Course detail

Wireless Sensor Networks

FEKT-MPC-SSYAcad. year: 2023/2024

The course focuses in practice and provides students with knowledge and experience in the field of wireless sensor networks and their applications. Students will learn to work with wireless sensor units equipped with microcontrollers and radio chips during the semester, using the IEEE 802.15.4 communication protocol, protocols using this standard, and the Bluetooth LE protocol. Part of the subject is the design and implementation of their own protocol, implementation of the wireless sensor network and its integration into the Internet of Things network. In the last part of the course the students will be acquainted with the possibilities of sensor unit design, power supply and sensing of physical quantities sensors.

Language of instruction

Czech

Number of ECTS credits

6

Mode of study

Not applicable.

Guarantor

Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D.

Department

Department of Telecommunications (UTKO)

Entry knowledge

The subject knowledge on the Bachelor´s degree level is requested.

Rules for evaluation and completion of the course

The content and forms of instruction in the evaluated course are specified by a regulation issued by the lecturer responsible for the course and updated for every academic year.

Aims

This subject is aimed at making the students familiar with the representative sensor systems, with their components and their practical exploitation. The students will obtain a fundamental theoretical orientation in the area of modern sensor technology and they will acquire some skills in design procedures by way of solving practical examples.
The students obtain knowledge about the wireless sensors, which are used in the home, building and transport automation- They will work with the Zigbee protocol and Atmel wireless nodes.

Study aids

Not applicable.

Prerequisites and corequisites

Not applicable.

Basic literature

Stojmenovic I., Handbook of Sensor Networks, Wiley,ISBN:13 978-0-471-68472-5, 2005. (EN)
Šimek, M., Bezdrátové senzorové sítě, Vysoké učení technické v Brně, ISBN 978-80-214-4638-0 (CS)

Recommended literature

Not applicable.

Elearning

eLearning: currently opened course

Classification of course in study plans

  • Programme MPC-TIT Master's 1 year of study, summer semester, compulsory-optional
  • Programme MPC-IBE Master's 2 year of study, summer semester, compulsory-optional

  • Programme MPC-AUD Master's

    specialization AUDM-TECH , 1 year of study, summer semester, compulsory-optional

Type of course unit

 

Lecture

26 hod., optionally

Teacher / Lecturer

Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D.

Syllabus

1. Technologie WSN, základní architektura AVR mikroprocesorů, rozdělení AVR mikroprocesorů, dostupné periférie, paměťový prostor AVR - FLASH paměť, SRAM paměť, EEPROM paměť. Přerušení. Procesory ARM. Základy práce s registry 2. Sériový přenos dat. Sběrnice USART, parametry komunikace, konfigurace. Sběrnice SPI, základní charakteristika, propojení zařízení, parametry, konfigurace. Sběrnice I2C,základní charakteristika, adresování zařízení, parametry, konfigurace. 3. Základy práce s časovači, princip čítače s přetečením, princip čítače s přerušením. Rozlišovací schopnost čítačů. Pulsně šířková modulace, střída. 4. AD převodníky, vzorkování, kvantování, kódování, kvantizační chyba. Princip AD převodníku s postupnou aproximací. Chybovost převodníku, chyba nastavení nuly, chyba zisku, integrální a diferenciální nelinearita. Konfigurace AD převodníku v AVR. 5. Princip šíření rádiového signálu prostředím, výkonová úroveň přijatého signálu a její závislost na vzdálenosti, popis logaritmického útlumového modelu, převod dBm na mW, vliv frekvence na výkonovou úroveň signálu, zisk antény, čtvrtvlnné antény. 6. Standard IEEE 802.15. a jeho rozdělení. Fyzické vrstva dle IEEE 802.15.4, použitá frekvenční pásma, modulace, přenosové rychlosti. Problematika koexistence standardu IEEE 802.15.4 s ostatními bezdrátovými technologiemi. Detekce energie na kanále, parametr RSSI, parametr LQI, formát rámce na fyzické vrstvě IEEE 802.15.4 7. Linkové vrstva dle IEEE 802.15.4 , formát rámce, struktura superrámce, typy zařízení, mezirámcové intervaly, synchronizovaná a nesynchronizované metoda CSMA/CA. Ustanovení sítě. Protokol LightWeight Mesh. 8. Protokol Zigbee, síťová vrstva, formát NWK rámce, směrování v mesh síti pomocí AODV, směrování ve stromové struktuře. Aplikační vrstva protokolu Zigbee, aplikační profily, koncové body (endpoints), zabezpečení komunikace, struktura rámce na aplikační vrstvě. 9. Protokoly Wireless HART, standard ISA100.11a, Bluetooth Low Energy. Lokalizace bezdrátových uzlů, energetická spotřeba při přenosu dat. 10. Architektura bezdrátové senzorové jednotky, návrh senzorové jednotky, možnosti napájení. 11. Návrh vlastního protokolu nad síťovou vrstvou. 12. Moderní protokoly pro Internet věcí.

Laboratory exercise

39 hod., compulsory

Teacher / Lecturer

Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D.

Syllabus

1. Opakování jazyka C, práce s registry, ovládání IO portů 2. Sériový přenos dat, přerušení 3. Časovače, A/D převod 4. I2C, SPI, ovládání senzorů 5. LightWeight Mesh 6. - 12. Samostatný projekt

Elearning

eLearning: currently opened course