meta data for this page

Mikko Järven kurssisivu

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.

Ennakkotehtävä 1.

Tietoliikenne on tiedon siirtoa bitteinä, ykkösinä ja nollina. Tietoliikenne pitää sisällään erilaisia tekniikoita ja protokollia paketoida, lähettää ja vastaanottaa tietoa verkoissa. Verkot ovat tärkeä osa tietoliikennettä. Verkot voivat olla konkreettisia tai virtuaalisia verkkoja. Verkoja hyödynnetään sovelluksilla, jotka kommunikoivat verkon välityksellä. Tietotekniikan kehityksen painopiste on sovelluksissa.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Kävimme läpi kurssin sisällön ja rakenteen. Luentomateriaalia ei jaettu etukäteen, mikä hankaloitti muistiinpanojen tekemistä. Tutustuimme alan perusteokseen ja siihen miten eri tavoin aihetta voi lähestyä. Päätin ostaa kurssikirjan omakseni. Ensimmäisiä aiheita olivat kommunikointimalli, kerrosmalli ja protokollan toiminta ja tehtävät.

Luentopäivä 2:

Pistareiden läpikäynti. Keskusteltiin johtimellisista siirtoteistä ja niiden kapasiteetista, kantamasta ja muista ominaisuuksista.

Luentopäivä 3:

Kanavointi

Kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie koko kaistaa. Siirtokapasiteetti voidaan jakaa useamman siirrettävän signaalin kesken. Tätä kutsutaan multipleksoinniksi.

Erilaisia kanavanjakotekniikoita: • Taajusjakokanavointi • Aikajakokanavointi • Koodijakokanavointi • Aallonpituusjakokanvointi ADSL=Asymmetric digital subscriber line. Ratkaisu tilaajan ja etäverkon välille. Käyttää olemassa olevaa puhelinkäyttöön tarkoitettua parikaapelia. Käyttää taajuusjakokanavointi. Toimintamatkan noin 5km. Käyttää DTM-tekniikkaa eli monta kantosignaalia eri taajuuksille – bitit jaetaan 4 kHz alikanaville. ADSL on osa nopeiden digitaalisten tilaajalinjatekniikoiden joukkoa (xDSL)

TDMA Synkronin / tilastolline TDMA. Siirretävä data muodostaa kehyksiä. Kehykset muodostuvat aikaviipaleista. Lähteet voivat varata useita aikaviipaleita kehyksestä ja nopeuttaa kommunikointiaan.

• Synkronisessa TDMAssa aikaviipaleet varataan kiinteästi koko yhteyden ajaksi o – Hukkaa kapasiteettia, jos dataa ei joskus olekaan tarjolla (vastaavasti FDMA:ssa)

Tarvitaan kehystason tahdistus.

Tilastollinen TDMA Synkronisen TDMA:n ongelma on kehyksen aikavälien tuhlaaminen. Ratkaisu tilastollinen TDMA eli tilastollinen TDMA, jossa aikavälejä varataan dynaamisesti. Tilastollinen TDMA käyttää hyödykseen siirtojen taukoja, siirtotien kapasiteetti voi olla pienempi kuin lähteiden nopeuksien summa

⇒ Normaalitilanteessa kaistanleveyden lisäys ⇒ Aiheuttaa hankaluuksia suurilla kuormituksilla ⇒ Käytetään lähetyspuskureita multiplekserissä

Tilastollinen TDMA vaatii ohjausinformaation lisäämistä

CDMA koodinjakokanavointi

Käyetään koko taajuusalue ja kaikki aikaviipaleet. Teoreettisesti tehokkaampi ja taajuksien käytöltään joustavampi.

Aallonpituusjakokanavointi, WDM (FDMA)

Käytetään eri taajuisia valonsäteitä, jotka muodostavat jokainen oman kanavansa. Käytetään yksimuotokuiduissa.

Ongelmat / Haitat kanavointitekniikoissa FDMA: Kanavien ylikuuluminen Pitkillä matkoilla signaalia vahvistettava ja se voi luoda taajuuskomponentteja toisiin kanaviin TDMA Soveltuu huonosti tietokonekäyttöön eli epäsäännöllisiin lähetyksiin

  DVB-T ominaisuuksia (ei vielä slaideja saatavilla)

Kolme modulaatiovaihtoehtoa QPSK, 16QAM, 64QAM

Teleliikenne vs. Dataliikenne

Tietoliikenne on perinteisesti jaettu: • Teleliikenteeseen • Dataliikenteeseen

Teleliikenteessä puhe/ääni tarvitsee reaaliaikaisen kommunikointiväylän. Piirikytkentä = varatuilla resursseilla päästään tavoitteisiin eli reaaliaikaiseen tiedonsiirtoon. Datalle on tärkeämpää, että kommunikointiväyliä käytetään mahdollisimman tehokkaasti. Pakettikytkennässä on käytössä kaksi eri kytkentätapaa: tietosähke (eli datagrammi) ja virtuaalipiiri. Tietosähkeessä paketit lähetetään täysin itsenäisinä, ilman viittausta aiemmin lähetettyihin paketteihin. Jokaiselle paketille voi tulla oma reitti. Reitityspäätös tehdään jokaiselle paketille erikseen. Loppupäässä paketit laitetaan oikeaan järjestykseen. Virtuaalipiirissä kaikki paketit liikkuvat samaa reittiä.

Reititys

Reititystekniikoiden elementit • Suorituskykykriteerit • Aika reitityspäätöksenteolle • Paikka reitityspäätöksenteolle • Verkon informaatio • Verkon informaation päivitys

Reititysstrategiat • Kiinteät taulut • Flooding= löydetään lyhin reitti, kuormittaa verkkoa, kaikki mahdolliset reitit käydään läpi, • Satunnainen= lähetetään paketti ainakin jonnekin, ei hyvä tapa • Mukautuva reititys= Reitityspäätökset perustuvat verkon tilanteeseen, ruuhkatilanteeseen • ARPANET reititysstrategiat

Ruuhkanhallinta • Kun 80% jonosta tulee täyteen, niin viiveitä tulee tiedonsiirtoon. • Backpressure • Choke packet • Implcit congestion signaling= lähde huomaa että viive kasvaa ja ryhtyy itse toimiin

Luentopäivä 4:

Matkapuhelinverkot • Solurakenne • Taajuuksien uudelleenkäyttö • Kapasiteetti • Verkon toiminta • Signaalin voimakkuus o Jaettu siirtotie, heijastumat, line-of-sight, sironta (=monitie etenemisen ongelmat) o Fading=häipymä • Hidas häipymä=etäisyys, maaston muodot huomioon ottaen • Nopea häipymä=maaston muodot, rakennukset • Kolmannen sukupolven matkapuhelinverkot (3G) o Tukee multimediaa, dataa ja videota o Internet = o Pakettikytkentä/piirikytkentä o Koodinjakokanavointi • Radiorajapinnat o CDMA=koodinjako- o TDMA=aikajako- o FDMA=taajuusjako- • Neljännen sukupolven verkot (4G) o OFDMA o Orthogonaalisuus o LTE ja IEEE 802.16 (Wimax)

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Kotitehtävä1: 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 saamme alussa asetettuihin kysymyksiin vastaukset.

mikkojarvi_kotitehtava1_kuva.pdf

Kolme kysymystä kuvaan liittyen:

1. Miten GPS todella toimii? 2. Mitä liikku sykemittarin ja läppärin välillä? 3. Millaista tietoa liikkuu sovelluskerroksessa?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Kotitehtävät 2. luennon jälkeen:

• Oppimispäiväkirjan täyttö jälleen luennoilla opituista asioista (tai jos ette olleet luennoilla, niin lukekaa ko. alue ja mitä oppia / kysymyksiä aihealue herätti.

• Ensimmäisten luentojen kotitehtävissä selvititte laitteita ja palveluita. Tässä kotitehtävässä selvitetään laitteiden ja palveluiden käyttämiä protokollia. Selvittäkää 3 eri protokollaa joita omassa ympäristössänne on käytössä ja etsikää protokollan standardi/määritelmä ja liittäkää kotitehtäväänne linkki ko. protokollaan.

ANT-protokolla = ANT-protokolla on langattomien sensorien verkkoprotokolla. Jota hyödynnetään erityisesti kuntoilun, urheilun ja kodin sovelluksissa. Kotitehtävässä se esiintyy sykevyön ja rannetietokoneen tiedonsiirrossa. http://www.thisisant.com/technology http://en.wikipedia.org/wiki/ANT_%28network%29

NMEA –protokolla. Protokolla on GPS –välineiden välinen kieli ja sitä hallinnoi National Maritime Electronics Association. http://www.gpsinformation.org/dale/nmea.htm

IEEE 802.3-protokolla on kotiverkon ethernet protokolla. http://standards.ieee.org/about/get/802/802.3.html

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus:

Kotitehtävät 3. luennon jälkeen:

• Oppimispäiväkirjan täyttö jälleen luennoilla opituista asioista.

• Kolmannessa kotitehtävässä tarkastallaan laitteiden ja palveluiden hyödyntämiä siirtoteitä ja tiedon koodausta. Eli jälleen käsitellään 3 eri tapausta ja niistä käytetty siirtotie ja sillä käytetty koodaus. Jos käytetään ilmatietä niin olisi hyvä selvittää taajuusalue jolla toimitaan.

Sykemittarin ja –vastaanottimen välinen tiedonsiirto tapahtuu ilmatietä pitkin 2.4 GHz taajuudella. Tiedonsiirrossa käytetään TDMA:a

Kaikki GPS satelliitit liikennöivät kahdella taajudella: 1.57542 GHz (L1 signal) ja 1.2276 GHz (L2 signal). Viestit lähetetään CDMA-tekniikalla.

Matkapuhelimella voidaan selata Facebook-sivuja, jonne Movescountilla (Sykemittarin oheisohjelma) voi siirtää harjoitukset muiden ihmeteltäväksi. Matkapuhelin käyttää kolmannen sukupolven matkapuhelinverkkoa (3G) tietojen siirtämiseen. Matkapuhelinverkko toimii 900 MHz taajuusalueella.

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.

Sykemittari koostuu lähetinvyöstä ja vastaanottimesta eli rannetietokoneesta. Tiedonsiirto lähettimen ja vastaanottimen välillä tapahtuu radiotaajuuksilla ja kanavointi on tehty aikajakokanavointina. Aikaslotit ovat pieniä, koska siirrettävää dataa ei tarvitse kerralla siirtää paljoa, mutta sen täytyy olla reaaliaikaista.

Kotitehtävä 5

Tehtäväkuvaus:

Kotitehtävät 5. luennon jälkeen:

• Oppimispäiväkirjan täyttö jälleen luennoilla opituista asioista.

• Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä eli pohtikaa yksittäisen sovelluksen (oma valinta) toimintaa aina sovellustasosta varsinaiseen bittien siirtoon. Pyrkikää luomaan kokonaiskuva, jossa kurssilla käydyt asiat nivoutuvat yhteen.

• Tietoturva eli tutustukaa tietoturva-asioihin kappaleen 23 (ja 24) mukaisesti ja liittäkää tietoturva aiemmin käsiteltyihin konteksteihin. kotitehtävä5_mikko_järvi.pdf

Ajankäytön arviointi

  • Luentoviikko 1: lähiopetus 7h, kotitehtävien tekoa 1h
  • Luentoviikko 2: lähiopetus 0h poissa
  • Luentoviikko 3: lähiopetus 3h, kotitehtävien teko 0,5h, stallings kirjan referointia 4h
  • Luentoviikko 4: lähiopetus 3h, tenttiin valmistautuminen 8h

Pääsivulle