaa verkkoa. Mukautuva strategia taas pohjautuu siihen, että reititystauluja muutetaan sen mukaan miten kuorma verkossa muuttuu. Etu on joustava lähetys ja haitta on se, että päätökset ovat hankalia. Luennolla käytaiin läpi ruuhkan hallintaa. Ongelmia siis syntyy, kun paketteja tulee enemmän kuin voidaan lähettää. Puskuri on täynnä ja tämä hoidetaan ruuhkanhallinnalla, rajoitetaan pakettien määrää tai nopeutta. Viive ja hävikit syntyvät verkossa, kun pakettien saapumisnopeus linkille ylittää sen kapasiteetin, paketit jonottavat ja odottavat omaa vuoroaan. LAN lähiverkot ovat kehittyneet nopeasti. LAN:n topologia voi olla joko puumalli, tähtimalli tai rengasmalli. Langattomat linkit mm. ethernet ja wlan toimivat tähtimallin mukaan. LAN arkkitehtuuri määritetään normaalisti kerrosmallin mukaan, kattaen 2 OSI:n kerrosta: fyysinen kerros ja linkkikerros (MAC ja LLC). MAC protokollaa tarvitaa siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen ja hallintaan. MAC protokolla vaihtelee topologian mukaan. Se voi olla synkroninen tai asynkroninen. Asynkronisia ovat round robin (vuorotellen), varaus (esitetään varaus ja saadaan vuoro) ja kilpailu (kilpaillaan ja nopein voittaa).

Neljännellä luennolla tuli joitakin ahaa elämyksiä ja pystyin yhdistelemään oppimia asioita kokonaisuuksiksi. Silti tuntuu, että paljon on vielä tekemistä ennen tenttiä. Luento oli hyvä ja pysyin kärryillä paremmin kuin edellisellä luennolla.

Mitä opin kurssin aikana

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

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.

Kotitietokone: Kiinteän internet kotiliittymän siirtotienä parikaapeli on yleinen kaapelityyppi, jossa käytetään toistensa ympäri kierrettyjä johdinpareja häiriöiden vähentämiseksi. Parien kierto on tyypillisesti kolme kierrosta tuumalla. Jokaisella parilla on erisuuruinen parikierto häiriöiden parista toiseen siirtymisen estämiseksi. Parikaapeleita voidaan käyttää muun muassa Token Ring-, puhelin-, Ethernet-, FDDI-, ISDN- ja ATM-yhteyksiin. Yleisin liitintyyppi parikaapeleille lähiverkossa on RJ-45. ISDN on tarkoitettu mm. digitaalisen puheen ja datan siirtoon.

Langaton tiedonsiirto, esim kännykkä Siirtotienä ilma, jossa siirtovälineenä radioaallot: Suomessa 4G-nimitystä käytetään kahdesta eri protokollasta; LTE ja DC-HSPA. WLAN puolella protokollat ovat standardin IEEE 802.11 mukaisia. LTE löytyy sivuilta http://www.3gpp.org/LTE.

Runkoverkko ja serveriyhteydet, esim pilvipalvelut: Siirtoteinä valokuitu. Suomen Funet-runkoverkon perustana toimii kuituyhteyksiin pohjautuva DWDM-siirtojärjestelmäverkko. Reititinverkko tarjoaa IP-yhteyspalvelut sekä IPv4 että IPv6 -tekniikalla. http://www.csc.fi/hallinto/funet/esittely/runkoverkko/tekno. IPv6 löytyy sivulta http://tools.ietf.org/html/rfc4291.

KOTITEHTÄVÄ 3

Troth Ilonan sivut ovat selkeät ja hän on paneutunut tehtäviin. Hän on tehnyt kaiken ajallaan, joten mitään jälkipaniikkia ei tule wiki sivun kanssa.

Paula Pulliaisen sivut ovat myös selkeät, hyvä alku.

Mikko Nukarinen on tehnyt muistiinpanot ensimmäisestä luennosta, mutta sen jälkeen ei olekaan merkintöjä vielä.

Matti Malilla on kivasti omaa pohdintaa tuntien jälkeen.

Kira Helström:n sivut ovat myös selkeät ja hän on esittänyt kivasti kysymyksiä hänelle heränneistä kysymyksistä.

Wlan -artikkeli

Artikkeli kertoo wlan-verkkojen nopeuksien kasvusta ja verkkojen kehityksestä. Kuinka tällä vuosikymmenellä hätyytellään jo sadan gigabitin sekuntinopeuksia. Avainkäsitteitä ovat MIMO (multiple input, multiple output), joka tarkoittaa spatiaalista limitystä ja signaalin monitie-etenemistä. Mimon avulla maksimoidaan tiedonsiirtonopeus tai parannetaan tiedonsiirron luotettavuutta. Kun vastaanottajalla on käytettävissä vähintään yhtä monta antennia kuin lähettäjällä, voidaan kutakin paria käyttää yksilöllisesti. Lähettäjä pilkkoo signaalin useammalle antennille, jotka lähettävät yksilöllisen osan signaalista samanaikaisesti. Vastaanottopäässä ne signaalit kootaan yhdeksi tietovirraksi. Tässä siis pilkotaan taajuuskaistaa, tietyiksi kaistaleiksi, kanavoidaan ja saadaan lisää kaistaa. Ongelmana on spatiaalinen limitys. Kun nostetaan taajuuksia, signaalin heikkeneminen kasvaa, tukiasema kattaa entistä pienemmän alueen. Toisaalta elektroniikan kehitys on pienentänyt kohinaa ja näin on saatu ja tullaan saavuttamaan kantavuuksia lisää. Kanavoinnin avulla siis pyritään taajuusalueen tehokkaampaan hyödyntämiseen. Wlan käyttää varmaankin FDMA kanavointia. Tulevaisuuden näkymiä ovat 802.15 standardi, joka tähtää sadan gigabitin siirtonopeuksiin. Artikkelissa tulee esille luennolta monitie-eteneminen, yhteysnopeudet, kaistanleveydet, taajuusalueet ja standardit.

Kotitehtävä 4

Ethernet on pakettipohjainen lähiverkkoratkaisu. Kaistanvarausmenetelmänä Ethernet käyttää CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection). CSMA/CD ei perustu ennalta sovittuun tapaan välttää törmäyksiä vaan törmäyksien jälkikäteiseen havaitsemiseen. Jos törmäys havaitaan, lähettäjät lähettävät saman tiedon satunnaisen ajan kuluttua uudelleen, jolloin uuden törmäyksen todennäköisyys on pieni. Bluetooth perustuu ns. Point-To-Point-yhteyteen, jossa kaksi laitetta kommunikoivat keskenään. Lähiverkoissa on tyypillistä, että kanava varataan vain hetkellisesti ja mahdollisia varaajia on suuri määrä.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1

  • Lähiopetus: 4 h
  • WIKI-sivun luonti: 0,5 h
  • Ennakkotehtävä, kotitehtävä, luentomonisteiden läpikäynti 3 h

Luentoviikko 2

  • Lähiopetus 7 h
  • Ensimmäisen luennon kertaus 2 h
  • Kotitehtävä, ennakkotehtävä 2 h

Luentoviikko 3

  • Lähiopetus 6h
  • Luentomateriaalien kertaus 1 h
  • Kotitehtehtävä, ennakkotehtävä 2 h

Luentoviikko 4

  • Lähiopetus 6 h
  • Kotitehtävä 1 h

Tenttiin luku ja materiaalin kertausta 20 h


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