Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Mielestäni tietoliikennetekniikka keskittyy siihen, minkä mekanismien kautta tieto liikkuu paikasta toiseen. Sitä voi verrata fyysisen kirjepostin liikkumiseen postilaatikosta toiseen. Emme yleensä tule ajatelleeksi, minkälainen koneisto taustalla pyörii. Fyysinen posti liikkuu postinjakajien ja liikennevälineiden kautta tiettyä reittiä pitkin lajittelukeskukseen ja sieltä eteenpäin vastaanottajalle. Postissa pitää olla tarpeeksi tietoa ja oikeansuuruinen maksu maksettuna, jotta lähetys voidaan toimittaa perille. Samalla tavalla tietoliikennetekniikassa on paljon näkymätöntä ja automaattista työtä ja käytäntöjä, joiden analysointiin tällä kurssilla keskitytään.

Termejä, joita tietoliikennetekniikasta tulee mieleen: protokollat, reitittimet, kaapelit, IP-osoitteet, palvelimet, verkot, yhteydet, tietosuoja, tietoturva.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Luennon tarkoituksena oli saada yleiskäsitys siitä, mitä tietoliikennetekniikka tarkoittaa ja mitä kaikkea se pitää sisällään. Olin iloinen siitä, että opetuksen tavoitteena on, että kurssin käytyäni ymmärrän tietoliikennetekniikan perusasioita, mutta kurssi ei vielä mene kovin syvälle asiaan. Kävimme läpi aluksi tietoliikennetekniikan trendejä ja aikakausia. Luennon sisällöistä tärkein oli mielestäni kerrosarkkitehtuurin ymmärtäminen.
  • Päivän tärkeimmät asiat: kerrosmallin ymmärtäminen ja yleiskuvan saaminen sekä lähteen ja kohteen välinen tiedonsiirtomalli.
  • Mitä opin tällä kertaa: Kerrosmalli: muutos yhdellä kerroksella ei vaikuta muutokseen toisilla kerroksilla. Jokainen kerros suorittaa omia tehtäviään. Kommunikointi tapahtuu aina alimman kerroksen kautta. Protokollaan liittyen hauska vertaus oli johtaja, sihteeri ja kuriiri. Protokolla toteuttaa kerroksen tehtävät ja ohjausinformaatio toteuttaa protokollan. Kerrokset keskustelevat ohjausinformaation avulla.
  • Jäi epäselväksi:Tietoliikennetekniikan terminologia ja käsitteiden muodostama kokonaisuus tuottaa vaikeuksia. Olen huomannut, että minun on vaikea ymmärtää sitä, miten eri käsitteet liittyvät toisiinsa ja mikä on jonkin käsitteen yläkäsite. Esimerkiksi LAN ja WAN ovat verkkoja, mutta mikä esim. Ethernet oikeastaan on, mihin käsitteiden ryhmään se kuuluu ja mitä rinnakkaiskäsitteitä sillä on?

Luentopäivä 2:

* Päivän aihe: Pistareiden jälkeen kerrattiin protokolliin liittyviä asioita ja tietoliikennetekniikkaan liittyviä standardeja ja standardointiorganisaatioita. Luennolla käsiteltiin johtimillisia (esim. kaaplelit) ja johtimettomia (esim. antennit) siirtoteitä ja signaalinkäsittelyn alkeita. Kävimme läpi erilaisia kaapeleita (parikaapeli, koaksiaalikaapeli, kuitukaapeli) ja opettelimme niiden toiminnan perusmekaniikkaa. Käsittelimme myös lyhyesti satelliittien ja antennien roolia tiedonsiirrossa. Katsoimme videoita, joissa mm. näytettiin erityyppisten kaapelien fyysistä rakennetta ja havainnollistettiin valon liikkumista kuidussa. Kävimme läpi häiriötekijöitä, joita tiedonsiirtoon liittyy (esim. signaalin heikkeneminen eri syistä, kohina) ja sitä, millä keinoilla signaalia voidaan vahvistaa ja manipuloida.

* Päivän tärkeimmät asiat: yleiskäsitys siirtoteistä, analogisen ja digitaalisen signaalin erot, vastaanotettu signaali on vain approksimaatio lähetettävästä signaalista.

* Mitä opin tällä kertaa: tuntuu siltä, että yleiskuva tietoliikennetekniikasta on taas aavistuksen täydempi, vaikka opittavaa onkin vielä paljon. Tärkeintä oli saada käsitys siitä, mitä teitä pitkin ja miten tieto käytännössä liikkuu paikasta toiseen. On myös tärkeää tietää se, että lähetettävä signaali ja vastaanotettava signaali eivät ole koskaan tismalleen samat vaan käytännössä signaali heikkenee aina jonkin verran, vaikka se voitaisiinkin vastaanottaa ongelmitta. Mielestäni oli kiva, että aihepiiriin tuli mukaan konkretiaa (esim. kaapelit). Tiedonsiirtoon vaikuttavien häiriötekijöiden ymmärtäminen tuntuu myös tärkeältä perusasialta.

* Jäi epäselväksi: En ihan vielä ymmärrä kirkkaasti sitä, mitä ihan oikeasti ja konkreettisesti tapahtuu silloin, kun datavirrat muuntautuvat muodosta toiseen eli miten esimerkiksi bitit muuttuvat valoaalloiksi. Minua jäi myös askarruttamaan, minkälaista materiaalia kaapeleissa käytettävä optinen kuitu, erityisesti lasi(sekoite)kuitu on. Arkielämässä lasi on joustamatonta ja menee helposti rikki, mutta kaapeleissa olomuodon täytyy olla erilainen, sillä kaapelia pitää voida taivuttaa ilman, että menee rikki. Luennon viimeisessä osassa oli myös joitakin asioita, joita minun on vaikea hahmottaa. Esimerkiksi taajuuksiin, kaistanleveyksiin ja tiedonsiirtonopeuteen liittyvät asiat ja niiden väliset riippuvuussuhteet jäivät hämäriksi. Kotitehtävistä on vaikea saada otetta, mikä varmaan johtuu lähes olemattomista pohjatiedoistani. En ole tottunut etsimään tietoa kurssin aihepiireistä, enkä tunne siihen liittyviä luotettavia ja kattavia tiedonlähteitä.

Luentopäivä 3:

* Päivän aihe: Luennon pääasialliset aihepiirit olivat signaalin koodaustekniikat, digitaalisen dataliikenteen tekniikat, linkkitarkistusprotokollat ja kanavointi. Aiheet tuntuivat vaikeilta, ja oli hyvä, että ehdin käydä luentokalvot läpi ennen luentoa. Tällä luennolla kiinnitettiin huomiota yksittäiseen linkkiin, ei vielä laajemmin verkkoihin. Luennolla selvitetään sitä, miten datasta saadaan muodostettua sellainen signaali, joka sopii tietylle siirtotielle.

* Päivän tärkeimmät asiat: Koodaus viittaa signaalin muuttamiseen digitaaliseksi, modulointi muuttaa signaalin analogiseksi. Tiedonsiirrossa tapahtuu aina jonkin verran virheitä ja signaalin vaimenemista. Analogista signaalia ei voi korjata, mutta digitaalista voi.

Koodaustavat oli suhteellisen helppo ymmärtää. Kävin niitä ensin itsekseni läpi ja silloin ymmärsin muut paitsi Differential Manchesterin. Oli hyvä, että koodaustavat käytiin läpi yhteisesti, sillä sain varmistuksen siihen, että olin ymmärtänyt asiat oikein ja uskon nyt ymmärtäväni, mistä Differential Manchesterissa on kyse. Eri koodaustavat sopivat eri tarkoituksiin. Yleensä hyödyt tuovat mukanaan myös haittoja. Esimerkiksi kaksitasoisissa (biphase) koodaustekniikoissa on mm. virheidenhavaitsemis- ja synkronointimahdollisuus, mutta ne vaativat enemmän kaistanleveyttä. QAM (Quadrature Amplitude Modulation) yhdistää amplitudimoduloinnin ja vaihehavainnuksen. Siinä lähetetään 2 signaalia samaan aikaan samalla kantoalueella ja tilat muodostavat teoriassa neliömäisen kuvion. On olemassa myös tiheämpiä QAM-variantteja (esim. QAM-16 ja QAM-64). QAM on yleinen langattomassa tiedonsiirrossa, ja sen avulla voidaan lähettää paljon bittejä samaan aikaan. Toisaalta mitä tiheämpi variantti on kyseessä, sitä suurempi on tulkintavirheiden riski.

Analogista signaalia eli esimerkiksi ihmisen puhetta voidaan muuttaa digitaaliseen muotoon käyttämällä pulssikoodimodulaatiota (PCM) tai deltamodulaatiota. PCM perustuu säännölliseen ”näytteenottoon” ja niiden sijoittamiseen lähimpään (digitaaliseen) tasoon. PCM-modulaatiossa on aina jonkin verran virheitä, koska ”näytteiden” arvoja joudutaan pyöristämään (kvantisointi), mutta silti lopputulos on suhteellisen hyvä.

Deltamodulaatio muodostaa porrasmaisen kuvion, ja tulkittava arvo voi nousta kerrallaan vain yhden askelman. Signaalin ja sen modulointiarvon erot ovat isompia erityisesti silloin, kun muutokset tapahtuvat nopeasti. Toisaalta deltamodulaatio on yksinkertaisempi malli kuin pulssikoodimodulaatio. Kun tietoa siirretään, lähettäjän ja vastaanottajan välillä voi olla aikaan liittyvä ongelma, jos ajan synkronointia ei ole ja niiden kellot käyvät eri aikoja.

Virheentarkistusta tehdään joka tasolla. Lähettäjä ja vastaanottaja voivat kommunikoida keskenään virheentarkistuskoodin avulla ja pyrkiä siten minimoimaan virheitä. Tapoja:

  • Stop and Wait
  • Sliding Windows Flow Control
  • Automatic Repeat Request
  • Go back N
  • Selective-Reject

Kanavointi (multipleksointi) tehostaa tiedonsiirtoa. Sitä käytetään esim. runkoverkoissa. Kanavointi voidaan jakaa:

  • Taajuusjakokanavointiin (FDMA, Frequency Division Multiple Access), käytetään esim. radio- ja TV-kanavien välittämiseen, signaali on aina analoginen
  • Aikajakokanavointiin (TDMA), synkroninen ja asynkroninen, vrt. kaapelimodeemin toiminta
  • Koodijakokanavointiin (CDMA), käytetään johtimettomilla siirtoteillä (radiotie)
  • Aallonpituuskanavointiin (WDMA), käyttään esim. 3G-verkoissa

* Mitä opin tällä kertaa: Mielenkiintoisinta olivat eri koodaustavat. Opin myös virheenhavaitsemisen alkeet. Kanavointi oli vaikein asia.

* Jäi epäselväksi: Kanavoinnin nyanssit jäivät hämäriksi.

Luentopäivä 4:

* Päivän aihe:

Päivän aihe liittyi verkkojen toimintaan. Käsittelimme televerkkoja ja dataverkkoja.

* Päivän tärkeimmät asiat:

Teleliikennessä käytetään tyypillisesti piirikytkentää ja dataliikenne pakettikytkentää.

Esimerkiksi puhelinkeskustelu on interaktiivista. Siihen tarvitaan yhteys, joka on tasainen ja koko ajan päällä. Piirikytkentä varaa resurssin yhteyttä varten ja vapauttaa sen, kun yhteys loppuu. Liikenne menee koko ajan samaa reittiä, joka on varattu yhteydelle. Data siirretään vakionopeudella. Päästä päähän -yhteys on muodostettava ennen tiedonsiirtoa.

Dataliikenne puolestaan on purskeista. Pakettikytkentäisessä verkossa data pilkotaan pieniin paketteihin, ja liikenne on tehokkaampaa kuin piirikytkennässä. Jokainen paketti sisältää myös kontrolli-informaatiota (mm. osoitetiedot). Pakettikytkennässä on kaksi kytkentätapaa: Tietosähke/datagrammi ja virtuaalipiiri. Datagrammissa (vrt. postikortti, send and pray) yksittäiset paketit voivat liikkua verkossa eri reittejä pitkin vastaanottajalle, sillä paketit ovat itsenäisiä. Ne voivat saapua vastaanottajalle mielivaltaisessa järjestyksessä. Vastaanottajan pitää osata järjestää paketit oikeaan järjestykseen. Virtuaalipiirissä paketit siirretään vakioreittiä pitkin, mutta resurssia ei varata samalla tavalla kuin piirikytkentäisessä verkossa. Virtuaalipiirissä lähettäjä ja vastaanottaja aloittavat ja lopettavat yhteyden.

3 erilaista viivettä:

  • etenemisviive
  • siirtoviive
  • solmuviive/prosessointiviive.

Reitityksen tarkoituksena on löytää oikea vastaanottaja ja sitä varten tarvitaan osoite. Se on äärimmäisen tärkeä osa verkon toimintaa. Hyvä reititysalgoritmi on mm. luotettava, yksinkertainen ja tehokas. Se ottaa huomioon ruuhkahuiput ja etuajo-oikeuden tärkeimmälle liikenteelle. Reititysstrategia voi perustua mm. tulvimiseen (huom. pakettikopiot, ylimääräiset voidaan tuhota lopussa), satunnaisuuteen tai mukautuvuuteen (jonoajattelu, muutetaan reititystä tilanteen mukaan, mutta tarvitaan informaatiota verkosta). Kun paketteja tulee enemmän kuin niitä voidaan käsitellä, verkko kuormittuu. Ruuhkanhallinta on tärkeä osa verkon toimintaa.

* Mitä opin tällä kertaa: Verkkokerroksen tapahtumat selvenivät hiukan. Kytkentätavat olivat yllättävän mielenkiintoisia ja suhteellisen helppotajuisia.

* Jäi epäselväksi: Luennon lopussa piirretty kuva verkon toiminnasta osoitti sen, että minulla on vielä haasteita kokonaisuuden ymmärtämisessä ja kurssilla opittujen asioiden yhdistämisessä toisiinsa.

Mitä opin kurssin aikana

Kotitehtävät

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. Kirjaa näkyville kolme mielestäsi tärkeintä kysymystä, jotka haluat selvittää.

final_tietoliikennetekniikka_tuominenlinda_teht1.pdf

1. Missä sijaitsee lähin reititin ja mihin se on kytkeytynyt? Miltä reititin näyttää?

2. Mitä muita (langattomia) verkkoja on potentiaalisesti saavutettavissa, onko esim. MAN?

3. Mitä tapahtuu silloin, kun Areenan ohjelma katkeilee?

2. Luento: Ennakkotehtävä

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.

Kännykkä, 3G-verkko: nopeus 21 Mbit/s, taajuus: 900 MHz/2100 MHz.

Läppäri, WLAN (esim. IEEE 802.11g-standardi): 54 Mbps, 2,4 GHz.

Kaapelimodeemi/Ethernet: 10 Mb/s

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.

Laitteet ja verkot:

Kännykkä radiotie/tekniikka 3G, Universal Mobile Telecommunication Service (UMTS), protokolla: HSPA (High-Speed Packet Access) http://www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/99-hspa

Läppäri siirtotie: radiotie/tekniikka WLAN, protokolla: IEEE802.11 https://standards.ieee.org/about/get/802/802.11.html

Ethernet-yhteys siirtotie: parikaapeli, protokolla: IEEE802.3 http://fi.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.3

Palvelut:

LUT.fi: protokolla:http YLE, Areena: http

3. Luento: Ennakkotehtävä

Etsi toisessa kotitehtävässäsi valitsemissasi siirtotieratkaisuissa käytetty koodaus- ja kanavointitapa.

Wlan/802.11: kanavointi CSMA/CA; koodaus BPSK/QPSK/FSK

http://fi.wikipedia.org/wiki/CSMA/CA

3G/UMTS: kanavointi CDMA/FHSS?; koodaus?

http://fi.wikipedia.org/wiki/CDMA

Ethernet-parikaapeli: Manchester-koodaus, CSMA-kanavointi

http://fi.wikipedia.org/wiki/Ethernet

3. Luento: Kotitehtävä

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

AE: Suurin osa tehtävistä 1-3 on tehty, samoin ajankäyttö on merkattu. Opiskelija on tehnyt hyvää työtä, hän on pohtinut kurssiin liittyviä asioita omasta näkökulmastaan ja jäsentänyt oppimistaan kiitettävästi. Hän on valinnut relevantteja asioita luentopäiväkirjaan. Opin itsekin uutta, sillä osannut jäsentää asioita fiksusti. Osa tehtävistä kesken.

LI: Erittäin yksityiskohtainen luentopäiväkirja. Sopisi hyvin kurssin sisältöjen kertausmateriaaliksi. Osittain huolimaton ja kapulakielinen kirjoitusasu. Minulle jäi sellainen vaikutelma, että opiskelija ei ehkä ole miettinyt olennaisimpia asioita vaan kirjoittanut luentopäiväkirjaan kaiken mahdollisen. Teksti kaipaisi tärkeimpien asioiden korostamista ja vielä enemmän omaa pohdintaa. Opiskelija on kuitenkin nähnyt paljon vaivaa tehtävien tekemisessä. Kaikki tehtävät tehty.

JL: Luentoyhteenvedot hyvin lyhyitä, tosin loppua kohti syvyys kasvaa. Omaa pohdintaa oli mukana, mutta olisi voinut olla enemmänkin. Kaikki tehtävät on tehty.

AH: Mukavasti omakohtaista pohdintaa, ja tehtävässä on mukana omaa oppimista reflektoiva meta-taso. Poiminut luentopäiväkirjaan olennaisia asioita. Kaikki tehtävät tehty.

JV: Luentopäiväkirja erittäin suppea, eikä se mielestäni tuo tarpeeksi esiin oman oppimisen pohdintaa. Vaikea arvioida, kuinka hyvin opiskelija on oppinut kurssilla käsiteltyjä asioita. Kaikki tehtävät on tehty. Osaan tehtävistä on paneutunut enemmänkin, osa suppeita. Teksti suhteellisen huonoa suomea, ja lukeminen on raskasta.

4. Luento: Ennakkotehtävä

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?

WLAN-artikkeli oli mielestäni vaikea lukea, vaikka olenkin käynyt luennoilla ja tehnyt kurssitehtäviä. Jutun idea kuitenkin liittyi siihen, miten tietoliikenne WLAN-verkoissa ainakin teoriassa nopeutuu koko ajan ja kapasiteettiä pystytään käyttämään yhä tehokkaammin, mutta käytännön elämässä edessä on monia mutkia. Tiedonsiirtonopeus on arkielämässä usein vain murto-osa siitä, mitä se teoriassa voisi olla. Tätä olemme myös käsitelleet luennolla. Artikkelissa oli myös luennoilta tuttuja termejä ja käsitteitä (mm. wlan-standardit, signaalin monitie-eteneminen, 256-QAM, antennit, esim. keilanmuodostus). Sen sijaan esim. “mimo” ja “spatiaalinen limitys” jäivät epämääräisiksi, niitä ei selitetty artikkelissa enkä muista, että niistä olisi puhuttu luennoillakaan.

LTE-tekniikkaa kuvaavat tietolähteet antavat kyseisestä tekniikasta suhteellisen valoisan kuvan ja vaikuttaisi siltä, että mobiiliverkkojen tehokkuus kasvaa ja tiedonsiirto nopeutuu tulevaisuudessa.

LTE-tekniikkaa käsittelevät sivut: http://www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/98-lte

http://nsn.com/portfolio/products/mobile-broadband/long-term-evolution-lte

http://youtu.be/bjCvY4utV-o

4. Luento: Kotitehtävä

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.

Kanavointi on käytössä kotitehtävääni liittyvien siirtoteiden/verkkojen hyödyntämisessä. Taajuusjakokanavointia (FDMA) käytetään esim. tv-kanavien yhteydessä. Aikajakokanavointia (TDMA) käytetään esim. kaapelimodeemikäytössä. Koodijakokanavointia (CDMA) käytetään esim. laajakaistaverkoissa.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h

Itseopiskelu ja tehtävät: 4 h

  • Luentoviikko 2

Lähiopetus: 6 h

Itseopiskelu ja tehtävät: 5 h

  • Luentoviikko 3

Lähiopetus: 6 h

Itseopiskelu ja tehtävät: 5 h

  • Luentoviikko 4

Lähiopetus: 6 h

Itseopiskelu ja tehtävät: 6 h

Tenttiin valmistautuminen 10 h


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