Langaton tiedonsiirto tie8td025/16 kevät 2007

Läpileikkaus langattoman tiedonsiirron ongelmista ja tekniikoista. Kurssin jälkeen opiskelija

• tuntee laajassa käytössä olevien langattomien tiedonsiirtotekniikoiden pääpiirteet
• ymmärtää eri siirtomenetelmien sopivat käyttöalueet
• hahmottaa tiedonsiirtomenetelmien yhteisiä piirteitä

Opetus tiistaisin luokassa h2006 kello 12:15 - 15:45. Opettajana Tero Karvinen (www.iki.fi/karvinen, lukkari). Kurssi kestää koko kevään 2007, Haaga-Helian jaksot 1j ja 2j, kalenteriviikot w3-w20 (paitsi w8 ja w15). Opintojaksokuvaus.

© Tero Karvinen www.iki.fi/karvinen

1. Oppitunnit
2. Granlund: Langaton tiedonsiirto
3. Esitelmät
4. Sivulla http://www.iki.fi/karvinen/langaton_tiedonsiirto.html luetellut weppisivut (esim Wikipediasta)

Kaikesta materiaalista tulee koekysymyksiä. Materiaali ei ole päällekäistä, eli esimerkiksi tunneilla käsitellään asioita, joita ei ole kirjassa.

• w3 Langattoman viestinnän peruskäsitteitä
• w4 Sähkömagneettinen säteily ja spektri
• w5 Langaton lähiverkko: IEEE 802.11
• w6 Matkapuhelinverkot: GSM
• w7 Dataliikenne puhelinverkoissa: GPRS, EDGE, UMTS
• (w8 Ei tunteja, hiihtoloma)
• w9 Mobiilit palvelut: WAP, iMode, XHTML Basic
• w10 Mobiilit palvelut Viranomaisverkot: TETRA
• w11 Langaton kaupunkiverkko ja uudet langattomat tekniikat: WiMAX, @450
• w12 RFID
• w13 Radioamatöörit
• w14 Pikoverkot: Bluetooth, IrDA
• (w15 Ei tunteja, pääsiäisvapaa)
• w16 Digitaalinen televisio
• w17 Satelliitit
• w18 Viranomaisverkot: TETRA
• w19 Kertaus
• w20 Koe

Granlundin kirja on halpa, se maksaa noin kympin esimerkiksi Akateemisessa, Bookplussassa ja Suomalaisessa.

• Kurssin aikataulu ja aiheiden silmäily
• Sähkömagneettisen säteilyn määritelmä ja esimerkkejä
• Aaltoliike: määritelmä, heiluriliike, taajuus, aallonpituus, nopeus
• Aallonpituuden ja taajuuden suhde: valon nopeus, f=c/l, f=(300 Mm/s)/l, esimerkkilaskuja
• Sähkömagneettisen säteilyn eteneminen: vaimeneminen (etäisyys), hidas häipyminen (aine), nopea häipyminen (monitie-eteneminen ja interferenssi)
• Kuuluvuusalue
• Langattoman tiedonsiirron erityisongelmia: signaalin leviäminen ja voimakkuus, yksi eetteri, piilottu asema
• Läksynä Granlund 2001: 1. Johdanto. Silmäile Wikipedia Wave. Wikipedia: Electromagnetic radiation, ei yhtälöitä.

• Pinomallit: TCP/IP, OSI. Määritelmä. Etuina ongelman jaottelu ja kerrosten vaihdettavuus. Esimerkki TCP/IP pinosta: http, tcp, ip, wlan. Kerroksittain lähettäjältä vastaanottajalle. TCP/IP:n ja OSI-mallin vertailu. HTTP-pyyntö kerroksittain snifferissä.
• Kanavointi: Taajuus, aika, tila, koodi. Määritelmät, esimerkit.
• Sähkömagneettinen spektri: 0 MHz - gammasäteily. Tärkeimmät 1 m lähellä, VHF ja UHF. Sijoitettu kurssilla käsiteltävät sovellukset spektrille. Taajuuslistat, Viestintävirasto ja epäviralliset.
• Läksynä: Internet protocol suite, Electromagnetic spectrum. Kertaa Granlund 2001: 1. Johdanto: Radiotien käyttö)

• Langaton Internet sohvalle: Internet-yhteys (5-30e/kk), tukiasema (65e), IEEE 802.11g, langaton verkkokortti (20e). Asetukset: AP hallinta uusi salasana, vain johdolla; työasema DHCP, SSID. Pääsyrajoitus WEP. Luottamuksellisuus, eheys, kiistämättömyys: päästä-päähän salaus, PGP (Thunderbird+Enigmail), SSH, TLS/SSL.
• Topologiat: Infrastructure BSS, EBSS. Ad hoc: IBSS.
• WLAN protokollapino: OSI 1 ja 2. Kerrosten tehtävät. Fyysinen tiedonsiirto: koodikanavointi FHSS, DSSS. Koodikanavointi suojaa kapeakaistaiselta häiriöltä. Modulointi.
• Siirtotielle pääsy. Vertailu Ethernetiin. CSMA. CA. Piilotetun aseman ongelma ja sen välttäminen. Keskitetty ja hajautettu hallinta.
• Läksynä Wikipedia: WLAN, 802.11. Granlund 2001: 5. Langattomat lähiverkot.

• Matkapuhelinverkkojen kehitys: teknologiat ja eri sukupolvien tunnusmerkit.
  • Ennen matkapuhelinverkkoa. Analoginen 1G: NMT, ARP. Digitaalinen 2G: GSM. Pakettikytkentäisyys 2,5G: GPRS, EDGE. Puhe paketeiksi 3G: UMTS.
• Miten matkapuhelinverkkoon saa paljon asiakkaita: solut, pakkaus, epäjatkuva lähetys.
• Miten virheet korjataan ja vältetään: äänen purkamisessa, ennakoiva virheenkorjaus FEC, kapeakaistaisen virheen keskiarvoistaminen taajuushyppelyllä
• Matkapuhelinverkon rakenne: liikkuva asema, tukiasema, tukiasemaohjain, matkapuhelinkeskus. Tukiasema-, kytkentä- ja hallinta-alijärjestelmät. Infrastruktuurin säilyttäminen matkapuhelinten evoluutiossa. Puhelun yhdistäminen. Liikkuvan aseman paikkatieto.
• Läksynä Granlund 2001: Langaton puheliikenne: GSM-verkko, s. 114-161. Wikipedia: GSM, erityisesti The structure of a GSM network (kuva).

Esitelmät alkavat.

Sami Sandell: Lentoliikenne ja ACARS.

Miikka Haaparanta ja Tomi Kallio: kännyköiden etähallinta.

Samuli Sailo ja Juho Karhumäki: Tutka.

Tapani Dechy ja Marko Yli-Paavola: Viihde-elektroniikan langaton tiedonsiirto. Pidetään viikolla 11.

Riku Paananen & Timo Turja: Mesh-verkot - kaikki asemat reitittämään. Antti Havumäki: 4 G -tekniikat

Tapani Dechy ja Marko Yli-Paavola: Viihde-elektroniikan langaton tiedonsiirto (siirretty viikolta 10)

• Radiotaajuisen tunnistamisen määritelmä
• Käytännön sovellukset
  • Ensin logistiikka: Kollien ja rullakoiden seuranta
  • Tulossa yhä pienempiin ja kuluttajaläheisempiin sovelluksiin viivakoodin korvaajaksi
• Järjestelmän rakenne
  • Tunniste
  • Lukija
  • (Reunapalvelin, suodatin)
  • Keskuspalvelin, tietokanta
• Tunnisteiden jaottelu
  • Taajuus (induktio matalilla HF ja LF -taajuuksilla, normaali radiolähetys UHF-taajuuksilla)
  • Virtalähde (aktiivinen eli patterista, passiivinen eli radioaallosta, puoliaktiivinen tai puolipassiivinen eli molemmista)
  • Protokolla
    • Ilmarajapinnan protokollat (kansallisen sääntelyn erot taajuuksissa; EPCglobal Gen 2 toimii kaikkialla)
    • Tiedon esitysprotokolla tunnisteessa (Electronic Product Code EPC)

Mika Peltonen ja Tomi Viljakainen: Alueeseen sidotut mobiilisovellukset (esim kuvattavat aikataulumerkit HKL)

• Mitä radioamatöörit tekevät?
  • Yhteyksiä eri taajuuksilla ja tavoilla: puhe, sähkötys, pakettidata, televisio, radio fax, kuun kautta...
  • Rakentelua: (antennit, lähettimet, vahvistimet)
  • Kilpailuja
  • Yhteyskortit (QSL)
  • Voittoa tavoittelematonta
• Kokeilemaan radioamatöörin valvonnassa (second operator)
• Miten radioamatööriksi?
  • Koe Ficoran hyväksymälle http://www.sral.fi/info/tutkijat.html, maksut noin 60 EUR
  • Pysyvä pätevyystodistus
  • Perusluokka ja edistyneempi yleisluokka (vaikeampi koe, enemmän taajuuksia)

• Sähkötys
  • Edut: toimii, kun mikään muu ei toimi. Yksinkertaisin välinein.
  • Kirjaimet
  • Protokolla
  • Miten oppia
  • Harjoitus

Lauri Lahti ja Mikael Eenilä: Sotilasverkot?

Ilja Harju: Sähkömagneettisen säteilyn terveysvaikutukset

Heidi Saloila: Uudet langattomat pikoverkot (Zigbee, WirelessUSB, Wibree...).

Miska Salminen ja Ilkka Lehmuskallio: Long Term Evolution - Nopeampi 3 G Uhat Bluetoothin tietoturvalle

Anne Starck: Liikkuvan työvoiman hallinta.

• Digitelevision Suomessa
  • Signaalin kulku: Ohjelman tuottaja (yle, mtv) - Digita - Paikallinen jakelija (htv) - DVB-C - Digiboxi - SCART - Televisio
  • DVB, MPEG-2
• Digitaalisen television edut ja haitat: parempi kuva, paluukanavan puute... (olisko kannattanut rakentaa Internettiä?)
• DigiBoxin valinta

Juha Hirvonen: Kännykkätelevisio DVB-H Siirretty viikolle 18, aihe vaihdettu.

Ilja Harju: Sähkömagneettisen säteilyn terveysvaikutukset (siirretty viikolta 13)

• Määritelmä
• Miksi satelliitti pysyy kiertoradalla
• Sateliittien radat: LEO, MEO, GEO, geostationäärinen
• Tarua vai totta
  • “Helsingin yläpuolella on paikallaan pysyvä vakoilusateliitti”, sateliitin voi nähdä kiikareilla, sateliitista voi lukea rekisterikilven, sateliittien osia suunnitellaan Helsingissä, sateliitteja putoaa aina silloin tällöin
• Sateliittien käyttötarkoituksia (missä käytit sateliittia eilen?)
• Sateliittipuhelimet
  • Inmarsat
  • Iridium, Intelsat
• Sateliittipaikannus
  • Kolmiomittaus (ja se GPS-vastaanotin ei lähetä mitään)
  • GPS, Galileo, muut.
  • Mittaustulosten tarkentaminen

Vesa Nieminen: GSM-verkon tietoturvan haasteet

Esitykset on siirretty viikolle w19.

w18 Viranomaisverkot: TETRA

Markus Räikkönen: aihe ilmoitetaan myöhemmin

Juha Hirvonen: Teräväpiirtotelevisio HDTV.

Markus Räikkönen: Miten langaton tiedonsiirto syntyi

Juha Hirvonen: Teräväpiirtotelevisio HDTV.

• 2007-05-15 12:15 h2006

Esitelmän (30 min - 1 h) lisäksi jokainen kirjoittaa Wikipediaan yhteensä noin liuskan verran omasta aiheesta. Jos et halua julkaista vapaalla lisenssillä, voimme sopia muista järjestelyistä. Omat muokkaukset palautetaan Wikipedian lisäksi paperilla esitelmän yhteydessä, itse kirjoitettu osuus merkittynä marginaaliin pystyviivalla. Esitelmistä tulee myös koekysymyksiä. Esitelmän voi pitää yksin tai pareittain.

Vinkkejä esitysten aiheiksi voi katsoa vanhoilta kurssisivuilta, myös langaton tiedonsiirto tie25d13 syksy 2005 ja langaton tiedonsiirto tie25d15 kevät 2006 sekä Langaton tiedonsiirto tie25d15 syksy 2006.