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.

Tietoliikennetekniikasta minulle ensimmäisenä tulee mieleen tiedonsiirto, joko johtoja pitkin tai langattomasti. Tämä tieto taas voi olla ääntä, kuvaa, videoita, tekstiä yms.. Tietoliikennetekniikan termejä ajatellessa minulle tuli mieleen: WLAN, WAP, TCP/IP, Bluetooth, GSM ja NMT.

Näin taloutta ja tekniikkaa seuranneena muistui myös silloisen Soneran kymmenenvuoden takaiset pieleen menneet UMTS kaupat, jotka melkein ajoivat yhtiön konkurssiin.

Tietoliikenne mahdollistaa myös palveluliiketoiminnassa etäkunnonvalvonnan datan lähettämisen asiakkaalta yritykselle analysoitavaksi. Esimerkiksi kaukana ulapalla operoivan öljynporauslautan toiminnalle kriittisten laitteiden reaaliaikaista kuntoa.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: 2.10.2014
  • Päivän aihe: Päivän aiheena oli johdattaa opiskelijat tietoliikennetekniikan perusteisiin, termeihin, käsitteisiin ym.
  • Päivän tärkeimmät asiat: Kurssin vaatimukset ja suoritustavat (kotitehtävät, oppimispäiväkirja, tentti), tietoliikennetekniikan tulevaisuus ja trendit (4G —> 5G),
  • Mitä opin tällä kertaa: Ennen tämän kurssin aloittamista en ollut ajatellut sen kummemmin, että miten normaalissa arkielämässä tietoliikennetekniikka vaikuttaa kovasti tekemisemme taustalla. Esimerkiksi puhelimella soitto, tekstiviestin lähetys, internetin selaaminen kaikki vaativat oman toimivan infransa, jotta tieto saadaan siirrettyä vastaanottajalle haluamassamme muodossa. Tunnilla tuli mieleen, että tietoliikennetekniikkaa tarvittanneen myös kaupassa viivakoodien lukuun, bussissa matkakortin lukuun ja muihin vastaavanlaisiin sovelluksiin. Opin myös miten laitteet (tietokone, serveri, puhelin, auto..) muodostavat yhden ison kokonaisuuden, eli perusrakenteen. Lisäksi uutena tietona tuli sähköpostien lähettämisessä ja vastaanottamisessa käytettävät protokollat: POP ja IMAP. Niiden erona on, että POP-protokollaa käytettäessä viesti poistetaan palvelimelta ja siirretään koneelle, josta se on aukaistu. Toisin kuin IMAP-protokollassa viesti voidaan jättää palvelimelle, jos niin halutaan.
  • Jäi epäselväksi: Hieman jäi mietityttämään tietoturva tulevaisuudessa, jos ja kun tämä 5G-verkko saapuu ja kaikki laitteet ovat enemmän tai vähemmän naimisissa keskenään. Miten huolehditaan siitä, että tietoa ei vuoda vääriin käsiin, vai onko se mahdollista ylipäätänsäkään?
Luentopäivä 2: 3.10.2014
  • Päivän aihe: Luennon aiheina olivat kommunikointimallit, tiedonsiirto ja kerrosarkkitehtuuri, sekä niihin liittyvät käsitteet ja termit.
  • Päivän tärkeimmät asiat:

1. Kommunikointimalli - Kuvaa tiedon/informaation välitystä kahden laitteen välillä. Tärkeimmät komponentit ovat: lähde, siirtojärjestelmä ja kohde. Lisäksi tarvitaan lähetin muuttamaan data signaaliksi ja vastaanotin, joka vastaanottaa signaalin. - Sisältää seuraavat termit: 1. Informaatio (datan merkitys), 2. Data (sopiva esitysmuoto kommunikoinnin kannalta), 3. Signaali (tiedon fyysinen esitystapa) - Tiedonsiirtolinjat, kolme määräävää tekijää: kapasiteetti, luotettavuus ja hinta.

2. Tiedonsiirto, - Yksinkertaisimmillaan kahden toisiinsa kytketyn laitteen välistä kommunikointi, joka ei ole kannattavaa, jos laitteet ovat kaukana toisistaan ja/tai laitteita on paljona - Keskeisiä termejä: WAN, LAN, PAN - WAN: maantieteellisesti laajan alueen kattava verkko, joko piirikytkentänä tai pakettikytkentänä. Piirikytkennässä jokaisessa solmussa data ohjataan oikeaan paikkaan (ennen muinoin puhelinvaihde, jossa ihminen vaihtoi käsin kaapeleita ohjatakseen puheluita). Pakettikytkennästä lisää tietoa myöhemmin. - LAN: rajoitetumpi tietoliikenneverkko kuin WAN, esim yrityksen muodostama verkko.

3. Kerrosarkkitehtuuri - Jakaa tietyn logiikan osatehtäviin, jotta voidaan toteuttaa erikseen. Lähteen ja kohteen tehtävät jaetaan yleensä osakokonaisuuksiin, joita kutsutaam kerroksiksi. Jakamalla toiminnot pienempiin osiin, järjestelmästä tulee hallittavampi. - 3 Kerroksen teoreettinen malli, jossa järjestelmä on jaettu kerroksiin. Jokainen kerros suorittaa omaa tehtäväänsä keskutelemalla oman vastinolionsa kanssa. Kyseinen malli on jaettu kolmeen tekijään: 1. Alin = verkot, 2. Keskellä = laitteet, 3. Ylin = sovellukset

  • Mitä opin tällä kertaa:

Tällä kertaa opin kommunikointimallin perusrakenteen sekä hahmottamaan miten informaatio liikkuu esim. puhelimella soitettaessa tai sähköpostiviestiä lähettäessä. Tiedonsiirrosta opin, että se on yksinkertaisimmillaan tiedonsiirtoa kahden laitteen välillä, mutta voi myös koostua useasta eri verkosta muodostaen suuremman kokonaisuuden?

  • Jäi epäselväksi:

Tällä kerralla kerrosarkkitehtuuri ei oikein auennut, protokolla-arkkitehtuurin toiminta jäi epäselväksi.

Viikko 43 ennakkotehtävä

Pohdi oman kotiverkon laitteiden välisiä yhteyksiä. Millaisia siirtoteitä laitteiden välillä käytetään? Syntyykö kotona useiden yhteyksien ketjuja? Kodissani on pelkästään kaksi tietokonetta, joita käytän mokkulalla. Välillä jaan nettiä kännykän kautta tietokoneeseen.

Luentopäivä 3: 9.10.2014
  • Päivän aihe: Tietoliikenteen standardointi ja siirtotiet. Lyhyt yhteenveto edellisen luennon asioista.
  • Päivän tärkeimmät asiat: Tietoliikenteen standardointi

Standardeja tarvitaan huolehtiman fyysisestä, sähköisestä ja toiminnallisesta yhteensopivuudesta eri laitteiden välillä. Standardeilla on sekä etuja, että haittoja. Edut: vahvistaa markkinoita tuotteille, joka luo edellytykset massatuotannolle. Yhteensopivuus eri järjestelmien välillä. Haitat: Standardit saattavat jäädyttää teknologiaa, useiden standardien esiintyminen samoille asioille, kompromissit..

Siirtotiet: Siirtoteitä on johtimellisia (ohjattuja) ja johtimettomia (ohjaamattomia). Johtimellisessa siirtotiessäsignaalit kulkevat fyysistä reittiä pitkin ja johtimettomalla langattomasti. Tiedon ja datan liikkumiseen yleisesti vaikuttavat asiat: kaistan leveys, vaimennustekijät, yhtäaikaiset useat signaalit ja vastaanottajien määrä.

Johtimelliset siirtotiet

Tiedonsiirtonopeus tai laitteiden välinen etäisyys riippuu pitkälti käytetävissä olevasta kaistanlaveydestä. Esimerkkejä johtimellisista siirtoteistä: parikaapeli, koaksaalikaapeli, optinen kuitu yms.). Voidaan välittää sekä digitaalisia että analogisia signaaleita.

Parikaapeli: Koostuu toistensa ympärille kiedotuista kahdesta kuparijohtimesta. Käytetään puhelin- ja dataverkoissa.

Koaksaalikaapeli: kaksi johdinta sisäkkäin, parempi häiriönsieto. Käytetään tv-jakeluverkoissa, puhelinverkoissa ja lähiverkoissa.

Sähköjohto: Data siirretään sähkön kanssa samassa verkossa. Verkkorakenne olemassa, mutta kohina ja heijastukset aiheuttavat ongelmia.

Optinen kuitu: Koostuu ytimestä, heijastuskerroksesta ja kuoresta. Etuja suuri kapasiteetti, pieni koko, matalampi vaimeneminen, ei altistu sähkömagnettiselle häiriöille, mutta kärsii säteiden leviämisestä kuidussa.

Johtimettomat siirtotiet Signaali etenee ilmassa antennien välityksellä, joko suunnatusti tai suuntaamattomana.

Mikroaaltolinkit: Käytetään tarkasti suunnattuja lautasantenneja, jotka ovat riittävän korkealla näköyhteyden saavuttamiseksi. Käyttökohteita: runkoverkot, P2P linkit rakennuksien välillä.

Satelliittilinkit: Eräänlaisia mikroaaltolinkkejä, joissa lähettimet sijaitsevat maassa ja vastaanottimet linkitetty satellittien kautta.

Radiotie: Eroaa kahdesta edellämainitusta tavasta aaltojen suuntaamattomuudessa ja antennien yksinkertaisemmassa rakenteessa. Käyttökohteita: matkapuhelinjärjestelmät, Bluetooth, radio- / TV-lähetykset, langattomat lähiverkot.

  • Mitä opin tällä kertaa:

Tällä kerralla opin tietoliikennetekniikassa käytettyjen standardien hyötyjä ja haittoja. Opin myös minkälaisia siirtoteitä on olemassa ja missä niitä käytetään.

  • Jäi epäselväksi:
Luentopäivä 4: 10.10.2014
  • Päivän aihe: En päässyt tunnille, mutta ilmeisesti linkkien ja kanavien läpikäyminen oli päivän aiheena.
  • Päivän tärkeimmät asiat: GPS:n toiminta, erilaiset tiedonsiirtotyypit, sekä modulaatio-, että kanavointityypit.
  • Mitä opin tällä kertaa: Tunnille tarkoitettujen powerpointtejen sisältö oli minulle kokonaisuudessaan uutta ja opin muunmuassa erilaisia kanavointimenetelmiä, GPS:n toimintaa, eri kohinatyypit.
  • Jäi epäselväksi: Signaaleja kuvaavat aaltokuviot jäivät hämärän peittoon.
Luentopäivä 5: 16.10.2014
  • Päivän aihe: Teleliikenne vs. dataliikenne, sekä piirikytkennän ja pakettikytkennät
  • Päivän tärkeimmät asiat:
    • Kytkentäiset verkot: Koostuvat toisiinsa kytketyistä solmupisteistä. Verkkoa käyttäviä laitteita kutsutaan asemiksi. Tietoliikenne jaettu kahteen osaan: teleliikenteeseen (puhelinverko esim. PSTN, GSM yms.) ja dataliikenteeseen (dataverkot). Jaettu erilaisten vaatimuksie vuoksi: teleliikenteelle piirikytkentä ja dataliikenteelle pakettikytkentä
    • Piirikytkentäiset verkot: Varataan tietty kapasiteetti tiedonsiirrolle. Yhteispolku määritellään kahden aseman välillä. Viestinvälityksellä on kolme vaihetta: 1. Yhteyden muodostus, 2. Datan siirto ja 3. Yhteyden lopetus
    • Pakettikytkentäiset verkot: Data pilkotaan pieniin osiin (paketteihin) siirtoa varten. Paketin koko riippuu hyvin pitkälti siirtoverkoista. Pakettikytkennässä tehokkuus on parempi kuin piirikytkennässä. Pakettikytkentäisissä verkoissa on kaksi kytkentätapaa: 1. tietosähkö (tieto saattaa kulkea eri reittiä, vastaanotto oikeaan järjestykseen) ja 2. Virtuaalipiiri (tieto kulkee samaa reittiä pitkin).
    • Reititys: Reititykselle on erilaisia vaatimuksia, sen siirrettävän tiedon pitäisi pysyä oikeassa muodossa, yksinkertainen, kestävyys, oikeudenmukaisuus (kaikilla yhtäläinen oikeus verkon käyttöön), optimaalisuus ja tehokkuus. Reititykseen on erilaisia malleja tulviminen ja mukautuva reititys. Reititykselle on myös erilaisia algoritmejä esim Bellman-Fordin algoritmi ja Dijkstran algoritmi.
    • Ruuhkan hallinta: Syntyy, kun lähestytään verkon kapasiteettia (noin 80% maksimeista). Ruuhkia saattaa syntyä solmukohtiin ja jos uutta dataa syötetään kokoajan lisää, niin vanhaa jo lähetettyä mutta ei perille päässyttä dataa saattaa kadota matkalla.
  • Mitä opin tällä kertaa: Piirikytkentäisten ja pakettikytkentäisten verkkojen eroavaisuuksia.
  • Jäi epäselväksi: Reititys ja algoritmien toiminta jäivät hieman epäselviksi.
Luentopäivä 6: 17.10.2014
  • Päivän aihe: Mobiiliverkot, lähiverkot
  • Päivän tärkeimmät asiat:
    • Mobiiliverkot: Signaalin eteneminen (voimakkuus ja heikkeneminen). Soluverkko kehitetty matkapuhelinten vaatimaan kapasiteettiin. Verkko on jaettu useaan alueeseen, joissa , kantama taajuuksien ulottuma. MObiiliverkoissa voi tapahtua signaalin vaimenemista neljällä eri tavalla: nopea, hidas, tasauineai valikoivalla tavalla. Nykyisten 3G verkkojen lisäksi 4G verkot ovat kovasti yleistymässä langattoman tiedonsiirron kasvun vuoksi. Yhä useampi laite yhdistyy verkkoon.
    • Local Area Network (LAN): Kehitys aloitetty 1970-luvulla, matkan varrella tekniikka kokenut kuitenkin useita muutoksia. Perustuu laitteiden läheisiin suhteisiin, eli laitteet ovat linkin takaa toisiinsa kytköksissä. LAN arkkitehtuuri voidaan jakaa kahteen osa-alueeseen: fyysiseen ja linkkien väliseen kerrokseen. Fyysisessä kerroksessa tapahtuu signaalien koodaus ja bittien purkaminen, kun taas linkkikerroksessa bittien kokoaminen kehyksiksi.
    • Wireless Local Area Network (WLAN): tarkoittaa tekniikkaa, jolla laitteet voidaan yhdistää verkkoon ilman kaapeleita. Alkuaikoina WLAN yleistyi hitaasti muunmuassa korkean hinnan, hitaan tiedonsiirron ja terveysvaikutusten vuoksi. Alunperin WLAN toimi infrapunalla, jolloin jokaiseen huoneeseen jossa verkkoa haluttiin käyttää tarvittiin yksi solu. Nyykyään WLAN:in toiminta perustuu OFDM tekniikkaan eli DMT-modulointiin. Tietoa siis siirretään häiritsemättömillä taajuuskanavilla samaan aikaan. Taajuutena käytetään yleisesti 2,4 GHZ, mutta esimerkiksi Amerikassa on myös käytössä 5 GHz toimivia verkkoja. WLAN verkon toiminta perustuu IEEE 802.11 standardiin ja siitä on ajan myötä kehitetty uudempia versioita, jotka on jaettu eri työryhmiin.
  • Mitä opin tällä kertaa: Opin mobiiliverkkojen, lähiverkkojen ja langattomien lähiverkkojen toimintaperiaatteita, kehitysvaiheita, sekä syitä kehitystarpeille (esim. 3G → 4G kasvava datan määrä ja suurempi osa kaikista laitteista on verkossa kiinni tulevaisuudessa.)
  • Jäi epäselväksi: Verkon varaamisen ja liikennöinnin hoitava Media Access Control (MAC) toiminta jäi hämärän peittoon, sekä mobiililaitteille tarkoitetussa verkossa kuusikulmaisen solun tarkoitus/toimiminen. Miten tämä geometria näkyy / toteutetaan käytännössä?

Mitä opin kurssin aikana

Kurssille tullessa minulla oli hyvin hatara käsitys siitä, että mitä tietoliikennetekniikka on. Kurssin aikana tuli paljon asiaa, josta osa hieman ohi, mutta tarttui sitä sen verran, että osaan hahmottaa esimerkiksi miten tieto liikkuu, kun käytetään internettiä puhelimen avulla tai kun lähetätetään sähköpostia toisille. Eli sen ison kuvan omaksuminen ja ymmärtäminen. Myös tietoliikennetekniikan peruskäsitteet, standardit ja kehityskaari tuli tutuksi, sekä mihin suuntaan tulevaisuudessa ollaan menossa.

Ihmiselle, joka ei ole syntynyt läppäri sylissä (allekirjoittanut) ja muutenkaan omista niitä viimeisimpiä elektroniikkalaitteita, tiettyjen asioiden omaksuminen/ymmärtäminen on hankalaa esimerkiksi kanavoinnit ja eri koodausmenetelmät olivat yksiä niistä.

Kaikenkaikkiaan tämä tiiviseen pakettiin puristettu kurssi antoi paljon ja eipähän tarvitse ihan tuppisuuna istua, jos joku kahvipöydässä alkaa puhumaan tietoliikennetekniikasta.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Oman kodin tietoliikenteeseen kuuluvat laitteet:

Kuvassa on kotiini kuuluvat laitteet, joiden välillä on tietoliikennettä.

Tieto liikkuu laitteiden välillä pääosin langattomasti, mutta stereot sekä lisänäyttö ovat kytketty tietokoneeseen kiinni kaapelilla. Tietokone ja puhelin ovat yhteydessä langattomaan lähettimeen WLAN ja 3G yhteyksien avulla. Stereoiden kaukosäädin toimii infrapunalla.

Kotitehtävä 2

Tämän viikon kotitehtävissä on tarkoitus etsiä omassa kotiverkossa/laitteistossa käytettyjä sirtoteitä, siirtonopeuksia, protokollia ja koodaus- ja kanavointimenetelmiä.

Tukiasema - Tietokone:

  • Siirtotie: Ilmateitse WLAN:in avulla 2,4 GHz
  • Siirtonopeus: 100 MBit/s
  • Protokolla: IEEE 802.11
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmä: BPSK

Läppäri - Näyttö

  • Siirtotie: HDMI- kaapeli
  • Siirtonopeus: 10 Gbit/s
  • Protokolla: TMDS
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmä: Differentiaalisignaali

Läppäri - Stereot:

  • Siirtotie: Koaksiaalikaapeli
  • Siirtonopeus:
  • Protokolla:
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmä:

Stereot - Kaukosäädin:

  • Siirtotie: Ilmatietä pitkin infrapunalla
  • Siirtonopeus: 1- 2 Mbit/s aallonpituuden ollessa 850-950 nm
  • Protokolla:
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmä: ASK

Tukiasema - Puhelin

  • Siirtotie: Langaton ilmatieyhteys tukiasemaan
  • Siirtonopeus: 21 Mbit/s
  • Protokolla: 802.11
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmä: BPSK

Kotitehtävä 3

Pohdi omien laitteiden muodostamaa kokonaisuutta erityisesti kokonaisuuden eli verkon kannalta. Kuvaile kuinka tieto liikkuu laitteelta toiselle kerrosmallin keinoin protokollat huomioiden.

Tässä tehtävässä pohdin sähköpostin lähettämistä ja tiedon liikkumista laitteelta toiselle. Sähköpostiviestin lähettämistä voidaan kuvata seuraavanlaisella kerrosmallilla, jossa on 5 kerrosta ja jokaisella oma tehtävä.

  • Sovelluskerros on lähettäjä, joka kirjoittaa viestin esimerkiksi Googlen tai vastaavan sähköpostisovelluksella ja laittaa sen eteenpäin vastaanottajalle.
  • Kuljetuskerros on lähetti, joka muodostaa yhteyden (TCP) ja muuttaa sähköpostin vastaanottajan osoitteen IP osoitteeksi
  • Verkkokerros ohjaa viestin, joka on purettu pieniksi paketeiksi IP osoitteen määrittelemään osoitteeseen.
  • Linkkikerros, Tietokone on yhteydessä langattomaan kotiverkkoon WLAN, josta datapaketit siirtyvät IPS:n kautta verkkoon.
  • Fyysinen kerros, tieto muutetaan optiseen muotoon, joka hakeutuu verkossa solmujen kautta vastaanottajan modeemiin. Viesti saattaa matkan varrella muuttaa muotoa ja paketit saapua eri järjestyksessä, mutta ne kootaan oikeaksi ennen vastaanottajalle esittämistä.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 7 h Oppimispäiväkirja: 2 h Omatoiminen opiskelu: 2 h

  • Luentoviikko 2

Lähiopetus: 3 h Oppimispäiväkirja: 2 h Omatoiminen opiskelu: 5 h Kotitenttitehtävä: 10 h

  • Luentoviikko 3

Lähiopetus: 7 h Oppimispäiväkirja: 2h Omatoiminen opiskelu: 5h Kotitenttitehtävä: 15 h


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