Langattomat tietoliikenneratkaisut mCastingin tarpeisiin

Tämä insinöörityö tehtiin mCasting Oy:lle. Työn tavoitteena oli löytää mCastingin tarpeita parhaiten vastaava langaton tietoliikenneratkaisu kuluttajahintaisilta markkinoilta ja verrata sitä tällä hetkellä käytössä olevaan GPRS-tekniikkaan. Langattomalta tekniikalta vaaditaan erityisesti helppoa asennettavuutta sekä varmatoimisuutta pitkällä aikavälillä. Lisäarvoa tuovat hyvät tietoliikenteelliset ominaisuudet, kuten matalat vasteajat ja suuri läpäisykyky. Myös hinnalla on merkittävä osuus tutkimuksessa, sillä tarvittavien yhteyksien määrä tuotantoverkossa lasketaan lähitulevaisuudessa sadoissa kappaleissa. Tutkimukseen valittiin markkinoiden hinta-laatu-suhteeltaan parhaat langattomat tekniikat: @450, HSDPA (3G) ja WiMAX. Jokaista tekniikkaa edustamaan valittiin kuluttajahintainen päätelaite, jolle suoritettiin erilaisia testauksia. Testaukset jaoteltiin kolmeen eri ryhmään ja jokaiselle testille annettiin mCastingin tarpeen mukainen painokerroin. Tietoliikennetestaukset suoritettiin Noval Networksin NetEye-järjestelmällä, joka soveltuu erityisen hyvin verkon toiminnankartoitukseen ja palvelunlaadun mittaamiseen. Tietoliikenteeltä vaadittavat laatumääreet sovellettiin ITU-T:n standardeista ja Noval Networkin suositusarvoista mCastingin tarpeeseen. Asennettavuuden testaus suoritettiin viidessä eri maantieteellisessä sijainnissa eri puolella Suomea. Näitä sijainteja edustivat Vantaa, Helsinki, Turku, Joensuu ja Rautalampi. Testauksen perusteella arvioitiin asennettavuuden mahdolliset ongelmatilanteet ja niiden todennäköisyys. Tekniikan käytön hinta laskettiin testauksessa käytettävistä kokoonpanoista. Tämän perusteella jokainen tekniikka sai pisteensä suhteessa parhaaseeen. Suuria eroja ei tutkimuksen tekniikoilla ole tietoliikkenneominaisuuksissa. 3G:n ylivertaisuus toimivuudessa ratkaisi tutkimuksen lopputuloksen HSDPA:n eduksi. @450-laajakaistan ja WiMAX:n hinta on myös korkea suhteessa niiden saavuttamiin tuloksiin. WiMAX, joka osoittautui parhaaksi tietoliikenneominaisuuksiensa puolesta, oli kaikista vaikein asentaa, eikä se toiminut läheskään jokaisessa testiympäristössä.

Kolmannen sukupolven matkaviestinverkon puhelunohjaus MSC Server –konseptilla

Tietoliikenneala elää muutosten aikaa. Vanhat piirikytketyt kapeakaistaiset verkot ovat väistymässä seuraavan sukupolven verkkojen tieltä. GPRS-verkot tekevät tuloaan ja 3G-verkkojen kehitystyö on kiivaimmillaan laitetoimittajien ratkoessa verkoille asetettuja haasteita. Jää nähtäväksi, kykenevätkö 3G-verkot vastaamaan näihin haasteisiin. Työssä käsitellään 3G-verkon arkkitehtuuria, toimintaa ja puhelunohjausta MSC Server -konseptissa, sekä käydään läpi muutamia puheluesimerkkejä. 3G-verkon arkkitehtuuri, jossa puhelunohjaus on erotettu mediakerroksesta, esitetään ja uudet verkkoelementit ja niiden toiminta käsitellään. Esitelty teoria perustuu kirjallisuuteen sekä yleisesti hyväksyttyihin 3G- verkon standardeihin. Näitä standardeja julkaisevat muun muassa ITU-T ja 3GPP yhdessä yhteistyöyritystensä kanssa. Standardointityö on monin osin vielä kesken ja se on vaikeuttanut 3G-verkkojen suunnittelutyötä merkittävästi. Työn tarkoituksena on selvittää puhelunohjausta 3G-verkossa ja sen toteuttamista MSC Server –konseptilla. MSC Serverin toteutusvaihtoehtoja arvioidaan ja niistä valitaan yksi 3G-verkon puhelunohjauksen toteutusmalliksi. Työtä jatketaan tämän diplomityön jälkeen tarkemman toteutuksen suunnittelulla, päämääränä rakentaa 3G-verkko.

ÄLYKKÄIDEN PALVELUJEN JA YHTEYSPALVELIMEN TOTEUTUS H.323-VIESTINTÄVERKKOON

Soneran IP-viestintäverkko on monipuolisia viestintäpalveluita asiakkaille tarjoava palvelualusta. Palveluihin kuuluvat ITU-T:n H.323-suosituksen mukaiset ääni- ja videopuhelut. Työssä toteutettiin viestintäverkkoon kokonaisuus, joka tarjoaa verkon käyttäjille puheluiden kytkennän ja reitityksen sekä useita älykkäitä palveluita. Kokonaisuus koostuu kahdesta komponentista. Puheluiden kytkemisen ja reitityksen sekä signaloinnin hoitaa H.323-suosituksen mukainen yhteyspalvelin Sonera Gatekeeper. Palvelujen toteuttamiseen tarvittavat tiedot säilytetään LDAP-hakemistossa. Työssä esitellään yleisimpiä suosituksia, joita käytetään äänen, videokuvan ja muun median siirtämiseen tietoverkoissa. Tarkimmin käsitellään H.323-suositusta ja muita työssä käytettyjä suosituksia. Lisäksi tarkastellaan työssä hyödynnettyjä ohjelmointirajapintoja ja vertaillaan toteutettua IP-pohjaista älykkäiden palvelujen toteutustapaa tavallisen puhelinverkon asiakkaille vastaavia palveluita tarjoavaan älyverkkoon. Lopuksi esitellään toteutettujen ohjelmistojen rakennetta.

Kognitiivinen radio sotilaallisessa käyttöympäristössä

Tutkielmassa arvioidaan kognitiivisen radion sotilaalliseen ympäristöön tuomia mahdollisuuksia. Radion kognitiivisuutta käsitellään kongitiivisten ominaisuuksien, kuten adaptiivisuuden tai tilannetietoisuuden, kautta. Painopisteenä on kognitiivisten ominaisuuksien tuomien vaikutusten tarkastelu operatiivisessa viitekehyksessä. Operatiivisia vaikutuksia tutkitaan uhkalähtöisesti eli arvioimalla, miten tietty kognitiivinen ominaisuus vaikuttaa yleisimpiin tiedonsiirtoverkon uhkiin. Tutkimus on kirjallisuustutkimus, jota on täydennetty asiantuntijahaastatteluin sekä -arvioin. Operatiiviset vaikutukset on tiivistetty taulukoimalla eri kognitiivisten ominaisuuksien ja yleisimpien tiedonsiirtojärjestelmien uhkat. Kognitiiviselle radiolle on useita erilaisia määritelmiä. Tutkielman perusteella ITU-R:n määritelmää voidaan pitää kattavana. Kaikkia kriteerejä täyttävää kognitiivista radiota ei ole vielä olemassa, vaikka kognitiivisia ominaisuuksia radioissa on ollut pitkään. Kognitiivinen radio, tai jo pelkästään ohjelmistoradio kehittyneillä kognitiivisilla ominaisuuksilla, tuo huomattavia mahdollisuuksia parantaa langattoman tiedonsiirron toimintakykyä sotilaallisessa käyttöympäristössä. Kognitiiviset ominaisuudet vaikuttavat merkittävästi niin viestitaktiikkaan kuin uhkaankin. Tiedonsiirtojärjestelmien ylläpito ja rakentaminen vaativat aiempaa enemmän suunnittelua ja ammattitaitoa, mutta toisaalta loppukäyttäjän osaamistasovaatimuksia voidaan laskea sitä mukaan, kun lähestytään 0- konfiguraatiojärjestelmiä. Radioiden kognitiivisuuden myötä voidaan myös passiivisiin uhkiin, esimerkiksi elektroniseen tiedusteluun, varautua aiempaa tehokkaammin. Aktiivisiin uhkiin, kuten häirintään, kognitiiviset ominaisuudet vaikuttavat jopa toiminnan fundamentteja muuttavasti: perinteiset häirintätehtävät voivat vaihtua esimerkiksi tiedustelua tukeviksi tehtäviksi. Kognitiivisia ominaisuuksia voi olla myös häirintäjärjestelmissä, mikä toisaalta tasapainottaa mutta toisaalta vaikeuttaa häirinnän vaikutuksen ennakointia ja arviointia. Tiedonsiirtojärjestelmien ohjelmistopohjaisuus nostaa kyberuhkan merkitystä arvioitaessa eri uhkien kokonaismerkityksiä. Onnistunut kyberoperaatio voi tarkoittaa koko järjestelmän lamautumista tai vakavaa tietovuotoa. Merkittävimpänä esteenä kognitiivisen radion kehittymiselle on taajuusregulaation jäykkyys. Paine taajuushallinnan muutokselle nousee erityisesti siviilipuolen kehittyvien mobiililaitteiden datansiirtomäärien kasvaessa. Lainsäädäntö antaa viranomaisille suuret valtuudet säädellä spektrin käyttöä poikkeusoloissa. Tämä mahdollistaa sotilaallisten järjestelmien suunnittelun ja kehittämisen taajuusriippumattomasti ja toisaalta myös edellyttää sitä.

Sotilassovelluksissa käytettävät vaimenemismallit VHF-taajuusalueella

Radioaalloilla on rajallinen kantama. Tämän kantaman rajallisuus johtuu radioaaltojen vaimenemisesta yhteysvälillä etäisyyden ja esteiden vaikutuksesta. VHF-taajuusalueella (30–300 MHz) radioaaltojen eteneminen tapahtuu pääosin näköyhteysreittiä, minkä vuoksi niiden vaimenemista pystytään ennustamaan tyydyttävällä tarkkuudella. Vaimenemisen ennustamiseen on käytössä kehittyneitä ohjelmistosovelluksia, kuten ranskalainen HTZ re -ohjelmisto, mutta yleisluontoinen työväline karkeaan mallintamiseen puuttuu. Tutkielmassa selvitetään kirjallisuuskatsauksen avulla mitkä ulkoiset tekijät vaikuttavat VHF-vastaanottimelle saapuvan signaalin voimakkuuteen, esitellään radioaaltojen etenemiseen liittyviä peruskäsitteitä sekä kuvataan esimerkki mahdollisuudesta yksinkertaisella tavalla mallintaa yhteysväli maastokartan perusteella. Tutkielmassa esitetään valikoitu määrä sotilassovelluksissa käytettyjä yleisimpiä vaimenemismalleja kuten vapaan tilan eteneminen, kahden säteen eteneminen sekä esteiden vaimennuksen ennustamiseen käytettävä veitsenterämalli. Lisäksi esitetään yleisimpiä yhteysvälin kokonaisvaimenemisen ennustamiseen käytettyjä laskentametodeja kuten Kansainvälisen televiestintäliiton (ITU) diffraktiomalli ja HTZ Warfare -ohjelmistoon varta vasten luotu ns. Fresnelin metodi. Tutkielmassa kuvataan matemaattisen mallinnuksen ja kolmen laskuesimerkin avulla, kuinka vertailuun valikoidut kokonaisvaimenemisen ennustamismetodit tuottavat toisistaan poikkeavia arvioita sekä selvitetään, mistä nämä erot johtuvat. Laskuesimerkkien tulosten perusteella havaittiin eri laskentametodien tuottavan suuresti toisistaan poikkeavia ennusteita. Tämä johtuu muun muassa mallien erilaisista painotuksista antennien korkeuden huomioimisessa sekä erilaisesta tavasta käsitellä yhteysvälin esteitä. Samassa yhteydessä havaittiin, että mikään vertailluissa malleista ei itsessään ota huomioon taajuuden nostamisen aiheuttamaa kasvuston vaimennuksen kasvamista. Kirjallisuuskatsauksen perusteella ITU:n suositusasiakirjoilla on vakiintunut asema vaimenemisen mallintamisessa ja niitä hyödyntäessään käyttäjällä on tukenaan laajan tiedeyhteisön vertaisarvioitu tutkimus. Myös HTZ Warfare -ohjelmiston Fresnelin metodin on yksittäisissä Suomessa suoritetuissa mittaustutkimuksissa havaittu tuottavan hyviä tuloksia. Kokonaisuudessaan tutkielmassa havaittiin, että yksi malli ei sovellu kaikkeen. Tämän vuoksi mallinnusta suorittavan on syytä tuntea erilaisten mallien toimintaperiaatteet ja niistä aiheutuvat mahdolliset rajoitteet. Ymmärryksen lisäämisen ohella yksinkertaisten mallien tunteminen mahdollistaa niiden soveltamisen toimintaolosuhteissa, joissa varsinaisia mallinnusohjelmistoja ei jostain syystä ole käytettävissä. Työn ohessa esitetty taulukkolaskentapohja ohjaa käyttäjäänsä ja mahdollistaa yksinkertaisten vaimenemismallien avulla laskemisen maastokartan tarjoamilla pohjatiedoilla. Taulukkolaskentasovellus sisältyy tutkielman CD-ROM-julkaisuun.