Detail předmětu
Bezdrátové senzorové sítě
FEKT-MSSYAk. rok: 2013/2014
Kurz MSSY (Bezdrátové senzorové sítě) je zaměřen prakticky a přináší studentům hodnotné znalosti a zkušenosti, které dokáží uplatnit v širokém spektru budoucích zaměstnání. Technologie bezdrátových senzorových sítích nachází v dnešní době uplatnění v řízení inteligentních budov, v environmentálním monitoringu, monitoringu koncentrace nebezpečných látek v ovzduší i ve vodách, ve vojenských a leteckých aplikacích, v dopravě aj. Studenti se v průběhu semestru naučí pracovat s bezdrátovými senzorickými jednotkami, které jsou osazeny mikrokontroléry a rádiovými čipy od společnosti Atmel. V průběhu přednášek jsou studenti srozumitelnou formou seznámeni s architekturou mikroprocesorů AVR a jejich perifériemi. Naučí se ovládat LED diody, snímat data z externích senzorů, nastavit časovače, přenášet data na LCD displej, pomocí sériové komunikace do PC aj. V první polovině semestru si studenti osvojí problematiku vývoje architektury pro senzorovou jednotku IRIS od společnosti Memsic. Na konci této první poloviny budou schopni měřit okolní fyzikální parametry jako teplotu a osvětlení v místnosti a zobrazovat naměřená data na PC. V druhé polovině semestru získají znalosti ohledně bezdrátového přenosu dat definovaného dle komunikačního standardu IEEE 802.15.4 a protokolu Zigbee PRO. Tento protokol bude při přednáškách detailně popsán. Studenti budou v laboratorních cvičeních pracovat s protokolem Zigbee, konkrétně s implementací opět od společnosti Atmel nazývanou bitCloud. Budou se zabývat problematikou bezdrátového přenosu dat v pásmu 2,4 GHz a to dokonce i přes větší množství bezdrátových jednotek až směrem k bráně sítě, která se stará o příjem a zpracování dat. V průběhu laboratorních cvičení budou také provádět měření rádiových dosahů a útlumových charakteristik bezdrátových uzlů a to jak ve vnitřních tak i venkovních prostorech školy. Dále také získají hluboké zkušenosti týkající se plánování využití bezdrátových kanálů v pásmu 2,4 GHz a budou provádět měření vlivu WiFi síti na přenos dat v senzorové bezdrátové síti. K dispozici mají studenti moderní vybavení laboratoře Senzorových systémů, které disponuje programátory AVR, výkonným paketovým analyzátorem SNA od společnosti Daintree, rádiovým analyzátory Wi-Spy Chanalyser, 40ti bezdrátovými uzly s externími senzory (teplotní čidla, světelná čidla, mikrofony, GPS, akcelerometry), GPS lokalizátorem GPS Explorer a komerčním bezdrátovým systémem eKO PRO Series Systém. Součástí předmětu je i exkurze do firmy zabývající se bezdrátovými senzorovými sítěmi. Více informací lze nalézt na oficiálních stránkách laboratoře WISLAB: http://wislab.cz/training-how-to-wireless-sensor-network
Absolvování předmětu je ohodnoceno udělením 6 kreditů.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Prerekvizity
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Způsob a kritéria hodnocení
Osnovy výuky
Technologie WSN
Architektura bezdrátové senzorové jednotky
AVR mikrokontroléry a jejich I/O periférie
Práce s registry
2: Základy práce s časovači
Časovače v komparačním režimu
Obsluha přerušení
LCD displeje
3: Základy sériové komunikace
USART
SPI
I2C
4: Snímání dat z analogových senzorů
Princip AD převodníků
Analogový komparátor
Práce s pamětí
5: Základy bezdrátového přenosu dat
Fyzická vrstva dle IEEE 802.15.4
Koexistence bezdrátových technologií
Rádiový modul AT86RF230
6: Linková vrstva dle IEEE 802.15.4
Definice zařízení v síti
Ustanovení WPAN sítě
CCA(Clear Channel Assesment)
Přístupová metoda CSMA/CA
Princip využívání Superrámců
7: Energetická náročnost snímání a přenosu dat
8: Úvod do protokolu Zigbee
Síťová vrstva (směrování mesh a strom)
9: Protokol Zigbee a zabezpečení sítě
10:Lokalizace bezdrátových zařízení
11: Technologie Bluetooth, WiFi, WirelessHART
12: Odborné přednášky firem
Učební cíle
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Základní literatura
Stojmenovic I., Handbook of Sensor Networks, Wiley,ISBN:13 978-0-471-68472-5, 2005. (EN)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
Technologie WSN
Architektura bezdrátové senzorové jednotky
AVR mikrokontroléry a jejich I/O periférie
Práce s registry
2: Základy práce s časovači
Časovače v komparačním režimu
Obsluha přerušení
LCD displeje
3: Základy sériové komunikace
USART
SPI
I2C
4: Snímání dat z analogových senzorů
Princip AD převodníků
Analogový komparátor
Práce s pamětí
5: Základy bezdrátového přenosu dat
Fyzická vrstva dle IEEE 802.15.4
Koexistence bezdrátových technologií
Rádiový modul AT86RF230
6: Linková vrstva dle IEEE 802.15.4
Definice zařízení v síti
Ustanovení WPAN sítě
CCA(Clear Channel Assesment)
Přístupová metoda CSMA/CA
Princip využívání Superrámců
7: Energetická náročnost snímání a přenosu dat
8: Úvod do protokolu Zigbee
Síťová vrstva (směrování mesh a strom)
9: Protokol Zigbee a zabezpečení sítě
10:Lokalizace bezdrátových zařízení
11: Technologie Bluetooth, WiFi, WirelessHART
12: Odborné přednášky firem
Laboratorní cvičení
Vyučující / Lektor
Osnova
Lab1: Ovládání periférií mikrokontroléru AVR (práce s LED diodami)
Lab2: Programování čítače a přenos dat po sériové sběrnici do PC + přerušení
Lab3: Snímání dat ze senzorů, zapouzdření do paketu, přenos do PC
Lab4: Samostatný projekt I
Lab5: Základy implementace protokolu Zigbee I
Lab6: Základy implementace protokolu Zigbee II
Lab7: Konfigurace bezdrátového přenosu, vysílač a přijímač
Lab8: Konfigurace bezdrátového Zigbee senzoru, analýza komunikace a zadání Projektu II
Lab9: Samostatná práce na Projektu II
Lab10: Samostatná práce na Projektu II
Lab11: Prezentace a vyhodnocení Projektu II