Oppimispäiväkirja

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Päivän aihe:

  1. Johdatus kurssille ja tietoliikennetekniikkaan - mitä tietoliikennetekniikka on ?
  2. Kommunikointimallit
  3. Tiedonsiirto ja siihen liittyvät verkot
  4. Kerrosarkkitehtuuri
  5. ISO ja TCP/IP mallit

Päivän tärkeimmät asiat:

Tietoliikennetekniikka käsitteenä

Tietoliikennetekniikka on jotain mikä on viime vuosikymmenien aikan kasvanut eksponentiaalisesti. Tietoliikenneteknisiä ratkaisuja löytyy joka koulusta, kodista, työpaikasta ja vapaa-ajan harrastuksista sekä vapaa-ajan viettoon liittyvistä paikoista ja tapahtumista.

Kommunikointimalli

Kommunikointimallilla kuvataan teoreettisesti esim. kodin tietoliikenneverkkoja (kotitehtävä 1 ja etätehtävä 2 - aukeni niidenkin merkitys). Kommunikointimalliin sisällytetään kaaviona tarvittavat laitteet, toiminnot laitteissa ja niiden väleillä, siirrettävän tiedon muoto, siirrettävän tiedon eteneminen ja lähettäjän ja vastaanottajan päät. Tietoliikenneverkot voivat olla monisyisiä ja tahoisia. Kaaviolla asia voidaan yksinkertaistaa hyvinkin paljon ja löytää myös yllättäviä asioita.

Esimerkki kommunikointimallista - sähköposti

  • lähettäjän säköposti → [muutetaan teksi digitaaliseksi signaaliksi] → lähetin → [muutetaan signaali analogiseksi] → lähetysjärjestelmä → [signaali liikkuu] → vastaanotin → [muutetaan signaali digitaaliseksi] → vastaanotin → [muutetaan digitaalinen signaali tekstiksi] → vastaanottajan sähköposti
Tiedonsiirto

Tiedonsiirto on kahden laitteen välillä tapahtuvaa kommunikointia. Se voi tapahtua suoralla yhteydellä(esim. kaapeli) kahden laitteen välillä, mutta useimmiten se tapahtuu kommunikointiverkon välityksellä. Yleisimmät kommunikointiverkot ovat: WAN, MAN, LAN, PAN.

Wide Area Network (WAN)

WAN verkot kattavat maantieteellisesti laajan alueen ja koostuvat yhteen kytketyistä verkon solmuista

Tekniikoita:

  • Piirikytkentä perustuu varatun kommunikointipolun muodostamiseen asemien välille verkonsolmujen kautta. Kullekin solmuparille varataan kanava jota pitkin data ohjataan oikeaan paikkaan. (esim. puhelinverkko)
  • Pakettikytkentä´ perustuu tiedon siirtoon pieninä paketteina paikasta A paikkaan B. Tieto vastaanotetaan, tallennetaan ja lähetetään eteenpäin kunnes se päätyy halutulle vastaanottajalle. (esim. tietokoneiden välinen tiedonsiirto)
  • Asynchronous Transfer Mode (ATM) perustuu soluvälitykseen ja yhdistää piirikytkentäajatuksen pakettikytkentään virtuaalipiireillä.
  • Ethernet ja esim. ADSL voivat myös toimia WAN tekniikoina

Local Area Networks (LAN)

LAN verkot rakentuvat pienempään alueeseen esimerkiksi yksittäiseen rakennukseen tai sen osaan jossa jokin yhteisö tai yritys toimii. LAN verkkojen etuina WAN verkkohin on sisäisen viestinnän tiedonsiirtonopus. Yleisimpiä sovelluksia ovat langattomat verkot(WLAN) ja reitittimiin perustuvat kiinteät verkot.

Metropolitan Area Networks (MAN)

MAN verkot ovat LAN:in ja WAN:n välimalleja. Kooltaan esim. kaupungin tai lähiön kattava verkko. Voivat olla avoimia tai yksityisiä.

Kerrosarkkitehtuuri

Tarve tiedonsiirtoprotokollalle

Tiedon välittämiseksi seuraavien asioiden täytyy olla kunnossa

  1. Yhteys verkkoon pitää avata ja kertoa verkolle mihin tietoa ollaan siirtämässä
  2. Lähettäjän tulee varmistua, että vastaanottaja on valmis ottamaan tietoa vastaan
  3. Lähettäjän tiedonsiirto-ohjelman tulee varmistaa, että vastaanottajan tiedonhallinta on valmis ja hyväksyy ja tallentaa lähetetyn tiedon
  4. Jos lähettäjä ja vatanottaja käyttävät eri käyttöjärjestelmää/ohjelmistoa, teidostomuoto pitää tarvittaessa muokata keskenään sopivaksi

Kerrosarkkitehtuuri

Kerrosarkkitehtuuri/kerrosmalli tarkoittaa lähteen ja kohteen välistä kommunikointia joka jaetaan osatehtäviin ja vastuisiin

Kaksi yleisesti tunnettua kerrosmallia:

  • Open System for Interconnecttion (OSI) (sisältää seitsemän kerrosta)
  • TCP/IP kaikista yleisin ja eniten käytetty (sisältää viisi kerrosta)

Kerrosmallissa vastaanottajan ja lähettäjän alin taso(kerros) on yhteydessä toisiinsa, mutta muut kerrokset eivät vaan ne kommunikoivat alimman kerroksen kautta.

3 kerroksinen teoreettinen malli

3 kerroksinen teoreettinen malli sisältää kolme kerrosta/osatekijää

  • Verkkokerros (network acces layer): huomioidaan verkko-osoite
  • Kuljetuskerros (transport layer): ludoaan luotettavuus kommunikointiin
  • Sovelluskerros (application layer): huomioidaan sovellusolioiden osoite

Kommunikointi järjestelmien välillä tapahtuu, kun kerrokset keskustelevat vastapariensa kanssa. Tämä keskustelu tapahtuu kyseisen kerroksen protokollaa käyttäen. Esimerkiksi:

  • Verkkokerros: Ethernet
  • Kuljetuskerros: TCP-protokolla
  • Sovelluskerros: ftp komennot
OSI malli

Yleistä

Perustuu kerrosten (7 kpl) käyttöön(modulaarisuus). Kukin kerros toteuttaa joitakin funktioita ja tarjoaa palveluitaan ylemmille kerroksille. Muutokset yhdellä kerroksella eivät vaikuta muihin kerroksiin (ideaalinen tapaus). Kerrosten käytön avulla suuri ongelma pilkotaan pienemmiksi osaongelmiksi.

Yleisesti mallien käyttäminen nopetuttaa standartointia, koska useita protokollia voidaan kehittää samanaikaisesti. Standardoidut rajapinnat helpottavat protokollien kehitystä.

Arkkitehtuuri

  • Sovelluskerros - mahdollistaa käyttäjien pääsyn OSI järjestelmään
  • Esitystapakerros - mahdollistaa sovellusten itsenäisen pääsyn tietoon ja määritellään teidon esitystapa sovellusten välillä
  • Istuntokerros - Tarjoaa luotettavan kuljetuskerroksen päälle erityyppisiä lisäpalveluita(esim. vuoropuhelutila, datan ryhmittely ja toipumistoimenpiteet)
  • Kuljetuskerros - Tarjoaa mekanismit tiedon välittämiseksi kahden järjestelmän välillä
  • Verkkokerros - Tarjoaa järjestelmille tiedonsiirron jotain kommunikointiverkkoa käyttämällä (ylempien kerrosten ei tarvitse tietää verkosta)
  • Linkkikerros - Tarjoaa keinot luotettavaan siirtoon siirtotiellä(virheiden korjaus ja varmuus verkkokerrokselle siirtotien luotettavuudesta)
  • Fyysinen kerros - Fyysiiset laitteiden liitännät ja bittien siirtosäännöt
TCP/IP malli

Yleisin protokolla. Internetti perustuu kyseiseen protkollaan ja siinä on viisi(5) kerrosta.

Arkkitehtuuri

  • Sovelluskerros - mahdollistaa käyttäjien pääsyn järjestelmään
  • Internetkerros - Mahdollistaa useiden yhteen kytkettyjen verkkojen käytön tiedonsiirrossa. Mahdollistaa verkkojen välisen pakettien reitityksen lisäämiensä IP-osoitteiden avulla
  • Kuljetuskerros - Tarjoaa luotettavan (point to point) tiedonsiirron järjestelmien välillä
  • Verkkokerros - Huolehtii päätelaitteen ja verkon välisestä siirrosta, vastaanottavan laitteen linkkitason osoitteesta ja muista verkkotoimintaan liittyvistä toiminnoista
  • Fyysinen kerros - Fyysinen siirtotien liityntä. Huolehtii siirtotien ominaisuuksien hyödyntämisestä, signaaleista, tiedonsiirtonopeudesta…

Mitä opin tällä kertaa - tärkeimmät asiat:

  • Mikä on kommunikointimallin tarkoitus ja mihin sitä käytetään
  • Mitä kerrosmalli tiedonsiirtomalleissa tarkoittaa
  • Mitä eroa ja yhtälaisyyksiä ISO ja TCP/IP-malleilla on
  • Mitä tiedonsiirtoprotokolla tarkoittaa
  • Miten/millä tavalla tietokoneet keskustelevat keskenään internetin yli

Jäi epäselväksi:

  • Onko mahdollista OSI ja TCP/IP mallien keskustella keskenään (varmaan on)?
    • V: (luento 2) - ei suoraan tarvitsee jonkun rajapinta ohjelman joka osaa muuntaa annetut tiedot molemmille sopiviksi (MS Blitz/vast)…vastaus taisi tulla muualta kuin luennoilta…
  • …mutta millaisen välisovelluksen / rajapintoja yhdistävän integrointiohjelmiston se tarvitsee?
    • V: (luento 2) - ks. edellinen kysymys.

Luentopäivä 2:

Päivän aihe:

  1. Protokollien yleiset toiminnot
  2. Tietoliikenteen stantardointi
  3. Siirtotiet (johtimellinen/johtimeton)
  4. Tiedonsiirto (signaalit)

Päivän tärkeimmät asiat:

PROTOKOLLA

Koostuu

  • Syntaksista (tiedon muodot,signaalit)
  • Sematiikasta (toimintalogiikka)
  • Ajoituksesta (siirtonopeus, pakettien järjestys)

Toimintoja

  • Segmentointi ja kokoaminen (segmentation and reassembly)
    • Jaetaan data pienempiin osiin (esim. paketteihin). Tällöin tietoa voidaan liikuttaa joustavammin, mutta tiedon määrä kasvaa, koska tarvitaan ohjaustietoja.
    • Voidaan tarkastaa siirrettyä tietoa (tarkastuspisteet)
    • Yksi tiedosto ei varaa koko verkkoa vaan samanaikaisesti voi useampi tiedosto liikkua
  • Paketointi (encapsulation)
    • Paketointia käytetään nimityksenä, kun segmentoinnin lisäksi lisätään dataan ohjaustietoja
  • Yhteyden hallinta (connection control)
    • Yhteys voi olla yhteydetön (ammu ja unohda) tai yhteydellinen (tietoa voidaan liikuttaa molempiin suuntiin samanaikaisesti)
    • Yhteys rakentuu vaiheista:
      1. yhteyden muodostaminen
      2. tiedonsiirto
      3. yhteyden purku
  • Toimitus oikeassa järjestyksessä (ordered delivery)
    • Paketit voivat reitittyä eri kauttaa / kulkea eripituisen matkan tai ajan
    • Tarvitaan järjestys/numerointi/vast jotta tieto kootaan oikeassa järjestyksessä
  • Vuon valvonta (flow control)
    • Tiedon lähetys/vastaanottonopeuden säätely (esim. edellisen paketin oltava perillä enennkuin seuraava lähtee)
    • Vaatii yhteydellisen yhteyden
  • Virheen havainnointi (error control)
    • Tapa jolla varmistutaan, että tietoon ei ole tullut datavirheitä
    • Esimerkkinä pariteettibitti tai koodaus tunnus
  • Osoitteet (addressing)
    • Mihin tieto lähetetään / mikä on oma osoite
    • Unicast
      • Lähetys yhdelle järjestelmällä / oliolle
    • Multicast
      • Lähetys useammalle kuin yhdelle, mutta ei kaikille
    • Broadcast
      • Lähetys kaikille vastaanottajille
  • Kanavointi (multiplexing)
    • Useita yhteyksiä samaan osoitteeseen
  • Kuljetuspalvelut (transmission services)
STANDARDOINTI

TAVOITE

Standartoinnilla pyritään varmistamaan eri laitteiden fyysinen, toiminnallinen ja tietotekninen yhteensopivuus

ETUJA

  • Tuotteiden markkinat vahvistuvat
  • Mahdollistaa massatuotannon (yritykset uskaltavat tehdä niin)
  • Laskee hintoja massatuotannon kautta
  • Yhteensopivuus eri laitteiden välillä
  • Mahdollistaa eri valmistajien laitteiden yhteensopivuuden
  • Jos standardi ei vaihdu, laitteet ovat yhteensopivia myös tulevien laitteiden kanssa

HAITTOJA

  • Hidastavat teknologista kehitystä (kun jonkin standardoidaan, se on jo vanhaa teknologiaa)
  • Useita standardeja saatavilla
  • Monesti standardi on kahden eri standardin kompromissi

YLEISTÄ

  • Standardointi organisaatioita: IS,ISO,ITU-T,ATM Forum, IEEE
  • Internetin standardointi perustuu yleisimmin käytettyyn tapaan (käyttäjät määrittelevät standardin) eikä välttämättä jonkun organisaation päätökseen
SIIRTOTIET

Siirtotiet voidaan jakaa kahteen kategoriaan

  1. Johtimellinen (ohjattu / fyysinen)
    • parikaapeli
    • koaksiaalikaapeli
    • valokuitu
    • sähköjohto
  2. Johtimeton (ohjaamaton / langaton)
    • mikroaaltolinkit
    • satelliittilinkit
    • radiotie
    • infrapunalinkit

JOHTIMELLINEN SIIRTOTIE

Johtimellisessa siirtotiessä tieto liikkuu fyysisesti ennalta määritettyä reittiä pitkin. Eli Kommunikoinnin molemmilla päillä on fyysinen yhteys toisiinsa.

  • Parikaapeli on yleisin johtimellinen siirtotie. Haasteena sen käytössä on pitkillä etäisyyksillä tuleva häirintä/vaimeneminen. Parikaapelissa on kaksi linjaa(I/O) joita käytetään kommunikointiin. Fyysisesti kaapelissa voi olla useampi parikaapeli. Esimerkkejä: puhelin-linja ja lähiverkko-kaapeli.
  • Koaksiaalikaapeli on myös hyvin yleinen siirtotie joka kestää paremmin häiriöitä kuin parikaapeli. Perusperiaate sama kuin parikaapelissa, mutta koaksiaalikaapelissa parit ovat sisäkkäin eivätkö vierekkäin. Esimerkiksi TV-jakeluverkko.
  • Optinen kuitu yleistynyt johtimellinen siirtotie. Selkeästi parempi tiedonsiirtokyky kuin pari- tai koaksiaalikaapelissa. Lisäksi voidaan käyttää pidemmillä etäisyyksillä ilman toistinta/vahvistinta. Sähkömagneettiset muutokset eivät häiritse optista kuitua, koska tieto liikkuu valon avustuksella. Esimerkiksi kaupunkien runkoverkot pääosin rakenenttu näillä, mutta käytetään myös esimerkiksi kodin viihde-elektroniikassa.
  • Sähköjohto siirtotienä on näistä neljästä kaiken alttein häiriölle. Etuna sähköjohtoverkossa on sen laajuusa ja valmis verkko.

JOHTIMETON SIIRTOTIE

Johtimettomassa siirtotiessä tieto liikkuu ilmassa tai muussa väliaineessa antennien välityksellä. Antennit ovat joko suunnattuja (directional) tai suuntaamattomia (omnidirectional / ympärisäteilevä)

  • Mikroaaltolinkit
    • Suunnattu kommunikointi - käytetään tarkkaan suunnattuja lautasantenneja korkealla jotta “näköyhteys” saavutetaan.
  • Satelliittilinkit
    • Satelliittikommunikointi - ovat mikroaaltolinkkien kaltaisia, mutta toimivat “taivaan” kautta
    • Vaaditaan 3 kpl GEO-satellitteja kattamaan koko maapallo ja mitä lähempänä sitä enemmän (esim. GPS 16 kpl)
  • Radiotie
    • Suuntaamaton kommunikointi - ei vaadi lautasantenneja. Taajuusalueesta johtuen radioaallot eivät vaimene niin paljon kuin mikroaaltolinkeissä. Lähetetään lähettimestä “kaikkialle” eli joka suuntaan.
  • Infrapuna
    • Lyhyen matkan point-to-point - esimerkiksi TV:n kaukosäädin

VAIMENEMINEN

Johtimellisessa siirtotiessä helppo laskea ja voidaan ilmoittaa desibeleinä etäisyyden suhteen

Johtimettomassa siirtotiessä vaikeampi laskea, koska vaikuttavia tekijöitä paljon enemmän.

  • Vapaan tilan vaimeneminen - vaimenemista tapahtuu etäisyydestä johtuen, vaikka esteitä ei olisi. Teho leviää laajemmalle alueelle(teho tietyllä alueella pienenee)
  • Esteiden aiheuttama vaimeneminen
    1. Heijastus - tapahtuu kun signaali osuu pintaan joka on suuri suhteessa signaalin aallonpituuteen. Tulo- ja heijastuskulma ovat samat jolloin aallonpituus sekä -nopeus pysyvät samana.
    2. Taipuminen - tapahtuu kun signaali osuu aallonpituuttaan suuremman kohteen reunaan
    3. Sironta - tapahtuu kun signaali osuu kohteeseen jonka kokoluokka on signaalin aallonpituus tai pienempi

Monitie-etenemistä tapahtuu kun signaali “törmailee ja poukkoilee” tilassa. Tällöin signaali siis heijastuu, taipuu ja saattaa sirota jolloin sama signaali tulee eri aikaan eri vahvuudella halutulle alueelle. Tämä taas vaikeuttaa signaalin tulkitsemista vastaanottopäässä.

Interferenssi signaalien liikkuessa aaltomaisesti saattavat toiset signaalit vahvistaa/heikentää signaalia jolloin syntyy häirintää

TIEDONSIIRTO

Tiedonsiirron kolme päätapaa

  1. Simplex - tietoa lähetetään yhteen suuntaan (esim. TV-lähetykset)
  2. Half duplex - tietoa lähetetään molempiin suuntiin, mutta vain yksi lähettäjä kerrallaan (esim. lähiradiot hirvimetsällä)
  3. Full duplex - tietoa voidaan lähettää molemmista suunnista yhtäaikaa (esim. normaali puhelin)

Analogisen tiedon siirto on helpompi toteuttaa laitteiden välillä, mutta digitaalinen tieto on taas helpompi käsitellä tietoteknisesti. Haasteena on muuntaa digitaalinen 1 ja 0 tietovirta esimerkiksi analogiseksi aaltoliikkeeksi.

BITTIEN MUUNTAMINEN AALTOLIIKKEEKSI (digitaalinen analogiseksi)

Bittitietoa (1 ja 0) muunnettaessa aalloksi ei tieto ole koskaan(tai ainakaan pääsääntöisesti) toistuva aalto (esim. sini aalto) vaan se vaihtelee. Pitkällä aallolla on taipumus vaimentua jolloin on järkevää käyttää vain aallon ensimmäisiä komponentteja. Tieto voidaan rajata esimerkiksi yhteen tavuun (8bittiä) jolloin jokainen tavu kuvataan omalla lähetettävällä aallolla.

Käytettäessä allon ensimmäisiä komponentteja joissa on eniten tehoa, voidaan tiedonsiirtonopeutta kasvattaa, koska tieto pysyy “luettavana”, vaikka taajuutta kasvatettaisiin ja aaltojen lähettämisväliä pienennettäisiin.

YHTEENVETO

Tietoa voidaan siirtää erilaisilla menetelmillä ja tavoilla. USEIMMITEN käyttäjä ei tiedä miten tieto liikkuu vaan tieto voi liikkua johtimettomien, johtimellisten yhteyksien kautta sekä se voi välillä olla digitaalista ja välillä analogista tietoa.

Mitä opin tällä kertaa:

  • Miten aaltoliikeoppi liittyy olennaisena osana tietoliikennetekniikan ymmärtämistä
  • Mitä tietoliikenneprotokollilla tarkoitetaan ja mitä ne ovat
  • Mitä eri tiedonsiirtotapoja käytetään

Jäi epäselväksi:

  • Mitä käytännön tasolla eri kaistojen ja taajuusalueiden varaaminen tarkoittaa tiedonsiirron nopeuden ja virheettömyyden suuhteen…elikkäs tämä luennoitsijan mainitsema kurssin vaikein asia…perusajatus selkeä, mutta ihan kaikki ei ole vielä kristalllin kirkasta

Luentopäivä 3:

Päivän aihe:

  1. Signaalien koodaustekniikat
  2. Digitaaliset tietoliikennetekniikat
  3. Linkkien hallinta protokollat
  4. Kanavointi

Päivän tärkeimmät asiat:

SIGNAALIEN ERI KOODAUSTEKNIIKAT
Digitaalinen data, digitaalinen signaali
  • Tahdistettu ja jaksotettu jännitepulssi
  • Jokainen pulssi on signaalin elementti
  • Binaaritiedot on koodattu signaalin elementeiksi

Signaalien tulkitseminen

Pitää tietää jotta voidaan toteuttaa:

  • bittien aikautus(milloin alkaa ja milloin loppuu)
  • signaalin taso

Mitkä vaikuttavat tulkitsemiseen:

  • kohinan taso/määrä
  • datanopeus
  • kaistanleveys
  • koodausmenettely/-tapa
    • signaalin spektri (hyvän suurin teho keskellä kaistaa)
    • kellottaminen (lähettäjän ja vastaanottajan synkronointi)
    • virheenkorjaus (kuljetuskerroksessa - siirtotien datalinkkiohjasu)
    • signaalin häiriön ja kohinan kestävyys/sieto (osa signaaleista sietää enemmän kohinaa, heikompi kesto = halvempi, parempi kesto = kalliimpi)

Koodaustapoja

  1. Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)
    • kaksi eri jännitettä 0 ja 1 bitille
    • esim. ei jännitettä 0 ja jännite 1
    • voi olla myös negatiivinen jännite 0 ja positiivinen 1 (yleisin tapa)
  2. Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)
    • muutos jännitteessä(1), ei muutosta eli tasainen jännite (0)
    • jännite voi nousta tai laskea (ei väliä)
  1. Yksivaiheisuus
    • EDUT: helppo rakentaa ja käyttää hyvin koko kaistanleveyttä
    • HAITAT: tasavirta, ei voi synkronoida
  1. Bipolar-AMI
    • ei signaalia(0), signaali (1), signaalin jännitteella ei väliä
    • pulssit vaihtavat napaisuutta jatkuvasti
    • EDUT: ei tasavirta komponenttia, pitkät ykköset eivät haittaa synkronointia, pienempi kaistanleveys, helppo havaita virhe
    • HAITAT: pitkät nollat haasteena
  2. Pseudoternary
    • ei signaalia(1), negatiivinen tai positiivinen signaali(0)
    • EDUT ja HAITAT: samat kuin Bipolar AMI:lla (käytetään samoissa sovelluksissa)
  3. Manchester
    • muutos jännitteessä keskellä ja bittijaksoa
    • muutos toimii kellona sekä datana
    • jännitteen nousu(1), jännitteen lasku(0)
    • käytössä IEEE 802.3:ssa
  4. Differential Manchester
    • muutos jännitteessä bitin keskellä on vain kellottamista varten
    • muutos bitin jännitteessä alussa (0), ei muutosta bitin alussa (0)
    • no transition at start of bit period representing 1
    • käytössä IEEE 802.5 :ssa
  5. Kasivaiheisuus
    • EDUT: ei tasavirtaa, virheenkorjaus, voi sykronoida itse itsensä
    • HAITAT: vähintään 1 jännitteen muutos / bitti, vaatii enemmän kaistaa

Scrambling (signaalin muokkaus)

  • Pyritään saamaan jatkuvat 1 tai 0 pois (jatkuva jännite)
  • Mahdollistetaan virheenkorjaus, synkronointi ja tiedonsiirtonopeus
  • Vaatii, että vastaanottaja tunnistaa muokkauksen ja osaa muuntaa sen alkuperäiseksi
  • Esimerkkejä: B8ZS ja HDB3
Digitaalinen data, analoginen signaali
  • käytetään pääasiallisesti puhelinverkoissa
  • taajusalue 300Hz - 3400Hz
  • tarvitsee modeemin (modulatordemodulator)

Modulointitekniikat

  1. Amplitude Shift Keying (ASK)
    • koodataan 0 ja 1 eri kantoaaltoamplitudeiksi
    • yleensä yksi amplitudi on 0
    • alttiita äkillisille tehomuutoksille
    • käytetään
      • Aina 1200bps saakka puhelinjoilla
      • Hyvin suurilla nopeuksilla optisessa kuidussa
  2. Binary Frequency Shift Keying (BFSK)
    • kantoaallon taajuus erottelee 1 ja 0
    • ei niin altis virkeille kuin ASK
    • käytetään
      • Aina 1200bps saakka puhelinjoilla
      • Korkeataajuuksisissa radioissa
      • Vielä suurempia taajuksia koaksaali-lähiverkoissa
  3. Multiple FSK
    • jokainen signaali sisältää enemmäin kuin yhden bitin
    • käytetään useampaa kuin kahta taajuutta
    • tehokkaampi kaistan käyttö
    • alttiimpi virheille
  4. Phase Shift Keying (PSK)
    • Kantoaallon vaiheen muutos kuvaa dataa
    • Binary PSK
      • Kaksi vaihetta kuvaa kahta binäärimerkkiä
    • Differential PSK
      • Muutetaan vaihetta verrattuna edelliseen lähetykseen eikä verrattuna viitesignaalin(perusaalto)
    • Quadrature PSK
      • Enemmän tehoja irti signaalista
      • Jokainen signaalin elementti kuvaa useampaa bittiä
      • Jaetaan tietovirta kahtia ja moduloidaan se kantoaaltoon sekä muutetaan kantoaallon vaihetta

Quadrature Amplitude Modulation

  1. Käytetään Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) sekä joissain langattomissa yhteyksissä
  2. QAM on yhdistelmä ASK:sta ja PSK:sta ja se on looginen jatkumo QPSK:sta
  3. Lähettää kaksi eri signaalia yhtäaikaisesti samalla kantoaallon taajuudella
    • Käyttää kahta kantoaaltoa (toisen vaihetta siirretty 90 astetta)
    • Jokainen kantoaalto on ASK moduloitu
    • Kaksi erillista signaalia saman keskitien ympärillä
    • Demodulointi(purkaminen) ja yhdistäminen jotta saadaan alkuperäinen tieto
  4. Variaatioita
    • Kahden tason ASK
      • Molemmat tietovirrat(2kpl) jommassa kummassa tasossa
      • Neljän tason järjestelmä
      • Pohjimmiltaan QPSK
    • Neljän tason ASK
      • Yhdistetyt tietovirrat jossakin 16 tasosta
    • On myös olemassa 64 ja 256 tason järjestelmät
    • Etuna parantunut tiedonsiirtonopeus tietyllä kaistanleveydellä
      • Mutta lisää virheitä
Analoginen data, digitaalinen signaali
  1. Analoginen tieto muutetaan ensin digitaaliseksi
    • Voidaan lähettää sen jälkeen esim NRZ-L:llä tai muulla DigDat/DigSig tavalla
    • Ja muuttaa taas analogiseksi signaaliksi
  2. Muutos analogisesta digtaaliseksi tehdään kodekin(codec) avulla
    • pulse code modulation
    • delta modulation

Pulse Code Modulation (PCM)

  • Sampling theory(“Näytteidenotto teoria”)
    • “Jos signaalista otetaan näytteitä tasaisin väliajoin nopeudella joka on kaksi kertaa nopeampi kuin signaalin korkein taajuus, otetut näytteet sisältävät kaiken tiedon alkuperäisestä signaalista”
    • Eli jaetaan signaali niin pieniin osiin, että saadaan tarvittava tieto digitaaliseen muotoon josta on mahdollista luoda myöhemmin vastaava analoginen signaali.

Delta Modulation (DM)

  • Otetaan analogisesta alloosta näytteitä kuten PCM:ssä, mutta muodostetaan niistä “porras/askelma”-malli
  • Voidaan kuvata jokainen “näyte” (jakso) omalla bitillä
    • 1 bitti kuvaa askelta ylöspäin
    • 0 kuvaa askelta alaspäin

DM versus PCM

  • DM on yksinkertaisempi kuin PCM
    • mutta huonompi “kohinan”-kesto
  • Vaatii paljon kaistaa, jos halutaan hyvä äänenlaatu.
    • Voidaan parantaa pakkaamisella
  • PCM parempi analogiselle signaalille
Analoginen data, analoginen signaali
  • Analogisia signaaleja moduloidaan, jotta
    • suuremmalla taajuudella saadaan enemmän tehoja lähetykseen
    • mahdollistetaan taajuuksien jakamisen kanavointi
  • Modulointi tapoja
    • Ampitudi
    • Taajuus
    • Vaihe
Esimerkkejä eri tekniikoista
  1. Bluetooth - FSK
  2. 802.11- BPSK/QPSK/FSK
  3. 802.11a – BPSK/QPSK/16-QAM/64-QAM
  4. ADSL – 8-QAM/PSK
  5. Fast Eth – 8B6T
  6. GigaEth – 8B/10B
  7. DVB-S – Q-PSK
DIGITAALISIA TIETOLIIKENNETEKNIIKOITA

Tiedonsiirron lähettämisen ja vastaanottamisen haasteena on saada molemmat päät samaan “aikaan”, koska muuten tieto tulkitaan väärin. Tähän ratkaisuna on käyttää joko synkronoitua tai asynkronoitua tiedonsiirtoa.

Asynkronoitu tiedonsiirto
  • Tieto lähetetään yksi kirjainmerkki kerrallaan
    • Kirjain on 5-8 bittiä pitkä
    • Mahdollistaa uudelleen synkronoinnin joka kirjaimen jälkeen
    • Vaatii 2-3 bittiä “ylimääräistä” tietoa yhden kirjaimen mukaan
  • Mitä suurempi lohko bittejä, sitä suurempi on aikautusvirhe(kumulatiivine)
  • Hyvä tiedonsiirton jos tietojen väli on suuri. Esimerkiksi tietokoneen näppäimien painelu.
Synkronoitu tiedonsiirto
  • Tieto lähetetään jatkuvana tasaisena virtana ilman aloitus tai lopetusmerkkejä
  • Lähettäjän ja vastaanottajan kellojen oltava täsmälleen samassa ajassa
    • voidaan käyttää erillistä linjaa aikatiedon siirtämiseen
    • tai aikatieto voidaan sisällyttää muun tiedon sekaan
  • Tietolohkon alku ja loppu pitää sisällyttää tietoon
  • Tieto on koknaisuudessa alkumerkki + tietolohko + ohjausinformaatio + loppumerkki
  • Tehokkaampi tapa lähettää suuria tietolohkoja kuin ASYNC
Tiedonsiirtovirheiden kanssa työskentely

Tiedonsiirtovirheet

Katso aluksi luentopäivän 2 - protokollat osuus (aika paljon samaa asiaa mistä virheet johtuu ja minkälaista virheenkorjausta eri protokollat käyttää)

Yleistä

Virheita tulee aina tiedonsiirrossa, mutta virheenkorjaus mahdollistaa virheen paikantamisen. Eli taloa ei tarvitse rakentaa kokonaan alusta, jos pelkästään yksi seinä on vinossa. Lisäksi ohjausinformaatio osaa ilmoittaa heti, kun virhe on tapahtunut(eikä vasta, kun huomataan, että joku ei toimi). Virheenkorjauksen toteuttaminen vaatii yleensä sen, että viallinen tietolohko lähetetään uudestaan. Jos kuitenkaan ei haluta lähettää tietoa uudestaan (hidasta/tehotonta), voidaan käyttää apuna virheenkorjausta. Virheenkorjausta käytettäessä lähetetty tieto sisältää itsessään tiedon virheestä sekä keinot tiedon korjaamiseen alkuperäiseen muotoon.

Virheen havaitseminen

  • Parity-bitti
    • Lisää bitin sen mukaan onko tietolohkossa parillinen(1) vai pariton(0) määrä 1 bittejä.
    • Ei havaitse läheskään kaikkia virheitä, koska esim. tavussa voi olla useampi virhe jolloin parity-bitti antaa oikean tiedon, vaikka kokonaisuus olisikin väärin.
  • Cyclic Redundancy Check
    • Yleisin ja tehokkain tapa toteuttaa virheenkorjaus
    • Toteutus esimerkki
      • Jaetaan binäärimuodossa oleva tietolohko A (10 bittiä) binääriluvulla B (4 bittiä) joka tuottaa tuloksen C (4 bittiä)
      • Muodostetaan uusi lähetettävä tietolohko D (14 bittiä) = A + C (ei lasketa yhteen vaan A:n perään lisätään C:n bitit)
      • Lähetetän D vastaanottajalle joka tarkistaa, että D(10 ensimmäistä bittiä) jaettuna B tuottaa D(4 viimeistä bittiä) tulokseksi
    • Yksinkertainen tapa toteuttaa virheen havainnointi. Tarkastus huomaa enemmän virheitä kuin pelkkä Parity-bitti

Virheen korjaus

  • Peruste käytölle: ei tarvitse lähettää välttämättä tietoa uudestaan(nopeampaa), pienet ulkopuoliset häiriötekijät eivät välttämättä hidasta toimintaa
  • Uudelleenlähettäminen moninkertaistuu, jos tieto kiertää monen eri siirtotien kautta(kuten normaalisti esim internetti on toteutettu)
    • Tästä on syntynyt tarve korjata virhe(jos mahdollista) jo saatujen bittien perusteella
  • Virheenkorjauksessa tietolohko K koodataan “koodisanalla” joka tuottaa tielohkon N (N > K kooltaan). Tässä käytetään apuna Forward Error Correction (FEC) kooderia
    • Lisätään alkuperäiseen siirrettävään tietoon lisää tietoa
    • Voidaan päätellä alkuperäinen tieto(laskemalla kaavalla / funktiolla), koska tietoa voidaan verrata koodisanaan
  • Tämä tosin vähentää tehokasta tiedonsiirtonopeutta(lähetetty data kasvaa)
LINKKIEN HALLINTA PROTOKOLLAT

Tietoa lähetettäessä lisätään kuljetuskerros fyysisen kerroksen päälle jotta tiedonsiirtoa voidaan hallita paremmin.

Mitä tarvitaan jotta tiedon siirtoa linkin välillä voidaan hallita:

  • Kehyssynkronisaatio vai pelkkä synkronointi? (frame synchronization)
  • Vuon hallinta
  • Virheiden hallinta
  • Osoitteisto
  • Ohjausdata
  • Linkkien hallinta
Vuon hallinta
  • Käytetään jotta tietoa ei lähetetä yli vastaanottopään puskurin (buffer overflow)
  • Vaikuttavia tekijöitä
    • Keskimääräinen lähetysnopeus
    • Etenemisnopeus (siirtotiellä)
  • Virheitä “ei ole” (viirhekorjaus hoitaa sen) vaan ainoastaan niistä johtuvia viiveitä

Stop and Wait - vuon hallinta

  • Tarkoittaa tiedon pilkkomista pienempiin osiin joita lähetetään lisää, kun vastaanottaja ilmoittaa saaneensa edellisen “paketin”.
  • Hidastaa toimintaa, jos isompi tieto pilkotaan useisiin pieniin tietolohkoihin
  • Toimintapa
    1. Lähetetään tieto vastaanottajalle
    2. Vastaanottaja ottaa vastaan tiedon ja lähettää vastaanottotiedon takaisin(ACK - “Acknowledgement”)
    3. Lähettäjä odottaa ennen seuraavan tiedon lähettämistä, että ACK saapuu
    4. Vastaanottopää voi lopettaa tiedonvastaanoton jättämällä ACK:n lähettämättä lähettäjälle (time out)

Sliding Windows Flow Control

  • Tarkoittaa tiedon lähettämistä vastaanottajalle kunnes vastaanottaja ilmoittaa, että puskuri(buffer) on täynnä. Vastaanottaja ilmoittaa lähettäjälle puskurin tyhjentämisen jälkeen, että tietoa voi taas lähettää lisää.
  • Mahdollistaa usean tiedon yhtäaikaisen lähettämisen
  • ACK tässä tapauksessa sisällä pelkkää vastaanottotietoa vaan myös sen kuinka monta tietoa voidaan lähettää kerralla ilman, että puskuri täyttyy.
Virheenkorjaus tapa - Automatic Repeat Request (ARQ)

ARQ on “yleisnimitys” kaikille virheenkorjaus mekanismeille. ARQ:n avulla voidaan tehdä “pätkivästä” yhteydestä “luotettava” yhteys.

ARQ:n eri versioita:

  • stop-and-wait (pysähdy ja odota?)
  • go-back-N (palaa takaisin?)
  • selective-reject (hyväksy tai hylkää)

Stop-And-Wait

  • Toimii samaan tapaan kuin vuon hallinnan Stop and wait
  • Lähetetään tieto uudestaan, jos tiettyyn aikaan mennessä ACK ei ole tullut
    • Sama tapahtuu jos takaisin lähetetty ACK on viallinen
    • Mahdollistaa tiedon tuplana lähettämisen(virhe)
      • Voidaan estää käyttämällä esim. 0 ja 1 ACK:ja vuorotellen
  • Hidasta, koska joudutaan lähettämään paljon uudestaan tietoa molempiin suuntiin

Go-Back-N

  • Toimii samaan tapaan kuin vuon hallinnan Sliding Windows Flow Control
  • Jos ei virheitä
    • ACK toimii kuin Sliding Windows Flow Controllissa
  • Jos virhe
    • Ilmoitetaan lähetyspäälle
    • Lähetyspää palaa annetun määrän tietoja takaisinpäin ja lähettää ne uudestaan
      • eli puskurista hylätään virheen jälkeen lähetetyt tiedot

Selective-Reject

  • Perusperiaate on, että vain vialliset/kadonneet tiedot lähetetään uudestaan
  • Jaetut tiedon osaset tallennetaan puskuriin ja niiden vastaanottoa seurataan(ei vain koko tietoa)
  • Minimoi uudelleenlähetuksen
  • Vaatii ison puskurin vastaanottajalta
  • Haastavampi tekniikka lähettäjälle
    • Vähemmän käytetty
  • Käytetään esim. satelliittien välillä, koska yhteydet pitkiä jolloin etenemisnopeus enemmän viiveeseen
KANAVOINTI

Tiedon siirto ja kommunikointi kahden toimijan välillä varaa pääsääntöisesti koko siirtojärjestelmän kapasiteetin (esim. puhelu toiseen puhelimeen). Kanavoinnin (multipleksointi) avulla käytettävän siirtotien siirtokapasiteettiä voidaan jakaa pienempiin osiin jolloin useampi toimija voi kommunikoida keskenään samanaikaisesti samalla siirtotiellä. Useimmiten kahden toimijan välinen keskustelu ei tarvitse koko kaistaa käyttöönsä jolloin se on turha varata kokonaan(tehokkuus).

Kanavointi voidaan jakaa seuraaviin luokkiin:

  • Taajuusjakokanavointi (FDMA, Frequency Division Multiple Access)
  • Aikajakokanavointi (TDMA, Time Division Multiple Access)
    • Synkroninen
    • Asynkroninen (tilastollinen)
  • Koodijakokanavointi (CDMA, Code Division Multiple Access)
  • Aallonpituusjakokanavointi (WDMA, Wavelength Division Multiple Access)

Frequency Division Multiple Access (FDMA)

Lähetettävä tieto voi olla digitaalista tai analogista. FDMA perustuu modulointiin jossa tieto muutetaan aina analogiseksi. Lähettäminen tapahtuu koko kaistanleveydellä jolloin vastaanottopäälle jaa vastuu oikean kaistan poimimisesta (esim. TV-lähetys sisältää kaikean ja valitsemalla oikea alue kaistasta saadaan oikea TV-kanava näkyviin ilman häiriöitä).

  • Kukin signaali keskittyy omalle taajuusalueelle elikanavalle
  • Perustuu eri signaalien modulointiin eri taajuisille kantoaalloille
    • kanava = kantoaallon kohdalle keskittynyt kaistanleveys
  • Eri kanavien väliin jätetään riittävän suuri ns. varmuusväli estämään kanavien väliset häiriöt
  • Vaatimus FDMA:lle
    • Siirtotien kapasiteetin tulee ylittää siirrettävien signaalien yhteenlasketut kaistanleveysvaatimukset

Asymmetric digital subscriber line (ADSL)

Tarkoittaa sitä, että käyttäjän vastaanottokaista on suurempi kuin lähetyskaista( esim. 10/1 mbs (I/O) ADSL internetyhteys). Tarjoaa nimensä mukaisesti ratkaisun tilaajan ja etäverkon välille.

  • Käyttää olemassa olevaa puhelinkäyttöön (4 kHz) tarkoitettua parikaapelia
    • Kaapeleissa voidaan kuitenkin siirtää paljon laajempikaistaista signaalia (yli 1 MHz)
  • Alun perin suunniteltu video-on-demand –palveluille
    • Nykyään internetin käyttö tullut pääasialliseksi palveluksi
  • Soveltuu hyvin internettiin, koska vastaanotetaan esim. pilvipalvelusta enemmän tietoa(download) kuin palvelu vaaati käyttäjältä tietoa (upload)
  • Käyttää taajuusjakokanavointia
    • 25 kHz varattu puheelle (voidaan käyttää puhelinta samalla)
    • Kaiun poistolla tai taajuusjakokanavoinnilla upstream/downstream –jako
    • Käytetään FDM:ää vielä sisäisesti downstream- ja upstream –kanavilla jakamaan kaistaa
  • ADSL käyttää Discrete multitone (DMT) –tekniikkaa
    • monta kantosignaalia eri taajuuksilla
    • bitit jaetaantasan 4 kHz alikanaville
    • modeemi tarkistaa alikanavien signaalikohinasuhteen ennen datan jakamista
      • parempiin kanaviin enemmän dataa
  • Tietovirta jaetaan ensin rinnakkaisiksi alivirroiksi, jotka muutetaan analogiseksi signaaliksi alikanaville
  • ADSL on osa nopeiden digitaalisten tilaajalinjatekniikoiden joukkoa (xDSL (ADSL, HDSL, SDSL, VDSL))

Time Division Multiple Access(TDMA)

Voidaan käyttää digitaalisille signaaleille tai digitaalista dataa kuvaaville analogisille signaaleille.

  • Perustuu eri signaalien viipalointiin (aikajako)
  • Viipalointi voi tapahtua
    • Bittitasolla, tavutasolla tai suuremmissa yksiköissä
  • Siirtotien kapasiteetin ylitettävä siirrettävien signaalien kapasiteettivaatimukset
  • Synkroninen TDMA
    • N syötettä yhdistetään siirtotielle
      • Tuleva data puskuroidaan
      • Multiplekseri käy puskureita läpi peräkkäisesti ja muodostaa puskureiden sisällöistä siirrettävän signaalin
    • Puskureiden läpikäynnin on oltava riittävän nopea
    • Datan oltava digitaalista
    • Signaali voi olla digitaalinen tai analoginen
    • Toimintamalli
      • Siirrettävä data muodostaa kehyksiä (frame)
      • Kehykset muodostuvat aikaviipaleista
      • Lähteet voivat varata itselleen useampia aikaviipaleita kehyksestä ja sitä kautta nopeuttaa kommunikointiaan
      • Nyt yhden lähteen varaamia aikaviipaleita kutsutaan kanavaksi
      • Vastaanottopäässä aikaviipaleet ohjataan oikealle vastaanottajalle
    • Synkronisessa TDMAssa aikaviipaleet varataan kiinteästi koko yhteyden ajaksi(hukataan tehoa, jos tietoa ei lähetetä)
    • Synkroninen TDMA mahdollistaa eri nopeuksilla toimivien lähteiden yhdistämisen
      • Varataan eri määrät aikaviipaleita kullekin yhteydelle nopeuden mukaan
    • Synkronisessa TDMAssa ei tarvita ohjausinformaatiota datan yhteydessä
    • Linkin vuonvalvonta tarpeetonta (kiinteä nopeus) samoin virheen korjaus
  • Asynkroninen TDMA
    • Synkronisen TDMA:n ongelmana on kehyksen aikavälien tuhlaaminen
      • Suurimman osan ajasta joku/jotkut yhteydet ovat tyhjillään
        • Ratkaisuna tilastollinen asynkroninen / älykäs TDMA
    • Aikavälit varataan dynaamisesti tarpeen mukaan
    • Yhdistetään jälleen useita lähteitä useisiin kohteisiin
    • Koska tilastollinen TDMA käyttää hyödykseen siirtojen taukoja, siirtotien kapasiteetti voi olla pienempi kuin lähteiden nopeuksien summa
    • Tilastollinen TDMA vaatii ohjausinformaatiota (aikajaksoihin) datan yhteyteen

Code Division Multiple Access (CDMA)

  • Käytetään johtimettomilla siirtoteillä (radiotie)
    • Käytetään koko taajuusalue sekä kaikki aikaviipaleet
  • Etuja:
    • Teoreettisesti tehokkaampi ja taajuuksien käytöltään joustavampi
    • Useat CDMA-järjestelmät voivat toimia samalla alueella
      • Helpottaa verkkosuunnittelua
    • Häiriöiden vaikutus pienenee
      • Laitteet kuluttavat vähemmän tehoa
    • Analogista tai digitaalista dataa analogisella signaalilla
    • Taajuus- ja aikajakokanavoinnissa kanavoinnista huolehtii multiplekserilaite
      • Yhdistää ja erottelee usealta laitteelta tulevat signaalit
    • Koodijakokanavoinnista huolehtii signaalin lähettävä päätelaite
      • Vastaanottajan pitää olla tarkasti selvillä käytetystä koodaustekniikasta voidakseen vastaanottaa saapuvan signaalin
      • koodausavaimena yksilöllinen tieto esim. laiteosoite
    • Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA)
      • Laajakaistainen koodijakokanavointi, sama kaistanleveys kaikille datanopeuksille

Wavelength Division Multiple Access(WDMA)

  • Optinen kuitu saadaan tehokkaasti käyttöön vasta,kun saadaan siirrettyä useita signaaleja samassa kuidussa
  • Käytetään eri taajuisia valonsäteitä, jotka muodostavat kukin oman kanavansa
  • Eräänlainen FDMA, mutta käytetään termiä WDM
  • Käytetään yksimuotokuidussa
  • Perusteet tekniikan käytölle:
    • 2,4 Gbit/s tekniikan jälkeen kustannukset kasvavat voimakkaasti ja toimivuus heikkenee
    • Suuremmilla nopeuksilla toimivien liitäntäkorttien elektroniikka on vielä suhteellisen kallista
    • Useiden eri valokaapeleiden veto ei kannata (kalleus / hitaus)

Haasteet / ongelmat kanavointitekniikoissa

  • FDMA:ssa on 2 yleistä ongelmaa
    • kanavien ylikuuluminen, mikäli kantoaaltojen taajuudet liian lähellä toisiaan
    • pitkillä matkoilla signaalia vahvistettaessa toisen kanavan vahvistus voi luoda taajuuskomponentteja myös toisiin kanaviin
  • Synkr. TDMA soveltuu huonosti tietokonekäyttöön
    • epäsäännölliset lähetykset

Mitä opin tällä kertaa:

  • Kirjoittelemalla tätä oppimispäiväkirjaa voi saada “AHAA”-elämyksiä
    • Kokeeseen valmistautuessa ei tarvitse kahlata kaikkia luentoja läpi, kun voi täältä katsoa omasta mielestä olennaiset asiat jo valmiiksi poimittuna, purettuna ja mietittynä
    • Tekemällä (oppimispäiväkirjaa) oppii
  • Itse luentojen aiheista havaintoja
  • Signaalien koodaus tarkoittaa kantoaallon ja tiedon sisältävän aallon muokkaamista haluttuun tehokkaampaan muotoon
  • Modulointi tarkoittaa Analogisen/Digitaalisen tiedon muuntamista Analogiseksi/Digitaaliseksi signaaliksi
    • Monia eri tapoja joilla on erilaiset hyvät ja huonot puolet
  • Kellottaminen vaikuttaa niin synkronoituun/asynkronoituun tiedonsiirtoon.
  • Virheen havainnointi ja virheen korjaus on yksi tärkeimmistä(monien muiden ohella) asioista, jos halutaan toimivaa tiedonsiirtoa joka on tehokasta
  • Vuon hallinta tarkoittaa käytännössä tiedonsiirron tahdittamista(ml. virheenkorjaus) kahden toimijan välillä. Riippuen tavasta tiedonsiirtoon liittyy puskuri vastaanottopäässä
  • Virheenkorjaus perustuu tietoon lisättävään lisätietoon jonka avulla pystytään päättelemään ja korjaamaan viallinen tieto joka saapuu vastaanottajalle
  • Kanavointi tarkoittaa väylän jakamista kaistoihin ja eri tapoja miten kaistoja käytetään
    • “Havainnollistin” itselleni asian vertaamalla sitä normaali liikenteeseen (nimitykset kaista, siirtotie, jne. eivät varmaankaan ole sattumia)
      • Kapea kuja: yksisuuntainen liikenne (vain toiseen suuntaan kerrallaan liikenne)
      • Normaali tie: molempiin suuntiin samanlainen liikenne
      • Ohituskaista: toiseen suuntaan tehokkaampi liikenne
      • Poliisi ohjaamassa liikennettä: tilanteesta riippuen kaikki kaistat toiseen suuntaan käytössä tai sitten eri määrä kaistoja käytössä eri suuntiin

Jäi epäselväksi:

  1. Aaltofunktiot ja aaltoliikeoppi on aina ollut haasteellista jossain määrin
    1. Eli niihin liittyvät jutut ovat periaatteessa selkeitä, mutta pitänee hiukan “päntätä” jotta syvempi ymmärrys saavuttaa minut
  2. Huomioimatta lyhenteiden ja käsitteiden tulvaa, tämän luennon sisältö paljon selkeämpää kuin edellisen
    1. Eli loppujen lopuksi ihan hirveästi ei jäänyt epäselviä asioita

Luentopäivä 4:

Päivän aihe:

  1. Teleliikenne ja dataliikenne
    1. Piirikytkentä
    2. Pakettikytkentä
  2. Reitittäminen
  3. Dataverkkojen ruuhkautuminen
  4. Matkapuhelinverkot
  5. LAN - lähiverkot

Päivän tärkeimmät asiat:

TELELIIKENNE VS DATALIIKENNE
Kytkentäiset dataverkot

Kytkentäisen verkon tomijoita(esim. tietokoneet) kutsutaan asemiksi (station). Verkossa on myös solmupisteitä (node) jotka on kytketty toisiinsa. Solmut muodostavat tietoliikenneverkon joka mahdollistaa tiedon kuljettamisen asemien välillä. Tieto voi kulkea ensimmäisestä solmusta (johon asema on kiinnittynyt) monia eri reittejä solmulle johon vastaanottava asema on kiinnittynyt. Jos joku solmu tipahtaa pois, voidaan verkossa etsiä vaihtoehtoinen reitti (tämä lisää huomattavasti verkon luetettavuutta). Esim. internet on muodostettu näin. Solmujen väliset väliset linkit jaetaan kanavoinnin avulla. Kuitenkaan kaikkien solmujen välillä ei ole suoraa yhteyttä, mutta jos mahdollista niin sellainen muodostetaan (lisää luotettavuutta).

Tietoliikenteen jako

Tietoliikenne jaetaan perinteisesti teleliikenteeseen ja dataliikenteeseen.

Teleliikenne (puhe/ääni)

  • Puhelinverkot (ISDN,GSM,lankapuhelinverkko,etc.)
  • Käyttää piirikytkentää (tehottomampi yhteys, mutta reaaliaikainen)

Dataliikenne (data)

  • Dataverkot (lähiverkot,internet,GPRS,etc.)
  • Käyttää pakettikytkentää (tehokkaampi yhteys, mutta ei reaaliaikainen)
Piirikytkentä

Varatuilla resursseilla (ei voida kommunikoida muiden kanssa samanaikaisesti) päästään tavoitteeseen eli reaaliaikaiseen tiedonsiirtoon. Soveltuu hyvin ja on alkujaan kehitetty puheen siirtoon. Voidaan käyttää joissain tapauksissa dataliikenteeseen, mutta se on hyvin harvinaista. Kytkentäisessä yhteydessä piirikytkentä etsii reitin ja sen jälkeen varaa reitin (kanavointi varaa yhden kanavan verkosta)käyttöön koko keskustelun ajaksi. Eli tieto siirtyy vain yhtä polkua pitkin molempiin suuntiin.

Yhteyden muodostaminen

  1. Lähetetään pyyntö asemalta A verkolle ottaa yhteys asemalla B
  2. Solmu jossa asema A on kiinni lähettää viestin verkolle
  3. Viestiä kierrätetään verkossa kunnes solmu johon asema B on kiinnittynyt löytyy
  4. Tieto palautetaan verkkoa pitkin lähettäneelle solmulle ja samalla varataan kanava keskustelua varten
  5. Solmu jossa A on kiinni lähettää kyselyn asemalle B, että onko se valmis hyväksymään yhteyden
  6. Kun yhteys on hyväksytty voivat A ja B keskustella keskenään (verkko varattu ja varmistettu heidän välilleen)

Signalointitavat

  • Signalointi voi tapahtua
    • varsinaisen puheen kanssa samalla kanavalla
      • kaistansisäisesti (sekaisin puheen kanssa)
      • kaistan ulkopuolella
    • omalla kanavallaan
      • yhteinen kanava eri datavirroille
Pakettikytkentä

Perusperiaattet

  • Data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten
  • Paketin koko riippuu pitkälti siirtoverkosta
  • Jokainen datapaketti sisältää käyttäjän dataa (itse siirrettävä ieto) ja kontrolli-informaatiota (mm. osoitetiedot)
  • Reitin solmuissa paketit varastoidaan lyhyeksi aikaa ja lähetetään seuraavalle solmulle
  • Solmujen täytyy olla tietoisia verkon tilasta (eli mitä reittiä paketit kannattaa siirtää)

Paketteja ja pakettikytkennän periaatetta on käsitelty jo luennolla 1, luennon 2 osiossa protokollat ja luennon 3 osiossa virheenkorjaus jollain tasolla.

Tiivistetysti

“Pakettikytkentä on tiedonsiirtomenetelmä, jossa data jaetaan paketeiksi tiedonsiirtoa varten. Pakettikytkentäinen tiedonsiirto on luonteeltaan yhteydetöntä, eikä verkosta varata päästä-päähän yhteyttä (reittiä) tai siirtokapasiteettia tiedon siirtoa varten. Erona piirikytkentään on, että kiinteää lähettäjän ja vastaanottajan välistä yhteyttä ei varata, vaan verkon laitteet välittävät paketit otsikkokentässä olevan osoitteen perusteella käytettävän verkon yli. Näin peräkkäiset paketit saattavat siirtyä eri reittejä pitkin ja jopa järjestystä vaihtaen. Pakettikytkentäisille verkoille on luonteenomaista pakettien monistuminen ja katoaminen eri tyyppisissä verkon vika- ja ruuhkatilanteissa.”

Lainaus: http://fi.wikipedia.org/wiki/Pakettikytkent%C3%A4

Edut verrattuna piirikytkentään

  • Verkon tehokkuus on parempi
    • solmusta solmuun –linkit voidaan jakaa dynaamisesti kaikilta asemilta tulevien pakettien kesken
    • piirikytkennässä linkin kanava on koko ajan varattuna vain tietylle yhteydelle vaikka dataa ei liikkuisikaan
  • Pakettikytkentäinen verkko voi suorittaa datanopeuden muunnoksen siinä tapauksessa, jos kaksi asemalla on eri nopeuksiset yhteydet
  • Piirikytkentäisessä verkossa liikenteen kasvaessa suureksi uudet yhteydet estetään kunnes liikennemäärä alenee kun taas pakettikytkentäisessä verkossa paketit hyväksytään välitysviiveen kasvun hinnalla
    • Pakettikytkentäisessä verkossa voidaan määrätä eri prioriteetteja paketeille korkeamman prioriteetin paketeille etuajo-oikeus

Kytkentätavat

  • Tietosähke / datagrammi
    • paketit lähetetään täysin itsenäisinä ilman viittausta muihin jo lähetettyihin paketteihin
    • jokaiselle paketille toisista riippumaton reitityspäätös solmuissa
    • vastaanottopäähän paketit saattavat saapua mielivaltaisessa järjestyksessä, jolloin niiden järjestäminen oikeaan järjestykseen on vastaanottoaseman tehtävä
  • Virtuaalipiiri
    • lähettävä asema lähettää ns. Call-Request paketin
      • Etsitään sopivin reitti vasta-asemaan
    • jos vastaanottaja on valmis vastaanottoon se lähettää ns. Call-Accept paketin samaa reittiä takaisin lähettäjälle
    • lähettäjä lähettää pakettinsa vastaanottajalle vakioreittiä pitkin (reitityspäätöksiä ei tarvita)
    • yhteys lopetetaan ns. Clear-Request paketilla
    • Virtuaali nimitys tulee siitä, että reitti on varattu “näennäisesti” (virtuaalisesti) eli ei fyysisesti.
      • Muutkin toimivat voivat käyttää samoja reittejä, mutta tieto lähetetään määritettyä/“varattua” reittiä pitkin kuten piirikytkennässä.

Vertailu eri kytkentöjen välillä

Datagrammin on nopeampi muutaman paketin lähettämisessä, koska erillistä yhteyttä ei tarvitse muodostaa kahden toimijan välille. Toisaalta datagrammin on taas hitaampi verrattuna virtuaalipiirin paljon tietoa(paljon paketteja) lähetettäessä, koska reitti paketeille joudutaan etsimään jokaiselle erikseen. Virtuaalipiirissä vain ensimmäiselle paketille etsitään reitti ja muut menevät samaa reittiä. Datagrammi pystyy mukautumaan ruuhkaan, koska se voi hakea uusia vaihtoehtoisia reittejä. Sama koskee pois tipahtavaa solmua. Datagrammi etsii uuden reitin, mutta virtuaalipiirin yhteys katkeaa.

Kytkentöjen suorituskyky

Kytkentätekniikoiden suorituskykyä mitatessa tulee ottaa huomioon kolme erilaista viivettä:

  • kuinka kauan signaali etenee solmujen välillä (etenemisviive)
  • kuinka kauan menee lähettimeltä datalohkon lähetyksessä (siirtoviive)
  • kuinka kauan solmu prosessoi kytkennän aikana (solmuviive/prosessointiviive)

Vertailua

  • Piirikytkentä
    • yhteydenmuodostus vie aikaa
    • kun yhteys on saatu solmuissa ei tarvita prosessointia, koska reitti on vakio – solmuviive olematon
  • Virtuaalisen piirin pakettikytkentä
    • yhteydenmuodostus samankaltainen kuin piirikytkennässä
    • vakioreitti paketeille
    • solmuviive saattaa nousta merkittäväksi, koska paketit asetetaan solmuissa jonoon odottamaan omaa lähetysvuoroaan seuraavaan solmuun
  • Datagram-pakettikytkentä
    • ei yhteydenmuodostusviiveitä
    • koska jokainen paketti reititetään erikseen saattaa prosessointi solmuissa nousta merkittäväksi viiveeksi
REITITTÄMINEN

Vaatimukset reititykselle

  • Oikeellisuus
  • Yksinkertaisuus
  • Kestävyys
  • Vakaus
  • Tasapuolisuus (fairness)
  • Optimaalisuus
  • Tehokkuus

Elementit

  • Suorituskyky kriteerit
    • Hyppyjen (hop) määrä
    • “Kustannus” (voidaan mieltää tehokkuutena…esim. yksi iso hyppy vs. monta pientä…reitin valinta)
    • Viive
    • Suoritusteho
  • Päätöksen teko, milloin (reitin valinta)
    • Paketti (datagrammi, joka paketille)
    • Istunto (virtuaalipiiri, ensimmäiselle paketille)
  • Päätöksen teko, paikka
    • Joka solmulla (distributed - jaettu) hidas, mutta vakaa yhteys
    • Keskus solmulla (centralized - keskitetty)
    • Ensimmäisellä solmulla (source - lähde)
  • Verkon tiedonlähde (riippuu missä päätös reitistä tehdään)
    • Ei mikään
    • Paikallinen (distributed)
    • Viereinen solmu (distributed)
    • Reitin varrella olevat solmut (distributed)
    • Kaikki solmut (centralized)
  • Verkon tietojen päivitysväli (riippuu reititysstrategiasta)
    • Jatkuva
    • Ajoittainen
    • Muutos verkon kuormassa
    • Muutos yhteyksissä

Päätös reitityksestä tehdään yleensä verkon tietojen, eri solmujen käyttöasteen ja yhteyksien tehokkuuden perusteella.

Reititysstrategiat

Fixed (kiinteät taulut)

  • Käytetään yhtä pysyvää reittiä jokaiselle asemaparille
  • Valitaan selvittämällä tehokkaimmat/nopeimmat reitit
  • Reitti on pysyvä, kunnes
    • Yhteydet asemien välillä verkossa muuttuvat(vähentyy/lisääntyy)
    • Verkko ei pysty vastaamaan kuormaan/käyttöön
  • Etuna yksinkertaisuus
  • Haittana jäykkyys/mukautuvuuden puute

Flooding

  • Paketti lähetetään kaikille jolle solmulla on yhteys
  • Useita kopioita paketista vastaanottopäähän
  • Ei tarvita tietoa verkosta (rakenteesta, yhteyksistä, jne)
  • Jokainen paketti numeroidaan yksilöllisesti (kopioit karsitaan vastaanottopäässä)
  • Tarve rajoittaa ylimääräistä pakettien kaiuttamista (saman paketin uudelleen lähettämistä)
    • solmut voivat muistaa lähettämänsä paketit (rajoitetaan verkon kuormaa)
    • tai tieto hyppyjen määrästä? (eli minkä välin paketti on jo kulkenut?)
  • Etuja
    • kaikki mahdolliset reitit kokeillaan
      • hyvin vakaa verkko
    • vähintään yksi paketti menee lyhintä reittiä
      • voidaan käyttää virtuaalipiirin muodostamiseen
    • kaikissa solmuissa käydään
      • saadaan tietoa verkosta
  • Haittoja
    • Luodaan paljon liikennettä verkkoon

Random? (satunnainen)

  • Floodingin yksinkertaisuus vähemmällä kuormalla verkolle
  • Solmu valitsee yhden reitin mihin lähettää tulevat paketit
  • Valinta on satunnainen
  • Hienoutena/parannuksena(refinement) on valita reitti todennäköisyyksien perusteella
  • Ei tarvita tietoa verkolta
  • Satunnainen reitti on harvoin tehokkain tai lyhin

Adapting (mukautuva)

  • Kaytetään lähes kaikissa pakettiyhteysverkoissa
  • Reitityspäätös muuttuu verkon tilan mukaan (nopeus, yhteyskatkot, ruuhka)
  • Tarvitsee tietoa verkosta
  • Haitat
    • Päätöksenteko vaikeampaa
    • Kompromissi verkon tiedon ja tehokkuuden välillä
    • Liian nopea reagointi voi aiheuttaa vaihtelua/heilahtelua verkon tehokkuudessa
    • Liian hidas reagointi voi aiheuttaa verkon tiedon vanhentumista
  • Luokittelua (tiedon saannin perusteella)
    • Paikallinen (local/isolated)
      • reitti lähtevältä linkiltä lyhyintä “jonoa”(varmaan etäisyys) pitkin
      • voi sisältää ennakkotietoa eri määränpäistä
      • harvoin käytetty, koska ei käytä saatavilla olevaa tietoa
    • Viereiset solmut
      • käyttää hyödykseen tietoa viiveistä ja yhteyskatkoksista
      • Joko jaettua tai keskitettyä
    • Kaikki solmut
      • Periaate kuten viereisillä solmuilla, mutta käytetään kaikkien solmujen tietoa hyödyksi eikä vain viereisten
Reititysalgorimit

Least cost - algoritmi

Tarkoittaa algoritmia jolla lasketaan kaikkien solmujen väliset yhteydet ja valitaan niistä nopeimmat ja tehokkaimmat (paras yhteissumma, kun lasketaan eri reittien kaikkien solmujen väliset yhteydet asemien välillä)

http://en.wikipedia.org/wiki/B*_algorithm

Dijkstra’s algoritmi

Etsii tehokkaimman reitin lähdesolmusta seuraavaan. Valitsee tehokkaimman/nopeimman ja laittaa muistiin jo käydyt solmut. Toistetaan kunnes päästään haluttuun vastaanottopään solmuun asti (ei kuitenkaan kokeilla yhteyksiä jo listassa olevaan solmuun).

http://en.wikipedia.org/wiki/Dijkstra%27s_algorithm

Bellman-Ford algoritmi

Laskee kaikki yhteydet perustuen linkkien(hyppyjen) määrällä. Eli saadaanko yhteys 1 hypyllä, sitten 2 hypyllä, 3 hypyllä jne…kunnes tietyn joukon kaikki linkit on käyty läpi ja sitten katsotaan tehokkain reitti.

http://en.wikipedia.org/wiki/Bellman%E2%80%93Ford_algorithm

DATAVERKKOJEN RUUHKAUTUMINEN
Mitä se tarkoittaa

Ruuhkautumista tapahtuu, kun lähetettävien pakettien määrä lähestyy verkon pakettien käsittely kapasiteettiä. Ruuhkautumisen valvonnalla pyritään pitämään pakettien määrä alle verkon kriittisen tason jolloin suorituskyky tipahtaa merkittävästi. Tietoverkko on tietyllä tavalla jonojen verkosto. Yleensä 80% käyttöaste verkossa on kriittinen. Verkkojen jonojen kapasiteetti on rajallinen joka tarkoittaa sitä, että tietoa voi kadota jonojen täyttyessä.

Backpressure
  • Js solmu ruuhkautuu se voi hidastaa tai pysäyttää pakettien virran muihin soluihin
    • Voi tarkoittaa sitä, että muiden solujen täytyy aloittaa pakettien lähetyksen kontrollointi(hidastaa)
    • Vaikutus välittyy lopulta aina lähettävään soluun asti
  • Saattaa rajoittaa vilkasliikenteisten verkkojen yhteyksien nopeuksia
  • Kehitetty vasta äskettäin IP-protokollaan
Choke packet
  • Ohjauspaketti
    • Luodaan ruuhkaisessa solmussa
    • Lähetetään lähdesolmuun
    • Esim.. ICMP source quench
      • lähetetään reitittimeen tai määränpäähän
      • lähde lopettaa lähettämisen kunnes source quench viestejä ei enää tule
      • lähetetään jokaisesta hylätystä paketista tai kun lähestytään rajaa
    • “Primitiivinen/alkeellinen” - mekanismi toteuttaa hallinta
Implicit Congestion Signaling
  • Paketin toimitusaika kasvaa ruuhkien myötä
    • Saattaa aiheuttaa pakettien hylkäämisen
    • Lähde havaitsee tämän “indikaattorin”
      • Ja hidastaa omaa lähettämisnopeuttaan
    • Hyvin käytännöllinen datagram verkoissa (esim. IP)
Explicit Congestion Signaling
  • Solu varoittaa verkkoa lähestyvästä ruuhkasta
    • Lähetetään sekä eteen, että taaksepäin verkossa
  • Verkon muut solut aloittavat toimenpiteet ruuhkan vähentämiseksi
  • Tavat ilmoittaa ruuhkasta
    • Bitti paketeissa
    • Tieto kuinka paljon voidaan käsitellä paketteja (vuon hallinta)
    • Tiedonsiirtonopeuden rajoitukset
      • Ei lähetetä yli tietyn rajan, vaikka kykyä olisi
Liikenteen hallinta

Hallitsemalla tiedon liikkuvuutta ja välttämällä ruuhkaa saadaan luotua tehokkaampi ja luotettavampi verkko. Hallinnassa tulee huomioida eri tietovirtojen tasapuolinen kohtelu. Haasteena operaattoreilla on verkon käytön vaihtelevuus. Välillä verkkoa käyttää vain 10% ja välillä 50% käyttäjistä. Yleisesti verkkoa myydään yli maksimi kapasiteetiin(kaikki eivät koskaan käytä verkkoa yhtäaikaa)

MATKAPUHELINVERKOT
Historia

Luotu parantamaan mobiili radioverkon palveluita. Ennen matkapuhelinverkkojen syntymistä mobiilipalvelut oli toteutettu vain yhdellä tehokkaalla lähetimella/vastaanottimella. Tämä yksittäinen lähetin mahdollsiti 25 kanavan eli 25 yhtäaikaisen yhteyden muodostamisen. Kantama oli noin 80 km.

Perusta
  • perustuu useisiin pienitehoisiin lähettimiin
  • alue jaettu “kennoihin” (geometrinen kuusikulmio)
    • Kennot yhdistyvät toisiinsa jolloin saadan kattava verkko
    • Jokaisella oma antenni
    • Jokaisella oma taajuusalueella
    • Tukiasema palvelee kennoja
      • koostuu lähettimestä, vastaanottimesta ja ohjausyksiköstä
    • Viereiset kennot käyttävät eri taajuuksia välttyäkseen päällekkäisyyksiltä
      • toisistaan riittävän kaukana olevat kennot voivat käyttää samoja taajuuksia
Tavoite

Taajuudet pyritään jakamaan siten, että ei häiritä viereistä solua. Mahdollistaa useiden samanaikaisten keskusteluiden(yhteyksien) muodostamisen. Noin 10-50 kpl eri taajuksia per kenno. Kenno-mallissa lähettäjän teho on määritetty. Rajoitus mahdollistaa kennon sisällä annetuilla taajuuksilla kommunikoinnin, mutta minimoi aiheutuvan häirinnä viereisiin kennoihin.

Kapasiteetin kasvu
  • Uusien kanavien käyttö
    • Kaikkia kanavia ei käytetä heti
  • Taajuuksien “lainaaminen”
    • Ruuhkautuneet kennot lainaavat viereisiltä kennoilta
    • Tai määritetään taajuudet dynaamisesti
  • Kennojen jakaminen
    • Epäyhtenäinen topografia ja liikenteen jakautuminen
    • Käytetään pienempiä kennoja(pinta-ala) suuren käyttöasteen alueilla
Kanavat

Kahdenlaisia kanavia liikkuvan tilaajan ja tukiaseman välillä:

  • Ohjauskanavat
    • Määrittää ja ylläpitää puhelun
    • Perusta/vahvistaa yhteyden liikkuvan tilaajan ja lähimmän tukiaseman välillä
  • Liikennöintikanava
    • Siirtää puhetta ja dataa
Radiotien etenemiseen vaikuttavat tekijät
  • Signaalin teho
  • Vaimeneminen
    • Vaimenemista jo käsitelty aikaisemmin luennolla 2
3G - verkko

Nopea langaton verkko joka tukee videota, kuvaa ja muita multimedioita puheen lisäksi. Luotu, koska syntynyt tarve monenlaisen tiedon siirtämisen ja käyton (esim. internet) ilman kiinteää fyysistä yhteyttä. Mahdollistanut myös kämmentietokoneiden ja älypuhelimien kehityksen(hitaalla yhteydellä ei ollut järkeä toteuttaa). 3G verkon pääasiallinen kanavointitapa on CDMA (luento 3).

4G - verkko

Tarkemmin käsitelty Ennakkotehtävässä 4

LAN - verkot

“Lähiverkko eli LAN (engl. Local Area Network) on rajoitetulla maantieteellisellä alueella toimiva tietoliikenneverkko. Esimerkiksi yhden talon koneiden muodostama tietokoneverkko tai yksittäisen yrityksen yhden toimipisteen verkko. Lähiverkon tiedonsiirtonopeus on useimmiten 10–1 000 megabittiä sekunnissa. Lähiverkkoja yhdistetään toisiinsa alueverkoilla, jotka voivat olla toteutettuina esimerkiksi kuitu ethernet-tekniikalla. Vanhemmissa verkoissa alueverkot toteutettiin usein Frame Relay- tai ATM -tekniikoilla, mutta ne ovat vähentyneet koko ajan ja nykyisin lähes poistuneet 1GE ja 10GE-ethernetin syrjäyttäessä vanhoja tekniikkoja runkoyhteyksissä. Lähiverkon tärkeimpiä aktiivilaitteita ovat kytkin ja toistin jotka siirtävät tietoa lähiverkon sisällä sekä reititin, jonka avulla tieto siirtyy laajaverkkoon eli WAN:iin.”

Lähde: http://fi.wikipedia.org/wiki/L%C3%A4hiverkko

Mitä opin tällä kertaa:

Tämän viikon luennoilla oli ehkä tähän mennessä eniten viittauksia jo aikasemmin opittuun. Päällimmäisenä jäi mieleen matkapuhelinverkkojen toteutus sekä erilaisten verkkojen kytkentöjen, reitityksen ja tiedon kulun toteutus.

Jäi epäselväksi:

Tietyllä tapaa reititysalgoritmit olivat mielenkiintoisiä, mutta ihan helppoa niiden yksinkertainen kuvaaminen ei ollut(varsinkaan, kun ei ollut luennoilla). Käsiteltiinköhän millä tasolla lähiverkkoja(ennestään jollain tavalla tuttuja) luennoilla, kun aika “raskaat” setit oli ainakin PP-esityksinä.

Kotitehtävät

Ennakkotehtävä 1

Tehtäväkuvaus

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

Tietoliikenne on tiedon välittämistä paikasta A paikkaan B ja pääosin se tapahtuu sähköisessä muodossa. Etäisyys paikan A ja B välillä voi vaihdella millimetreistä tuhansiin kilometreihin riippuen käytettävästä yhteydestä ja yhteyden tarpeesta. Tietoliikenne käsittää tai ainakin on osana mm. tekstiviestejä, paikannuslaitteita(GPS), puheluita, internettiä, kaukosäädintä (tai muuta etäohjainta), tietokoneita ja autoja. Perinteinen postikin voidaan periaatteessa laskea tietoliikenteeksi, koska haluttu tieto liikkuu paikasta A paikkaan B “pienellä” viivellä tosin. Tiivistetysti melkin kaikki nykyaikaiset elektroniset laitteet toimivat osiltaan tietoliikenteen keinon. Tietoliikenteeseen kuuluu osana tiedon jakaminen ja vastaanottaminen. Se voidaan joko välittää suoraan vastaanottajalle tai koota tietokantoihin jolloin se on tarvitsijoiden käytössä tulevaisuudessakin eikä vain hetkellisesti. Tietoliikenteen käyttämiä tiedonvälitystapjoa ovat mm. fyysinen välittäminen, sähköinen välittäminen, radiotekniikkaan perustuva välittäminen ja optiikkaan perustuva välittäminen(esim. valokuitu)

Avainsanoja

Tiedon siirto, digitaalitekniikka, sähköinen tallennus, sähköinen viestintä, internet, internet protokollat(esim. TCP/IP), radioaallot, valokuitu

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.

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

Oman kodin tietoliikenneverkot

Klikkaa kuvaa saadaksesi sen suuremmaksi

Ennakkotehtävä 2

Tehtäväkuvaus

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

LAITTEIDEN KÄYTTÄMÄT TIETOLIIKENNERATKAISUT, TAAJUDET JA NOPEUDET

LAITE 1 → YHTEYS → LAITE 2, PARIT/TAAJUUS, NOPEUS (I/O)

  1. Palveluntuottaja(SONERA) → Valokuitu → Reititin, 1 pr, 100/10 Mb/s
  2. Reititin → LAN → Pöytäkone, 1 pr , 100/10 Mb/s
  3. Reititin → LAN → Pavelureititin, 1 pr, 100/10 Mb/s
  4. Palvelureititin → WLAN → Kannettava, 2,4 GHz, 54/10 Mb/s
  5. Palvelureititin → WLAN → Matkapuhelin, 2,4 GHz, 54/10 Mb/s
  6. Palvelureititin → LAN → Digiboxi , 1 pr, 100/10 Mb/s
  7. Digiboxi → HDMI → Televisio, 165 MHz, 4,9 Gb/s
  8. DVD-soitin → SCART → Televisio, 10?, 10 Mb/s ?
  9. Palveluntuottaja(SONERA) → WCDMA → Matkapuhelin, 900 MHz,2 100 MHz,1 900 MHz,850 MHz, 42,2/5,76 Mb/s
  10. Televisio → RCA → Stereot, 1, 10 Mb/s ?
  11. Radiolinkki → Radio → Stereot, 87-108 MHz, ?
  12. Matkapuhelin → 3,5 mm → Stereot, 1, 10 Mb/s ?
  13. Matkapuhelin → GPS → Satelliitti , 1575,4200 MHz, 4,8 Kb/s
  14. Sykemittari → GPS → Satelliitti, 1575,4200 MHz, 4,8 Kb/s
  15. Sykemittari → Bluetooth → Pöytäkone, 2,4000–2,4835 MHz, 3 Mb/s
  16. Sähkön etälukija → LAN ? → Palveluntuottaja(LPR Energia), 1 pr ?, 100/10 Mb/s ?
KYSYMYKSET LIITTYEN OMAN KODIN TIETOLIIKENNEVERKKOIHIN
  1. Miten kaikkia kauko-ohjattavia laitteita voisi ohjata yhdellä laitteella esim. matkapuhelimella?
    1. V: (luento 2) - ei vielä tullut kunnon vastausta
  2. Onko mahdollista jollain tekniikalla tai välineellä yhdistää eri langattomia yhteyksiä käyttäviä laitteita?
    1. V: (luento 2) - jos liikkuvat eri taajuuksilla/tiedonsiirtotavalla tarvitaan “viestiasema” tai keskus joka osaa ottaa kaikki tavat vastaan ja jakaa halutulla muodolla tietoa eteenpäin??? (vähän hutera vastaus vielä)
  3. Mitä mahdollisuuksia on yhdistää eri valmistajien käyttämiä laitteita vai onko aina tyydyttävä siihen, että vain saman valmistajan laitteet ovat kykeneviä “keskustelemaan” keskenään?
    1. V: (luento 2) - standardointi ja protokolla…ei väliä kenen tekemä

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

LAITTEIDEN KÄYTTÄMÄT PROTOKOLLAT JA SIIRTOTIET

LAITE 1 → SIIRTOTIE → LAITE 2, PROTOKOLLA

  1. Palveluntuottaja(SONERA) → Johtimellinen(optinen kuitu) → Reititin, TCP/IP,DHCP,DNS,FTP,HTTP,IMAP,IRC,POP,SMTP,SSH,TELNET
  2. Reititin → Johtimellinen(parikaapeli) → Pöytäkone, TCP/IP,DHCP,DNS,FTP,HTTP,IMAP,IRC,POP,SMTP,SSH,TELNET
  3. Reititin → Johtimellinen(parikaapeli) → Pavelureititin, TCP/IP,DHCP,DNS,FTP,HTTP,IMAP,IRC,POP,SMTP,SSH,TELNET
  4. Palvelureititin → Johtimeton(mikroaaltolinkki) → Kannettava, TCP/IP,DHCP,DNS,FTP,HTTP,IMAP,IRC,POP,SMTP,SSH,TELNET
  5. Palvelureititin → Johtimeton(mikroaaltolinkki) → Matkapuhelin, TCP/IP?
  6. Palvelureititin → Johtimellinen(parikaapeli) → Digiboxi, TCP/IP?
  7. Digiboxi → Johtimellinen(parikaapeli) → Televisio, Ei kait tiedonsiirtoprotokolla, koska ei keskustella(BROADCAST)?
  8. DVD-soitin → Johtimellinen(koaksiaali) → Televisio, Ei kait tiedonsiirtoprotokolla, koska ei keskustella(BROADCAST)?
  9. Palveluntuottaja(SONERA) → Johtimeton(mikroaaltolinkki) → TCP/IP
  10. Televisio → Johtimellinen(koaksiaali) → Stereot, Ei kait tiedonsiirtoprotokolla, koska ei keskustella(BROADCAST)?
  11. Radiolinkki → Johtimeton(radiolinkki) → Stereot, Ei kait tiedonsiirtoprotokolla, koska ei keskustella(BROADCAST)?
  12. Matkapuhelin → Johtimellinen(koaksiaali) → Stereot, Ei kait tiedonsiirtoprotokolla, koska ei keskustella(BROADCAST)?
  13. Matkapuhelin → Johtimeton(satelliittilinkki) → Satelliitti, Ei kait tiedonsiirtoprotokolla, koska ei keskustella(BROADCAST)?
  14. Sykemittari → Johtimeton(satelliittilinkki) → Satelliitti, Ei kait tiedonsiirtoprotokolla, koska ei keskustella(BROADCAST)?
  15. Sykemittari → Johtimeton(mikroaaltolinkki) → Pöytäkone, HCI-rajapinta vai SDP-protokolla?
  16. Sähkön etälukija → Johtimellinen(optinen kuitu)→ Palveluntuottaja(LPR Energia), TCP/IP?

Ennakkotehtävä 3

Tehtäväkuvaus

Etsi toisessa kotitehtävässäsi valitsemissasi siirtotieratkaisuiissa käytetty koodaus- ja kanavointitapa.

Langaton verkko (johtimeton verkko - mikroaaltolinkki)
GSM puheverkko (johtimeton verkko - mikroaaltolinkki)
Television digiTV-verkko (johtimellinen verkko - koaksiaali)

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus

Käykää tutustumassa vähintään viiden muun henkilön kotitehtäviin ja tehkää niistä lyhyt analyysi omalla sivulle (vahvuudet, heikkoudet, …)

Analyysit

Tuomo Kuosma

Vahvuudet

  • Mitä tullut selailtua aikaisemmin (jos oikein muistan) niin Tuomo oli aina tehnyt tehtävät etukäteen mikä lienee tämän koko oppimispäiväkirjan tarkoitus.
  • Kotitehtävissä on mielestäni löydetty olennaiset asiat ja ne on kerrottu ytimekkäästi(pl. puuttuvat kuvat)

Kehitettävää

  • Joistain kotitehtävistä puuttuu selventävät kuvat. Tosin tekstissä käsitelty sanallisesti asiaa ihan hyvin.
  • Luentoyhteenvedot voisivat olla ehkä hiukan laajempia. Nyt ollaan juuri ja juuri otsikkotasolla, mutta luentojen sisältöön ei itsessään pääse täysin käsiksi.
Ilona Toth

Vahvuudet

  • Jokaista luentoa on hyvin pohdiskeltu omasta näkökulmasta (mitä opin/mitä jäi epäselväksi).
  • Kotitehtävät tehty niinkuin pitää (pl. kuvat)
  • Tykkäsin siitä, että Ilona oli nähnyt vaivaa tekemällä SWOT-analyysin muiden sivuista (ei kuten minä → tylsästi vain luettelemalla vahvuuksia ja heikkouksia)

Kehitettävää

  • Osasta kotitehtävistä puuttuu tehtävänannon mukaiset kuvat.
  • Luentoyhteenvedoista löytyy otsikkotasolla käsitellyt asiat, mutta ehkä pientä avaamista saattaisi käsitteet ja muut tarvita.
Juha Hallikas

Vahvuudet

  • Kotitehtäviin on nähty vaivaa ja käytetty WIKI-sivujen ominaisuuksia hyödyksi esim. hyperlinkkeinä aiheeseen muualla internetissä.
  • Tähän mennessä tehdyssä tekstissä selkeä jäsentely ja rakenne

Kehitettävää

  • Luentoyhteenvedoista vähän paha vielä mennä sanomaan, kun vasta ensimmäisestä tehty
  • Ajankäyttöä ei ole vielä julkaistu
Matti Mali

Vahvuudet

  • Ensimmäinen kotitehtävä oli tehty tavalla joka toimii, vaikka sähkö loppuu ja internet kaatuu LOL
  • Tehdyistä kotitehtävistä löytyy tarvittavat asiat

Kehitettävää

  • Ensimmäisen kotitehtävän kuva oli skannautunut vähän heikoisti jonka johdosta se on vähän epäselvä
  • Luentoyhteenvedot hiukan köykäisiä (lähinnä koonnos avainsanoja)
  • Osa kotitehtävistä vielä tekemättä
Laura Manninen

Vahvuudet

  • Opittujen asioiden ja epäselväksi jääneiden asioiden pohdinta
  • Kaikki tehtävät tehty! :-D
  • Selkeästi jäsennelty rakenne

Kehitettävää

  • Hiukan laajempaa käsitelyä voisi olla ennakko-/kotitehtävissä
  • Luentoyhteenvetojen pohdinta hyvää, mutta itse sisältö jää lähinnä avainsanoihin
Kira Hellström

Vahvuudet

  • Hyvin jäsennelty ja selkeä rakenne
  • Avainasiat löydetty
  • Paljon asiaa mukavasti tiivistetyssä muodossa

Kehitettävää

  • Varmaan käsittely voisi olla laajempaa, mutta siinä käy helposti kuten allekirjoittaneelle → lähtee pahasti rönsyilemään….

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?

Opetus suhteessa artikkeliin

Meille annettu opetus on mielestäni laajentanut ainakin omaa ymmärrystäni. Jos olisin pari kuukautta sitten lukenut ko. artikkelin, minulla ei olisi ollut muuta kuin aavistus siitä mitä käytännössä artikkelissa käytetyt käsitteet/kokonaisuudet tarkoittavat:

  • Signaalin monitie eteneminen
  • Esineiden tuottamat heijastuspinnat
  • Tietovirrat
  • 802.XXX standardit
  • Kaistanleveys
  • Taajuusalue
  • Kanavat
  • OFDM-modulointi
  • Modulointi algometri

Eli kaiken kaikkiaan ko. artikkeli on karkeasti sanottuna “koonnos” pääosasta kurssilla käydyistä asioista. Tosin seuraavia asioita ei mielestäni ole tullut opetuksessa (toisaalta olen päässyt vain noin puolelle luennoista paikalle):

LTE-tekniikka

SIVUSTOT
  1. Kaiken tiedon lähteen määritelmä (WIKIPEDIA): http://fi.wikipedia.org/wiki/LTE
  2. Saunalahden (mobiilioperaattori) määritelmä: http://asiakastuki.saunalahti.fi/ohje/350/
  3. TUT:n LTE seminaarin yksi tuotos vuodelta 2010: http://ltemobiiliverkko.blogspot.fi/
EDUT

LTE on dynaamisempi radiolla tapahtuva tiedonsiirtotekniikka kuin aikaisemmat. Se muistuttaa tietyllä tavalla mielestäni dynaamista vuon hallintaan jolloin signaali eli “paketti” voi tulla eri järjestyksesä kuin se on lähetetty häiritsemättä itse tiedon(datan) perille pääsyä. Eli tiedonsiirron toteutus yhdellä välillä (linkistä toiseen) voidaan toteuttaa kuten normaalissa monen reitittimen kautta tapahtuvassa tiedonsiirrossa. “Reitittiminä” toimivat vain eri taajuudet ja heijastukset (sekä samassa laitteessa olevat useat antennit). Samalla vastakappaleet voivat todeta, että mikä “reitti” on kaiken nopein ja varmin tiedonsiirtoon jolloin luotettavuus ja tehokkuus paranee.

KYSYMYKSET
  • Ensimmäisenä tulee mieleen, että olenko nyt ollenkaan ymmärtänyt LTE-tekniikkaa ja MIMO:a oikein?
  • Miksi vasta nyt on keksitty, että olemassa olevaa toimintatapamallia voidaan soveltaa muihinkin tekniikoihin samankaltaisella tavalla?

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus

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.

LAITTEIDEN TEKNIIKAT JA TEHOKKUUS

Suurin osan kotini tietoliikenneteknisistä ratkaisusta ei vaadi siirtoverkon käytön erillistä tehostamista tai kanavointia. Esimerkiksi TV-kuvan välittyminen(broadcastina) digiboxilta televisioon tai GPS-tietoa vastaanottavien laitteiden toiminta. Tehostamista käytetään internettiä käyttävissä laitteissa kuten matkapuhelin, kannettava tai pöytätietokone. Internet on IP-pohjainen verkko jolloin tehokkuus on yhdistelmä verkkotekniikoita tiedon välittämiseen paikasta toiseen ja vastaavasti fyysiset yhteydet käyttävät hyödykseen kanavointia. Taajuuskanavointia käytetään radiossa ja TV:ssä. Varsinkin radion osalta olisi mahdollista, että joku langaton verkko häiritsisi vastaanottoa. Tämä ei kuitenkaan ole mahdollista standardoinnin johdosta jolloin toimitaan eri taajuuksilla sekä esim. WLAN verkon lähetystehon maksimi on määritetty.

Mitä opin kurssin aikana

Ainakin sen, että kuinka vähän oikeastaan tiesin tietyllä tavalla ennestään tutuista ja päivittäisistä asioista. Suurimpana oivalluksena lienee kokonaisuuden hahmottaminen eli mitä kaikkia osa-alueita ihan oikeasti kuuluu tietoliikennetekniikkaan ja mikä on niiden suhde toisiinsa. Ainakin ennakkotehtävän 1 vastaus olisi nyt hiukan erilainen verrattuna pari kuukautta sitten anatamaani. Sisällönn osalta tarkemmat havainnot opeista on luentojen alla. Karu totuus osaamisesta varmaan paljastuu kuitenkin vasta parin viikon päästä tentissä m(.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1
  • Wiki-sivun luonti - 15 min
  • Ennakkotehtävän teko 1 - 15 min
  • Kodin tietoliikenneverkkojen kaavion luominen - 3 h
  • Kodin tietoliikenneverkkojen kaavion päivittäminen ja siihen liittyvien teknisten tietojen selvittäminen - 2 h
  • Tutustuminen luentoviikon 1 luentoihin ja oppimispäiväkirjan kirjoittaminen - 3 h
  • Lähiopetus - 0h (en osallistunut)

YHTEENSÄ noin. 8,5 h

Luentoviikko 2
  • Lähiopetus - 6 h
  • Ennakkotehtävä 3 - 1,5 h
  • Oppimispäiväkirja - 2,5 h
  • Kotitehtävä 2 - 1 h

YHTEENSÄ noin. 11 h

Luentoviikko 3
  • Lähiopetus - 2 h / 6 h (pääsin vain kahdelle viimeiselle tunnille paikalle)
  • Oppimispäiväkirja - 6 h
  • Ennakkkotehtävä 4 - 15 min
  • Kotitehtävä 3 - 45 min

YHTEENSÄ noin. 9 h

Luentoviikko 4
  • Lähiopetus 2h / 6h (jouduin lähtemään kahden ensimmäisen tunnin jälkeen)
  • Oppimispäiväkirja - 5 h 45 min
  • Kotitehtävä 4 - 15 min
  • Kokeeseen valmistautuminen - 8 h

YHTEENSÄ noin. 16 h


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