<< >> Ylö Otsikko

3.3 Tiedonsiirto


3.3.1 Tiedonsiirtotarpeet

Teksti-data

Puhtaan ASCII-datan (tavallisen tekstin) siirtämiseen riittää suhteellisen vaatimatonkin kapasiteetti, käytännön miniminä ehkä 1200 bit/s modeemilinja. Pakkauksella tekstitiedon siirtonopeutta voidaan oleellisesti nostaa hitaankin linjan yli. Ilman erikoisjärjestelyjä (asiakkaalle valmiiksi ladatut grafiikkaprimitiivit tms.) grafiikan järkevänä alarajana voidaan kuitenkin pitää 9600 bit/s nopeutta, joka riittää esim. X-ikkunoinnin ajamiseen, elleivät sovellukset ole kovin grafiikkaintensiivisiä. Nautittavaa työskentely ei kuitenkaan näillä nopeuksilla millään muotoa ole. WWW-käytön järkevänä alarajana pidetään 14,4 kbit/s nopeutta, mutta tällöinkään ei oletuksena kannata ladata kuvia muun sivun mukana: isompia kuvia joutuu vielä tälläkin nopeudella odottelemaan kauan. Äänitiedostot, animaatioista puhumattakaan vaativat vielä enemmän kaistaleveyttä ja ovat harvoin kovin käyttökelpoisia modeemilinjoilla, joilla saavutetaan tällä hetkellä maksimissaan 28,8 kbit/s siirtonopeus. Yleensä kuva- ja äänitiedostot ovat myös jo valmiiksi pakattuja, jolloin tiedonsiirtoprotokollan pakkausominaisuuksista ei ole mitään hyötyä vaan mahdollisesti jopa haittaa, ellei protokolla ole tarpeeksi kehittynyt ollakseen yrittämättä pakata jo kertaalleen pakattua tietoa. Useimmat nykyiset ohjelmistot eivät onneksi enää tätä yritä.

Voidaan siis sanoa, että nopeat modeemilinjat riittävät kohtuullisesti datan siirtoon nykyisen WWW:n yli, mutta suuret kuvatiedostot, ääni ja animaatio aiheuttavat jo ongelmia. Nopeammat linjayhteydet luonnollisesti nopeuttavat myös datasiirtoa ja siten esim. WWW-sivujen latautumista. Javan ja Javascriptin käyttö yksinkertaisiin animaatiohin saattaa joissakin tapauksissa vähentää kaistanleveysvaatimuksia, mutta ei suinkaan sovellu kuin joihinkin tilanteisiin, joissa animaatiota tarvittaisiin. Lisäksi nykyisissä Java-implementaatioissa on edelleen pahoja puutteita tietoturvassa.

Video

Videokuvan osuus on koko ajan kasvanut erilaisissa multimediasovelluksissa. Jos multimedia sovellusta käytetään suoraan käytössä olevalla työasemalla vaikka CD-ROM asemalta, ei verkon tiedonsiirtonopeudella ole mitään merkitystä. Mutta jos samaan aikaan halutaan vaikka saada neuvoa opettajalta/luennoitsijalta, joka sijaitsee jollakin toisella paikkakunnalla, ja johon ollaan videoneuvotteluyhteydessä tietoverkon välityksellä, vaaditaan jo melkoista siirtokapasiteettia, mikäli kuvan laadusta ei olla valmiita tinkimään. Jos samalla halutaan vielä ladata ohjelmia joltain mediapalvelimelta tai jopa mahdollisesti seurata sieltä tulevaa videokuvaa reaaliajassa, on siirtokapasiteetin vaatimus kasvanut jo useisiin megabitteihin sekunnissa.

Jos digitaalista videokuvaa (resoluutio 640 x 480; 24 bittiä/pikseli; 30 kuvaa sekunnissa) halutaan siirtää pakkaamattomana, on siirtonopeuden oltava 28 megatavua/s eli 224 megabittiä/s. Tälläisten siirtonopeuksien käyttämien videokuvan lähettämiseen on tällä hetkellä mahdotonta. Vaadittava kaistanleveys laskee huomattavasti, kun siirrettävä kuva pakataan (kompressoidaan) ennen varsinaista siirtämistä.

Kompressointi perustuu joko kuvassa olevan informaation tai redundanssin vähentämiseen. Informaation vähentämiseen perustuvia menetelmiä kutsutaan hukkaaviksi (lossy). Kun kompressoinnin yhteydessä osa informaatiosta katoaa, ei sitä enää saada takaisin. Menetelmät perustuvat ihmisen kykyyn vastaanottaa visuaalista informaatiota. Kuvasta poistetaan sellaista informaatiota, jonka puutteeseen ihmisen näköaisti ei herkästi reagoi. Ihmisen näköaisti on esimerkiksi huomattavasti herkempi kuvassa tapahtuville kirkkauden muutoksille kuin värien muutoksille.

Redundanssin eli päällekkäisen informaation poistamisella ei päästä yhtä hyviin pakkaustuloksiin kuin informaatiota poistamalla. Redundanssin poistamiseen perustuvalla tekniikalla kompressoitu kuva voidaan palauttaa alkuperäiseen muotoonsa. Tekniikkaa käytetäänkin pääasiassa sovelluksiin, jossa siirrettävän kuvan on vastattava alkuperäistä mahdollisimman tarkasti. Redundanssin poistoon perustuvia menetelmiä ei yleensä käytetä liikkuvan kuvan kompressointiin.

Yleisimmät liikkuvan kuvan kompressointimenetelmät ovat liikekompensoituja, eli ne käyttävät hyväkseen peräkkäisten kuvien välistä riippuvuutta. Tälläisiä ovat mm. MPEG-1 ja -2 (Moving Picture Experts Group), MJPEG (Motion Joint Photographic Experts Group) ja erityisesti videoneuvotteluisssa käytetty H.261. Liikekompensoiduissa menetelmissä käytetään kokonaisia kuvia, vain muutoksen suhteessa edellliseen kuvaan sisältäviä kuvia, ja joissain tapauksissa vain liikevektorit sisältäviä kuvia. Kokonaisia kuvia nimitetään intra-kuviksi ja vain muutoksen sisältäviä inter-kuviksi. Yksinkertaisimmilaan inter-kuvat lasketaan ainoastaan peräkkäisten kuvien välisenä erotuksena. Monimutkaisemmissa liikkeentunnistukseen perustuvissa ennustusmenetelmissä pyritään löytämään liikkeen suunta peräkkäisissä kuvissa, jolloin joudutaan tallentamaan ainoastaan liikevektorit. Kuvien keskinäinen suhde riippuu halutusta kuvan laadusta ja virkistystaajuudesta. Mitä useammin lähetään kokonaisia intra-kuvia, sen paremmaksi saadaan kuvan laatu, mutta samalla vaadittava kaistanleveys kasvaa.

MPEG-1 standardissa, jonka laajennus MPEG-2 on, käytetään siirtonopeutena tavallisesti 1.5 Mbit/s, joka riitää tyydyttävän laatuisen kuvan lähettämiseen. MPEG-2 on kompressiomenetelmä, jota tullaan käyttämään digitaalisessa televisiossa. Tavallista TV-kuvaa vastaava kuvan laatu saavutetaan siirtonopeudella 4-10 Mbit/s ja HDTV laatuiseen kuvaan vaaditaan 20 Mbit/s. H.261 standardi on alun perin suuniteltu ISDN-yhteyksille, joten siinä käytetty siirtonopeus skaalautuu 64 kbit/s monikerroille. Usein siitä käytetäänkin nimitystä p*64, jossa p voi olla 1 -30. Skaalautuvuutensa ansiosta se soveltuu helposti käytettäväksi monilla eri siirtonopeuksilla. Käytettäessä pientä kuvaa, päästää tyydyttävään kuvan laatuun jo melko alhaisilla siirtonopeuksilla. MJPEG poikkeaa edellisistä jossain määrin koska se perustuu JPEG-standardiin, joka on alunperin suunniteltu still-kuvien pakkaamiseen, eli jokainen kuva pakataan omana yksilönään. Käytettäessä MJPEG:iä ei päästä yhtä hyviin pakkaustuloksiin kuin varsinaisilla videokuvan pakkaamiseen tarkoitetuilla menetelmillä. [4]

Ääni

Digitoidun äänen siirrossa vaadittava kaistanleveys on huomattavasti pienempi verrattuna videokuvan lähettämiseen. CD-tasoisen äänen siirtämisessä vaadittava siirtonopeus on puolentoista megabitin luokkaa sekunnissa. Puhelintasoisen äänen siirtäminen käytettäessä esimerkiksi G.711 standardin mukaista koodausta vaatii 64 kbit/s. Vastaavaan äänen laatuun päästään myös useilla muilla ITU-T:n määrittelemillä standardeilla kuten G.728:lla, joka käyttää neljä kertaa vähemmän kaistaa kuin G.711. Muita puheen koodauksessa käytettäviä standardeja ovat mm. GSM (Global System for Mobile telecommunication), LPC (Linear Predictive Coding) ja CELP (Code Excited Linear Predictor). LPC ja CELP koodausta käytetään lähinnä tietokoneäänen luomiseksi. GSM on digitaalisissa matkapuhelimissa käytetty koodausstandardi, mutta hyvän pakkaussuhteen ansiosta sitä käytetään myös videoneuvottelusovelluksissa.

Musiikin koodaukseen eivät edellä mainitut puheenkoodausstandardit sovellu. Niiden alhainen näytteenottotaajuus ja dynamiikka estävät niiden käytön musiikin pakkaamisessa. Musiikin pakkaamisessa voidaan käyttää esimerkiksi MPEG-äänenpakkausmenetelmää, joka perustuu ihmiskorvan taajuus- ja aikapeittoon. MPEG-1 äänikoodaus on jaettu kolmeen eri tasoon erilaisia käyttötarkoituksia varten. Tasolla I pakkaustaso on kaikkein heikoin ja tasolla III kaikkein tehokkain. Vastaavasti äänen laatu heikkenee tehokkaampia pakkausmenetelmiä käytettäessä. Tehokkaan pakkaustason ansiosta taso III sopii hyvin käytettäväksi tietokoneverkoissa tapahtuvassa tiedonsiirrossa. [5]

3.3.2 Siirtotieympäristö

Modeemiyhteydet

Halvinta ja yleisintä teknologiaa tiedonsiirrossa edustavat modeemit. Nämä ovat laitteita, jotka muuttavat digitaalisen tiedon analogiseksi, normaalia puhelinverkkoa pitkin lähetettäväksi signaaliksi, ja vastaanottajapäässä muuntavat signaalin jälleen alkuperäiseen digitaaliseen muotoon. Usein ne myös pakkaavat siirrettävän tiedon (MNP5) ja pyrkivät korjaamaan siirrossa tapahtuvia virheitä automaattisesti (MNP1-4).

Modemien siirtonopeudet vaihtelevat laajasti, käytännössä nykyään on valinnaisilla linjoilla käytössä nopeuksia väliltä 1200 bit/s (V.22) - 28,8 kbit/s (V.34). Analogisen puhelinverkon kapasiteettia rajoittaa mm. käytettävissä oleva taajuusalue (300 Hz - 3,4 kHz) sekä verkon kohina. Valinnaisilla linjoilla käytetään normaalisti asynkronisia tiedonsiirtoprotokollia kaksisuuntaisesti. Nykyiset modeemit neuvottelevat käyttäjälle läpinäkyvästi tiedonsiirtoon käytettävän nopeuden sekä mahdolliset virheenkorjaus- ja pakkausprotokollat.

Käytännössä nopeus modeemitiedonsiirrossa lienee vielä 14,4 kbit/s, mutta 28,8 kbit/s modeemit ovat nopeasti yleistymässä ja niiden hinta on tullut jo yksityiskäyttäjienkin ulottuville. Yhdessä pakkauksen (MNP5) kanssa 28,8 kbit/s mahdollistaa ASCII-datan siirron nopeudella, joka on vertailukelpoinen (BRI) ISDN:n kanssa. Valitettavasti MNP-pakkausta ei yleensä kannata käyttää jo valmiiksi pakatulle (mm. GIF, JPEG, MPEG) datalle, jota tyypillisesti WWW-sivu tai multimedia sisältää. Tehollinen tiedonsiirto saattaa siitä jopa hidastua. Koska jo 28,8 kbit/s alkaa hyödyntää tavallisen analogisen puhelinverkon kapasiteetin kokonaan ja vaatii toimiakseen varsin häiriöttömät linjayhteydet, ei ole odotettavissa että perinteisten modeemien ja valinnaisen puhelinverkon ylitse voitaisiin päästä paljon suurempaan siirtokapasiteettiin. Siirtymällä valinnaisista linjoista kiinteisiin yhteyksiin voidaan siirtonopeutta kasvattaa, mutta kustannus/hyötysuhde ISDN:ään verrattuna on tällöin selvitettävä tapauskohtaisesti.

Modeemiyhteyksien varaan voidaan siis rakentaa vain verrattain vaatimattomia multimediasovelluksia, tai hybridejä, joissa varsinainen multimediadata haetaan asiakkaan päässä CD-ROMilta ja ohjausdata sekä teksti-informaatio tulee tietoverkkoa pitkin. Todellisen multimedian, hyvätasoisen äänen ja videokuvan välittämiseen kaistaleveys ei kuitenkaan tule riittämään. Paljon tekstiä ja kohtuullisesti kuvia käyttävät www-pohjaiset sovellukset toimivat riittävän hyvin, olettaen että puhelinverkko on tarpeeksi hyvätasoinen suuren linjanopeuden jatkuvaan käyttämiseen ja modeemit molemmissa päissä linjaa ovat riittävän yhteensopivia. Valitettavasti näin ei aina ole asian laita, vaikka Suomen puhelinverkko onkin pitkälti digitalisoitu ja hyvätasoinen. Huonolaatuiset johtimet, erityisesti maaseudulla avojohdot, ja analogiakeskukset voivat paikoin vielä aiheuttaa häiriöitä, ja varsinkin uusimpien nopeiden modeemien kohdalla (V.34) standardin toteutukset saattavat vaihdella niin paljon, ettei koko siirtoyhteyden potentiaalia voida hyödyntää.

Integrated Services Digital Network (ISDN)

Kun analogista puhelinverkkoa käytetään tietoliikenneyhteyksiin, tarvitaan siirtotien kummassakin päässä modeemi, joka muuntaa tietokoneen digitaalisen viestin analogiseksi ja yhteyden toisessa päässä takaisin digitaaliseksi. Tämä muunnos hidastaa tiedonsiirtoa.

ISDN (Integrated Services Digital Network) on analogista puhelinverkkoa kehittyneempi palveluverkko, joka perustuu kokonaan digitaaliseen siirtotekniikkaan. Olemassaolevan puhelinverkon digitalisointi on Suomessa hyvin pitkällä. Esimerkiksi pääkaupunkiseudulla 90 prosenttia puhelinliittymistä voidaan muuttaa digitaalisiksi. Useimmissa tapauksissa siirtyminen ISDN:ään ei vaadi muutoksia keskusjärjestelyissä tai kaapeloinnissa. Hankitaan toimipisteeseen vain ISDN-verkkopääte, joka liitetään puhelinpistokkeeseen.

Digitaaliverkossa on helpompi toteuttaa lisäarvopalveluja ja poistaa siirtovirheitä, jolloin puheluissakin äänen laatu on parempi. Erityisesti datasiirrossa digitaalisuudesta on hyötyä, esimerkiksi yhteyden luominen on nopeampaa. Yhteys analogisella modeemilla Internet-palveluihin saattaa kestää jopa puoli minuuttia, mutta toimivalla ISDN-ratkaisulla kytkeytymisaika on muutamia sekuntteja.

ISDN-verkossa on kahdenlaisia liittymiä. S0-liittymässä, joka tunnetaan myös nimellä Basic Rate Interface (BRI), on kaksi rinnakkaista data-/puhelinyhteyttä mahdollistavaa 64 kbit/s kanavaa ja yksi 16 kbit/s merkinantokanava (2B+D). S1-liittymä sisältää 30 B-kanavaa ja merkinantokanavan, jolloin päästään 2 Mbit/s kaistanleveyteen. Silloin puhutaan Primary Rate Interface (PRI) liittymästä. Asiakkaan siirtonopeuden tarpeista riippuen kanavien määrä voi vaihdella 2:den ja 30:nen välillä. Esimerkiksi voidaan yhdistää kolme S0-liittymää, jolloin saavutetaan 384 kbit/s kaistanleveys. Tarvittaessa yhtä kanavaa voidaan käyttää perinteiseen puhelinliikenteeseen samanaikaisesti kun toisilla kanavilla siirretään muuta digitaalista informaatiota.

ISDN-verkkopääte huolehtii yhteydenmuodostuksesta ja tiedonsiirrosta yhteyden aikana. Yksittäisessä PC:ssä tämä laite on joko siihen asennettava ISDN-kortti tai tietokoneen sarja- tai rinnakkaisporttiin kytkettävä ISDN-sovitin. Kortit voivat olla sekä aktiivisia että passiivisia. Aktiivisilla on enemmän omaa tietojenkäsittelykapasiteettia, jolloin ne pystyvät tehokkaampaan tiedonsiirtoon ja näin vapauttavat mikron kapasiteettia muihin tehtäviin. Passiivisten korttien toiminta perustuu mikrossa suoritettavaan ohjelmaan, joka saattaa hidastaa muita sovelluksia. Kun taas kokonainen lähiverkko halutaan kytkeä ISDN-verkkoon, tarvitaan verkkopäätteeksi reititin. On myös muistettava, että yhteyden molemmissa päissä on oltava ISDN-päätelaite. Esimerkiksi palveluja käyttävän ISDN-verkkopääte kommunikoi Internet-palveluja tarjoavan operaattorin ISDN-soittosarjaan.

Päätelaitteiden lisäksi tulee hankkia verkko-operaattorilta ISDN-liittymä, joka on suhteellisen edullinen vaihdettaessa analogisesta liittymästä digitaaliseen. Näiden kustannusten lisäksi verkko-operattori veloittaa ISDN-palvelusta kuukausimaksun ja puhelukohtaiset korvaukset. Varsinaisesta Internet-palvelusta laskutetaan erikseen liittymis-, kuukausi- ja käyttömaksu. Eri operaattoreiden maksut vaihtelevat alueellisesti ja asiakkaan tarpeiden mukaisesti. Laskun lopullinen suuruus on aina verrannollinen yhteysaikaan. Tilanteesta riippuen verkko- ja palveluoperaattori ovat joko sama tai eri yritys. [6]

Kiinteät yhteydet

Kiinteät yhteydet koostuvat erilaisista puhelinverkon siirtojärjestelmistä ja yhteystyypeistä. Jatkuva tiedonsiirto on mahdollista, kun ensin verkko-operaattorilta on vuokrattu kiinteä linja. Yhteydelle asetettu siirtonopeus vaihtelee asiakkaan toiveiden mukaisesti.

Vanhin tapa toteuttaa kiinteä datayhteys on käyttää standardien mukaisia kantoaaltomodeemeja. Niillä voidaan siirtää informaatiota enintään 14,4 kbit/s nopeudella, mutta toisaalta niillä pystytään siirtämään erittäin pitkiäkin matkoja yleisen puhelinverkon puhekanavissa. Puhelinverkon digitalisoitumisen ja uusien siirtojärjestelmien seurauksena kantoaaltomodeemien käyttö kiinteissä yhteyksissä on vähentynyt.

Tilalle on tullut kantataajuinen siirto. Kantataajuisessa tiedonsiirrossa datapäätelaitteen lähettämää informaatiota ei moduloida siirtokanavaan, vaan se lähetetään linjalle sellaisenaan sopivasti koodattuna. Kantataajuusmodeemit suorittavat tarpeellisen koodauksen ja linjasovituksen. Siirtonopeudet ovat olleet alussa 600-19200 bit/s. Nykyisissä kantataajuusmodeemeissa käytetään jo yleisesti 64 kbit/s ja sen kerrannaisnopeuksia aina 2 Mbit/s siirtonopeuteen saakka. [7]

Näiden modeemien avulla rakennetaan asiakkaalta kiinteitä yhteyksiä verkko-operaattorien palveluverkkoihin, joiden kautta voidaan olla yhteydessä muihin verkon pisteisiin. Yhteydet voivat olla maailman laajuisia tai organisaation sisäisiä asiakkaan tarpeiden mukaisesti, fyysisellä etaisyydellä ei ole merkitystä.

Frame relay eli kehysvälitys on eräs tapa yhdistää erillisiä verkkoja. Frame relay-tekniikkaa käyttäen monet suomalaiset yritykset ovat rakentaneet valtakunnallisia konserniverkkoja, jotka yhdistävät eri puolilla maata olevat toimipisteet. Käytännössä verkot toteutetaan yleensä siten, että tilaajan lähiverkkoon kytketään silta tai reititin. Nämä laitteet liitetään kiinteällä modeemiyhteydellä verkko-operaattorin frame relay-solmuun. Verkko tarjoaa kiinteiden yhteyksien kaltaisia pysyviä virtuaaliyhteyksiä.

Ennen kuin siirrytään optiseen tiedonsiirtoon täytyy nykyistä verkkoarkkitehtuuria hyödyntää. Erityisesti viimeiset metrit asiakkaalle ovat vielä pitkään vanhan verkon varassa. Sen vuoksi on kehitetty uusia teknologioita laajakaistaiseen tiedonsiirtoon. Erilaiset digitaaliset (Digital Subscriber Line) tekniikat pystyvät kuljettamaan laajakaistapalveluja olemassa olevassa parikaapeliverkossa. Näillä nykyaikaisilla menetelmillä saavutetaan muutamien Mbit/s siirtonopeus muutamien kilometrien etäisyyksillä. Nopeuden vaihteluun vaikuttavat käytetty siirtotekniikka, siirtoetäisyys ja parikaapelin ominaisuudet.

Parikaapelin taajuuskaistasta on puhelinliikenteessä käytetty vain osa, 300 Hz:stä 3,4 kHz:iin. Digitaalisen signaalikäsittelyn avulla voidaan kaistaa hyödyntää tehokkaammin. Suurempia nopeuksia voidaan siirtää samanaikaisesti analogisen puhelinsignaalin kanssa.

Muutamia tekniikoita on jo olemassa tai niitä kehitellään parhaillaan, kuten High-speed Digital Subscriber Line (HDSL) ja Very High-speed Digital Subscriber Line (VHDSL). HDSL järjestelmä tarjoaa kaksisuuntaista tiedonsiirtoa kahdella tai kolmella kierretyllä parikaapelilla. Sillä saavutetaan muutaman kilometrin etäisyyksiä ilman toistimia 2 Mbit/s nopeuteen saakka. VHDSL:n tavoitteena on tarjota vähintään 10 Mbit/s kaksisuuntainen siirtotie lyhyillä muutaman sadan metrin etäisyyksillä. Yhteys toteutetaan yhdellä parikaapelilla.

Tällähetkellä ehkä kiinnostavin ja kehittynein tekniikka on Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL). Se tarjoaa asymmetrisen kapasiteetin tilaajalle eli siirtonopeudet ovat erilaiset suunnasta riippuen. Kaista keskuksesta asiakkaalle vaihtelee 1,5:sta 6:teen Mbit/s. Paluukanava tarjoaa 16-640 kbit/s siirtonopeuden. Halutusta kapasiteetista molempiin suuntiin ja siirtotien fyysisistä ominaisuuksista riippuen siirtoetäisyydet vaihtelevat 2-8 kilometriin. [8]

Nykyään vaaditaan tiedonsiirtoverkoilta yhä enemmän siirtokapasiteettia. Tämän vuoksi on jouduttu kehittämään erilaisia tiedonsiirtovälineitä ja verkkoja. Eräs fyysinen siirtotievaihtoehto on valokaapeli, joka otettiin Suomessa käyttöön vuonna 1979 ja tästä lähtien on valokaapelin käyttö ollut kasvavaa sekä Suomessa että muualla maailmassa.

Valokaapelin (optical fiber cable) ydin on valmistettu lasista ja ohutta lasikuitua suojataan erillisellä suojakerroksella. Valokaapelia on kahta päätyyppiä monimuotokuitu (multi mode fibre) ja yksimuotokuitu (single mode fibre). Monimuotokuitu on tavallisin kaapeli lähiverkkokäytössä, mutta vaativissa kohteissa käytetään kalliimpaa ja ominaisuuksiltaan korkealuokkaisempaa yksimuotokuitua. [9] Eri tyyppeihin jako tapahtuu sen mukaan, millainen taitekerroinprofiili kuidussa on ja miten valo sen perusteella etenee kuidussa. Useita valokuituja asennetaan yleensä samaan kuoreen.

Valokuitukaapeli ei käytä sähköisiä signaaleja vaan valosignaaleja. Tästä on sekä etua että haittaa. Positiivisina puolina pidetään seuraavia asioita 1) kaapelia on hankala salakuunnella 2) kykenee suuriin siirtonopeuksiin ja pitkiin etäisyyksiin 3) ei ole kovinkaan herkkä sähköisille tai magneettisille häiriöille. Haittapuolia ovat 1) asennuksen kalleus 2) jatkosten tekeminen hankalaa 3) tarvitaan laitteita jotka kääntävät valosignaalit sähköksi.

Valokuitukaapelissa valoa voidaan lähettää vain yhteen suuntaan kerralla. Kahteen suuntaan kommunikoitaessa joudutaan käyttämään kaksinkertaisia valokuituja. Valo tulee yleensä valodiodista, joka sijaitsee sisäänrakennettuna lähettäjän valokuituliittimessä. Vastaanottopäässä fototransistori tulkitsee valon ja muuntaa sen sähköiseksi signaaliksi. Valokuiduilla päästään suureen siirtonopeuteen, mikä onkin tarpeen siirrettäessä videota, ääntä ja dataa yhtäaikaa verkoissa. Valokuitulaitteistojen hinnat laskevat jatkuvasti, niinpä valokuidusta alkaa muodostua yhä varteenotettavampi vaihtoehto. [10]

Optinen tiedonsiirto perustuu siihen , että signaali lähetetään valon muodossa optista kuitua pitkin lähettimestä vastaanottimeen. Lähettimen tehtävänä on muuntaa siirrettäväksi haluttu sähköinen signaali valon muotoon ja sovittaa se optiseen kuituun. Vastaanotin ottaa valon vastaan ja muuntaa sen käytettyjen laitteistojen vaatimaan sähköiseen muotoon. Tämän jälkeen signaalia voidaan jatkokäsitellä halutulla tavalla. Kuituyhteydelläkin syntyy luonnollisesti vaimennusta. Kokonaisvaimennus koostuu kuidun vaimennuksesta, jatkosvaimennuksista ja liitosvaimennuksista. Kokonaisvaimennus on otettava huomioon, sillä vastaanotettavan tehotason on oltava riittävän suuri, jotta vastaanotin voisi sen tunnistaa. Olennainen asia on myös yhteyden kaistanleveys. Kaistanleveys ilmoittaa suurimman mahdollisen siirrettävän taajuuden, joka puolestaan määrää suurimman siirtonopeuden digitaalisessa siirrossa. [11]

Optisen kuidun tiedonsiirtokyky on valtavan suuri. Monimuotokuidulla päästään useiden satojen Mhz:ien kaistanleveyteen yhden kilometrin siirtoetäisyydellä. Luonnollisesti kaistanleveys pienenee siirtoetäisyyden kasvaessa. Pieni vaimennus ja suuri kaistanleveys ovatkin kuidun ylivoimaiset siirtotekniset edut kaikkiin kuparijohtimisiin kaapeleihin ja kaapelijärjestelmiin nähden. Suuri kaistanleveys onkin tarpeen, koska nykyään tarvitaan yhä suurempia siirtonopeuksia esim. videon välittämiseen tietoverkoissa. Pienestä vaimennuksesta taas on hyötyä siirrettäessä tietoa pitkiä matkoja kaukoverkkoyhteyksillä, jolloin signaalia ei trvitse vahvistaa kovin usein. Myös kasvavat käyttäjämäärät edellyttävät verkoilta suuria siirtonopeuksia, jotta yhteydet olisivat käyttökelpoisia edes perinteisessä puhelinliikenteessä.

Tietoliikenteen ja viestinnän tarpeet ovat vauhdittaneet ja tulevat vauhdittamaan optoelektroniikan kehitystä. Optoelektroniikka mahdollistaa suurten tietomäärien tehokkaan siirtämisen jo nyt. Kuituoptiikkaa käytetään jo nyt usein hyväksi pitkien etäisyyksien tiedonsiirtoon. Komponentti- ja laitetekniikan halventuessa ja toisaalta siirtotarpeen lisääntyessä mm. multimediasovellutusten myötä myös lyhyen matkan valokuitupohjainen tiedonsiirto lisääntyy. Siirtoverkot muuttuvat täysoptisiksi, jolloin muunnokset sähköisestä optiseen muotoon ja takaisin tehdään verkon päissä, mutta ei enää välillä olevissa solmuissa tai haaroittimissa. Verrattuna tämänhetkiseen muutaman gigabitin/s siirtonopeuteen pidetään kymmenien gigabittien siirtonopeuksia optisessa verkossa saavutettavina ensi vuosituhannen alussa ja jopa 1000 gigabitin/s siirtonopeutta tavoitellaan. [12, 13, 14] Kuidut, kuituvahvistimet ja kuitulaserit kehittyvät, samoin integroitua optiikkaa hyödyntävät komponentit kuten haaroittimet ja kanavointilaitteet. [p]

Asynchronous Transfer Mode (ATM)

ATM on alunperin ITU-T:n määrittelmä verkkostandardi. Se on monipalveluverkko, jonka avulla voidaan siirtää erityyppistä informaatiota, kuten tekstitiedostoja, puhetta, kuvia ja jopa videokuvaa. ATM:n kyky toimia siirtotienä monenlaiselle informaatiolle perustuu siinä käytettyihin kiinteänmittaisiin soluihin. Yksi ATM-solu on kooltaan 53 tavua, joista 5 on varattu otsikolle. Kun solujen koko on ennalta määrätty, niiden eteenpäin välittäminen kytkimissä voidaan suorittaa erittäin nopeasti kytkentämatriisien avulla. Myös solujen pieni koko on omiaan vähentämään kytkennän aikana tapahtuvaa viivettä.

ATM:n avulla siirtonopeudet saadaan nousemaan useisiin kymmeniin megabitteihin sekunnissa. Esimerkiksi FUNET on yhdistänyt Suomen korkeakoulut ja yliopistot ATM- yhteydellä, jossa siirtonopeus on maksimissaan 34 megabittiä sekunnissa. Suomessa ollaan muutenkin edellä kävijöitä ATM-tekniikassa, sillä maailman suurin tuotantokäytössä oleva ATM-verkko on tiettävästi KELA:lla. Tulevaisuudessa valmistajat ja operaattorit tähtäävät kuitenkin huomattavasti suurempiin siirtonopeuksiin, kuten 155:een ja 622:een megabittiin sekunnisssa. Perinteisillä tietoliikenneyhteyksillä, kuten modeemilla ja kiinteällä yhteydellä siirtonopeudet vaihtelevat muutamasta kilobitistä aina kahteen megabittiin sekunnissa. Lisääntymässä olevan ISDN-liittymän avulla päästään 128 kilobittiin sekunnissa käytettäessä yhtä linjaa. Käyttämällä useampaa linjaa yhtäaikaisesti saavutetaan suurempia siirtonopeuksia. Millään näistä ei kuitenkaan päästä ATM:n tarjoamiin siirtonopeuksiin.

Tällä hetkellä ATM:ää käytetään lähinnä runkoverkoissa, mutta sen osuus myös lähiverkkoratkaisuna tulee tulevaisuudessa lisääntymään yhä enenevässä määrin. Kun perinteiset lähiverkkoteknologiat, kuten Ethernet ja Token-Ring, perustuvat jaettuun mediaan, saa jokainen ATM-käyttäjä koko kaistanleveyden omaan käyttöönsä keskittimeen/kytkimeen asti. Siitä eteenpäin voidaan yhteys hoitaa edelleen nopeammalla ATM-siirtoyhteydellä. Kun lähiverkoissa ja kaukoverkoissa käytetään samaa tekniikkaa, vältytään turhilta muunnoksilta eri protokollien välillä ja kytkentä saadaan nopeammaksi.

ATM-tuotteiden kehittymisen myötä jo olemassa olevaa sisäkaapelointia voidaan joissakin tapauksissa käyttää siirryttäessä ATM:n käyttöön lähiverkoissa. Koska ATM on kytkentäinen tekniikka, täytyy kaikki päätelaitteet liittää suoraan ATM- keskittimeen, jolloin olemassa olevaan lähiverkkokaapelointia ei voida käyttää työasemien ketjuttamiseen kuten Ethernet:issä. Olemassa olevaa parikaapelointia voidaan kuitenkin joissain tapauksissa käyttää esimerkiksi keskittimien ja kytkinten liittämisessä toisiinsa.

Tällä hetkellä ATM tulee kuitenkin vielä kalliimmaksi kuin perinteiset ratkaisut, kuten Ethernet tai Token-Ring. Esimerkiksi ATM-sovittimet ovat huomattavasti kalliimpia kuin Ethernet-verkkokortit. Samalla joudutaan hankkimaan myös vähintään työryhmäkytkin, jos aiotaan yhdistää enemmän kuin kaksi työasemaa toisiinsa. Nykyiset työryhmäkytkimet ovat usein moniprotkollakytkimiä, jolloin niihin voidaan suoraan liittää esimerkiksi sekä ATM- että Ethernet-liittimiä, ja kytkin hoitaa automaattisesti protokollan tunnistuksen. Eli kaikkia työasemia ei ole pakko päivittää kerralla, vaan osassa työasemista voidaan edelleen käyttää Ethernet-liittymää. Samalla saadaan kuitenkin kytkentäisen Ethernetin edut käyttöön. Tulevaisuutta ajatellen ATM:n käyttöönotto jo tässä vaiheessa alkaa olla kannattavaa, jos rakennetaan kokonaan uutta verkkoa tai aletaan päivittämään olemassa olevaa verkkoa esimerkiksi muuttamalla sitä kytkentäiseksi..

ATM-yhteys luodaan ainoastaan päätelaitteiden välillä. Toinen päätelaite ehdottaa yhteyden muodostamista määrätyillä parametreilla ja jos toinen päätelaite hyväksyy ehdot ja ne voidaan vallitsevassa verkkotilanteessa toteuttaa, muodostuu päätelaitteiden välille yhteys. Se on voimassa koko käytön ajan sovituilla parametreilla.

Puhtaasti ATM-rajapintaa käyttäviä sovelluksia ei vielä tällä hetkellä juurikaan ole ja koko ATM tarjoamaa tiedonsiirtokapasiteettia ja ominaisuuksia ei voida vielä kunnolla hyödyntää. Jotta ATM:stä saataisiin paras mahdollinen hyöty irti , tulisi se kuljettaa niin pitkälle varsinaiselle käyttäjäjälle kuin mahdollista. Ideaalisena ratkaisuna jopa käyttäjän oma sovellus hyödyntäisi suoraan ATM-rajapintaa, jolloin kaikki turha emulointi saataisiin kuluttamasta siirtokaistaa. Samalla ATM:n tarjoamia palveluluokkia voitaisiin käyttää tehokkaammin.

TV-verkko

Kaapelitelevisioverkko perustuu perinteisesti puumaiseen rakenteeseen ja koaksiaalikaapeliin. Tällaisella yhteisantennijärjestelmällä päästään 450 MHz:n kaistanleveyteen. Kun esimerkiksi PAL-järjestelmässä yhden kanavan vaatima kaistanleveys on 8 MHz, analogisia kanavia saadaan käyttöön muutamia kymmeniä.

Tiedonsiirto kaapelissa on yleensä yksisuuntaista. Koska kaapeli-TV-verkot on suunniteltu pelkästään ohjelmien lähettämiseen eivätkä tue kahdensuuntaista liikennettä, vuorovaikutteisuuden saavuttamiseksi kaapeli-TV-verkkoa täytyy uudistaa tai käyttää jotain muuta siirtotietä. Jos paluukanava toteutetaan samassa siirtotiessä, pitää myös mahdolliset häiriötekijät ottaa huomioon.

KAMU 10 -projektissa tarkastellaan interaktiivisia palveluja kaapelitelevisioverkossa. Erilaisten palvelujen kuten uutisten, pelien, kotiostosten ja etäopiskelun paluukanava toteutetaan joko jo olemassa olevalla puhelinverkolla tai kaapeliverkkoa parantamalla. Kaapelimodeemeilla voidaan saavuttaa 10-40 Mbit/s nopeus informaation levityksessä ja 10 kbit/s - 2 Mbit/s nopeus paluukanavalla. Etäisyyteen vaikuttaa tilaajien lukumäärä. On arvioitu, että palvelujen käyttö tapahtuu 80-90 prosenttisesti paikallispalvelimella. Koe alkaa vuoden 1996 lopulla, kun Pasilan osaverkon kaksisuuntaistaminen on valmis. Palvelukokeilut alkavat vuonna 1997.

Valokaapeli on operaattoreille eräs tapa lisätä kapasiteettia. Valokaapelia on käytetty jo runkoverkoissa ja uutta verkkoa rakennettaessa valokuitu lähestyy jatkuvasti asiakasta. Tällaista uutta arkkitehtuuria kutsutaan nimellä Hybrid Fiber Coax (HFC). Sillä saadaan vahvistimen määrää vähennettyä ja samalla luotettavuutta lisättyä. Lisäksi paluukanavalle saadaan lisää kaistanleveyttä. Kun valokuidulla päästään kadunreunaan, puhutaan Fiber To The Curb (FTTC) järjestelmästä. Viimeiset metrit asiakkaalle voidaan rakentaa joko koaksiaali- tai parikaapelista. Joskus tulevaisuudessa valokuitu saattaa ulottua asiakkaalle saakka, Fiber To The Home (FTTH). [8]

Kaapeli-TV-verkon hyvä ominaisuus on juuri sen laajakaistaisuus. Hyvälaatuista kuvaa ja ääntä pystytään siirtämään, mutta ongelmia tuovat asiakkaiden suuri määrä ja paluukanava. Huonona puolena voidaan pitää myös verkon kattavuutta, verkkoa on rakennettu vain suurissa taajamissa ja kaupungeissa. Suomen kotitalouksista kolmasosa on liitetty kaapelitelevisioverkkoon.

Maanpäällisen televisioverkon voidaan olettaa kattavan kaikki alueet taajamista haja-asutusalueille. Se käyttää tiedonsiirtoon perinteisesti analogista signaalia ja siirtotienä radioaaltoja. Muuten periaate on samanlainen kuin kaapeli-TV-verkossa, mutta häirötekijät siirtotiellä ovat erilaisia. On myös muistettava, että radiotaajuudet ovat rajallinen luonnonvara useiden eri käyttötarpeiden vuoksi.

Jotta radiotaajuudet tulisivat hyödynnettyä tehokkaasti, voidaa normaalien TV-lähetysten ohessa siirtää erilaista dataa. Tästä esimerkkinä on koulukanava-palvelu, jonka ovat yhteistyössä kehittäneet opetusministeriö, Yleisradio, Finnet-yhtiöt ja Mikkelin ammattioppilaitos. Siirtotienä käytetään Yleisradion TV-verkkoa. Tiedon vastaanottaminen tapahtuu mikrotietokoneella, joka on kytketty normaaliin antennipistokkeeseen dekooderin välityksellä. Dekooderi muuntaa signaalin tietokoneen ymmärtämään muotoon. [q]

Tällainen tiedonsiirto on yksisuuntaista, mutta paluukanavan voi rakentaa jonkin toisen siirtotien avulla. Esimerkiksi analoginen modeemi ja puhelinlinja antavat mahdollisuuden ottaa yhteyden ulkomaailmaan.

Tällä hetkellä puhutaan paljon lähetysten digitalisoinnista. Se lisää kanavien ja sitä kautta informaation määrää. Myös siirtotien aiheuttamat virheet vähenevät. Arvioiden mukaan yhden analogisen TV-kanavan muuntaminen digitaaliseksi toisi neljä samanlaatuista TV-kanavaa lisää. Jos laadusta voidaan tinkiä, saadaan useampia kanavia käyttöön. Ehkä tunnetuin tiedonsiirtokapasiteettia kasvattava tehokas kompressiomenetelmä on MPEG (Moving Pictures Expert Group).


<< >> Ylö Otsikko