S-38.105 Tietoliikennetekniikan perusteet 1. luento 20.1.2005 Kurssin ja henkilöstön esittely. Televerkkojen kehitys historian hämäristä nykypäivään. ------------------------------------------------------------- Tietoliikenneverkot * syntyneet ihmisten välisestä kommunikointitarpeesta * keskeiset kysymykset - miten siirtää tietoa - minne tieto pitäisi siirtää, eli kuinka vastaanottaja löydetään ja tavoitetaan Määritelmä: siirtoteiden ja solmujen yhdistelmä, joka muodostaa teleyhteyksiä kahden tai useamman käyttäjän välille tietoliikennettä varten Ennen sähköisen viestinnän aikakautta * persialaisten huutoketjut ajanlaskun alussa - viesti eteni noin 20 km/h - myös optisia viestejä: savu- ja tulimerkit * optiset lennätinverkot - perustuivat kaukoputkien käyttöön - kehittäjiä Claude Chappe Ranskassa ja Edelcrantz Ruotsi-Suomessa (1790-luvulla) - otettiin laajemmin käyttöön 1800-luvun alussa - Suomen etelärannikolle optinen lennätinyhteys Krimin sodan aikaan v. 1854-56, joka purettiin sodan päätyttyä sähköisen lennättimen alta pois Sähkölennätin * keksitty 1800-luvun alussa - Morse: relepiirin eli "vahvistimen" idea 1836 - keksinnön läpimurto 1844, minkä jälkeen lennätinverkot yleistyivät kaikkialla - ensimmäinen toimiva Atlantin alittava kaapeli 1858 (1866) * kehitys Suomessa -optisen lennätinverkon kokemuksia käytettiin hyväksi uuden verkon rakentamisessa -Helsinki-Pietari-lennätinyhteys vuonna 1855 -kaikki tärkeimmät paikkakunnat verkon piiriin vuoteen 1889 mennessä Puhelin * periaate "ilmassa" sähkömagnetismin tuntemuksen lisääntyessä Charles Bourseul (1854): "Eikö olisi mahdollista lähettää sana sähköisesti siten, että jos se puhutaan Wienissä niin se kuullaan Pariisissa? Se voisi tapahtua esim. siten, että puhutaan lähellä löysästi kiinnitettyä levyä, joka puheen johdosta värähtelee ja sulkee ja avaa paristosta tulevan yhteyden. Toinen levy etäällä tekee samat liikkeet." - A.G. Bell patentoi "parannetun lennättimen" 1876, esittely Philadelphian maailmanäyttelyssä - jo seuraavana vuonna Yhdysvalloissa 17 400 puhelinta Puhelimen tulo Suomeen * metallitehtailija Nissinen Helsingissä jouluna 1877 -> asiasta kertovista lehtijutuista levisi puhelinkuume" -> nopeasti useita puhelinkojekauppiaita -> kilpailutilanne * ensimmäinen puhelinlaitoksen perustamisanomus Wadénilta ja kauppias Lindhiltä 7. kesäkuuta 1878 * ensimmäiset suomalaiset puhelinyhtiöt 1882 * ensimmäiset kaukopuhelinyhteydet 1884 Helsinki-Porvoo ja Turku-Naantali Puhelinverkkojen kehitys * aluksi suoria kahdenvälisiä yhteyksiä - yksijohtoinen, paluujohtona maa * käsivälitteiset keskukset "keskusneiteineen" - puhelun muodostumista pyydettiin sanallisesti keskuksenhoitajalta - älykäs verkko -> kehittyneitä palveluita (koputus, viestipalvelut, sijainnin seuranta) - palkkakustannusten vuoksi kallis ratkaisu Puhelinkeskus * tärkeimmät tehtävät - muodostaa tilaajan pyytämä siirtoyhteys - huolehtia laskutuksesta * rakenne - liitännät tulevia ja lähteviä johtoja varten - kytkentäosa, jossa johdot yhdistetään tilaajien haluamiin numeroihin - ohjausosa, joka ohjaa puhelujen kytkemistä vastaanotetun merkinantotiedon (puhelinnumeron) perusteella, hoitaa veloitusta ja merkinantoa muiden keskusten kanssa Puhelinverkon kehitys (jatkoa) * automaattikeskukset (1. patentti 1891) - aluksi talon kokoinen mekaaninen laite, jossa yhteys muodostettiin erilaisten releiden ja valitsinten avulla - keskuksessa kiertokytkin, jota ohjattiin sähköisesti puhelin-yhteyden virtapiiriä (ns. tilaajasilmukkaa) katkomalla; käytännössä kymmennumeroisen valintalevykoneiston avulla eli numerolevyä pyörittämällä -> puhelun muodostumista ohjaava merkinantotieto kulki samalla linjalla kuin varsinainen puhekin - käsivälitteisten keskusten automatisointi kesti Suomessa vuodesta 1922 (Töölön itsetoimiva keskus) vuoteen 1980 (Kolari) Puhelinverkon kehitys (jatkoa) * digitaalinen puhelinkeskus - laaja ohjelmistokokonaisuus tehokkaassa tietokoneessa - merkinantotieto (esim. kenelle soitetaan) erillisellä merkinantokanavalla kulkevissa ohjausviesteissä - analoginen puhesignaali muunnettava digitaaliseen muotoon biteiksi (aiheesta lisää luennolla 3) - A/D-muunnos tehdään joko puhelinkeskuksessa ennen kytkentää (analoginen lankapuhelinliittymä) tai puhelinkoneessa (ISDN-puhelin, GSM-puhelin) - puhelinverkon digitalisointi eli keskusten vaihtaminen digitaalisiksi alkoi Suomessa 1978 (Turku), valmis 1996 Matkapuhelinverkko * kiinteään verkkoon verrattuna uusia ongelmia: - langaton siirtotie (kuuluvuus, häiriöt) - missä puhelin / puhuja, eli miten yhdistää saapuva puhelu oikeaan kohteeseen? - miten säilyttää puhelinyhteys puhelimen liikkuessa tukiasemalta toiselle puhelun aikana? * sekä puhelinkeskusten että päätelaitteiden tekniikka vaativaa -> tekniset edellytykset matkapuhelinten yleistymiselle vasta muutamien vuosien ajan Matkapuhelinverkkojen sukupolvet * kehitys samantapaista kuin lankaverkoissakin - käsivälitteiset verkot (ARP- eli autoradiopuhelinverkko) 1970-luvulla (ns. 0. sukupolvi), suljettiin 31.12.2000 - automaatiset, analogiset verkot (esim. NMT) 1980-luvulla (ns. 1. sukupolvi), suljettiin 31.12.2002 - digitaaliset verkot (esim. GSM) 1990-luvulla (ns. 2. sukupolvi) - nopeat laajakaistaiset verkot (esim. UMTS) oikeasti käyttöön 2000-luvulla? (ns. 3. sukupolvi) Solukkomatkapuhelinverkko * muodostuu tukiasemien kuuluvuusalueista eli soluista * langaton yhteys puhelinkoneen ja tukiaseman välillä, tästä eteenpäin signaali voi kulkea lankoja pitkin * kotikeskus pitää kirjaa puhelimen sijainnista Solukkoperiaate * kuuluvuuden varmistamiseksi tukiasemien peittoalueet menevät osin päällekkäin * häiriöiden välttämiseksi vierekkäisissä soluissa oltava eri taajuudet, mutta samoja taajuuskanavia voidaan kierrättää verkon eri osissa * maaseudulla ja taajamissa suurikokoisia soluja (suursoluverkko), kaupunkien keskustoissa piensoluverkko Solunvaihto * puhelin siirtyy toisen tukiaseman alueelle puhelun jatkuessa keskeytyksettä (engl. handover) Internet tietoverkko * alkoi 1970-luvulla USA:ssa militääri- ja yliopistoverkkona keskustietokonepohjaisena * levisi USA:sta Suomen yliopistoihin 1980-luvulla Unixin mukana * Internet-teknologia yhdistänee puhe-, data ja videoverkot