Detail předmětu

Vysokorychlostní komunikační systémy

FEKT-BVKSAk. rok: 2018/2019

Předmět si klade za cíl seznámit studenty s aktuálními možnostmi přenosu M2M (Machine-To-Machine) dat s využitím drátových či bezdrátových komunikačních technologií/komunikačních protokolů v rámci konceptu průmyslového Internetu věcí (IIoT – Industry Internet of Things), chytré komunikační sítě (Smart Grid), chytrých měst (Smart Cities) a nastupující vize Průmyslu 4.0 (Industry 4.0). Studenti budou seznámeni s hlavními rozdíly mezi M2M a H2H (Human-To-Human) komunikací, následnou potřebou agregace dat v rámci lokální sítě a vhodnou volbou komunikační infrastruktury (Mobilní sítě 2G/3G/4G, NB-IoT, LoRaWAN, SigFox, PLC) s ohledem na velikost zasílaných M2M dat, míru zabezpečení, četnost zasílání M2M dat a omezení použitých zařízení z pohledu použité architektury (ARM, MIPS) či způsobu napájení.

V rámci laboratorních cvičení se studenti prakticky seznámí se základními principy komunikace mezi M2M zařízeními (senzory, aktuátory, …) a zasíláním dat na vzdálený server, kde probíhá následné zpracování (analýza) dat. V úvodní části se studenti seznámí se simulačním nástrojem NS-3 (Network Simulator 3), kdy bude pozornost soustředěna na scénáře realizující přenos M2M dat s využitím mobilních sítí 4G/NB-IoT/LoRaWAN či s využitím Ethernet a PLC. Ve druhé části laboratorních cvičení se studenti prakticky seznámí se senzory pro IIoT a Průmysl 4.0, kdy bude cílem zasílání M2M dat skrze privátní mobilní síť LTE/LTE-A v rámci komunikační infrastruktury VUT FEKT UTKO; veřejné infrastruktury pro nastupující technologii NB-IoT či LoRaWAN/SigFox.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Vladislav Škorpil, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav telekomunikací (UTKO)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
• Definovat základní rozdíly mezi M2M a H2H komunikací. Pochopení základních principů komunikace mezi stroji/senzory/měřicími zařízeními.
• Definovat vhodné umístění agregační brány v rámci komunikační infrastruktury.
• Schopnost navrhnout vhodný agregační mechanismus dle priorit připojených zařízení.
• Schopnost vzdálené konfigurace embedded zařízení s využitím příkazové řádky/terminálu (připojení SSH).
• Schopnost návrhu vlastního formátu datové struktury pro zasílání M2M dat (např. s využitím JSON).
• Vhodně zvolit algoritmy pro zabezpečení přenášených dat s ohledem na využití výkonově omezených (embedded) zařízení.
• Vysvětlit zásadní rozdíly mezi komerčními mobilními sítěmi a proprietárními technologiemi pro přenos M2M dat v rámci IIoT (Industry Internet of Things) a Průmyslu 4.0.


Prerekvizity

Jsou požadovány základní znalosti z oblasti informačních a komunikačních technologií (ICT) na úrovni středoškolského studia.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka poučeného“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a laboratorní cvičení. Součástí je projekt a prezentace výsledků v power pointu. Předmět využívá e-learning (Moodle).

Způsob a kritéria hodnocení

0-5 bodů za aktivitu v laboratořích.
0-10 bodů za písemný test v laboratořích, (nepovinná složka).
0-15 bodů vypracování individuální studie
0-70 bodů písemná zkouška za podpory e-learning, povinná část pro absolvování předmětu.
Zkouška je zaměřena na ověření orientace v problematice vysokorychlostních komunikačních systémů se zaměřením na SDH a Ethernet.

Osnovy výuky

1. Úvod do problematiky Internetu věcí (IoT).
2. Koncept průmyslového Internetu věcí (IIoT – Industry Internet of Things).
3. Koncept chytré komunikační sítě (Smart Grid).
4. Koncept chytrých měst (Smart Cities).
5. Koncept Průmyslu 4.0 (Industry 4.0).
6. Hlavní rozdíly mezi M2M a H2H (Human-To-Human) komunikací.
7. Komunikační protokoly využívané pro přenos M2M (Machine-To-Machine) dat.
8. Agregace dat v rámci lokální sítě.
9. Mobilní sítě 2G/3G/4G jako komunikační infrastruktura.
10. NB-IoT, LoRaWAN jako komunikační infrastruktura.
11. SigFox, PLC jako komunikační infrastruktura.
12. Míra zabezpečení a četnost zasílání M2M dat v rámci zvolené komunikační infrastruktury.
13. Omezení použitých zařízení/senzorů z pohledu architektury (ARM, MIPS) a způsobu napájení.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámení s aktuálními možnostmi bezdrátového přenosu M2M (Machine-To-Machine) dat, s konceptem průmyslového Internetu věcí (IIoT – Industry Internet of Things), s chytrou komunikační sítí (Smart Grid), dále pak s konceptem chytrých měst (Smart Cities), s navazující vizí Průmyslu 4.0 (Industry 4.0) a dalšími chytrými technologiemi/komunikačními protokoly.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní výuka je povinná, řádné omluvené zmeškané laboratorní cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit.

Základní literatura

PETRÁSEK,J., PETRÁSEK,M., ŠKOP.M.: Synchronní digitální hierarchie. ČVUT, Praha 1994.

Doporučená literatura

ODOM,W., HEALY,R., MEHTA,N.: Směrování a přepínání sítí. Computer Press, Brno 2009.
WALLACE,K. Cisco VoIP, autorizovaný výukový průvodce. Computer Press, Brno 2009.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-B bakalářský

    obor B-TLI , 3 ročník, letní semestr, volitelný oborový
    obor B-EST , 3 ročník, letní semestr, volitelný oborový

  • Program IBEP-T bakalářský

    obor T-IBP , 2 ročník, letní semestr, volitelný oborový
    obor T-IBP , 3 ročník, letní semestr, volitelný oborový

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, letní semestr, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Petr Mlýnek, Ph.D.
doc. Ing. Jiří Hošek, Ph.D.
Ing. Pavel Mašek, Ph.D.
Ing. Martin Štůsek, Ph.D.
doc. Ing. Radek Fujdiak, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do vysokorychlostních komunikačních systémů. Používané technologie. Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 40 Gbit Ethernet, Gbit Ethernet. Synchronní Digitální Hierarchie SDH. Asynchronní přepravní způsob ATM. Další vysokorychlostní technologie. Vysokorychlostní systém CISCO 2821. IP telefonie v sítích CISCO, směrování IP-MPLS.
2 Synchronní digitální hierarchie - SDH. Doporučení ITU-T o SDH, multiplexní struktura SDH, struktura rámce STM-1, synchronní multiplování STM-1 do STM-4, vytváření SDH.
3. Začlenění PDH 4. řádu do STM-1, ukazatel AU-4/PTS, vyrovnání začátku rámce, začlenění E1 do STM-1. Ethernet over SDH. Síťové prvky a uzly SDH. Struktura sítí SDH.
4. Architektura synchronizační sítě České republiky. Hodnocení kvality digitálního kanálu, oblast použití doporučení G.826.
5. Technologie ATM. ATM buňka, rozhraní ATM sítí, ATM spojení, adresování v ATM, referenční model ATM. ATM adaptační vrstva, kvalita služeb v ATM
6. TMN - Telecommunication Management Network. Funkční bloky TMN. Fyzická architektura TMN
7. Základy přenos hlasu využitím IP. Využití technologie CISCO. Základní principy VoIP, signalizační protokoly VoIP, zastřešující sada protokolů H.323, významné protokoly MGCP, SIP (Session Initiation Protocol), SCCP (Skinny Client Control Protocol). Protokoly pro přenos médií, RTP (Real Time Transport Protocol), RTCP (RTP Control Protocol), cRTP (Compressed RTP), sRTP (Secure RTP). Brány VoIP, hardwarové brány.
8. VoIP a QoS. Kvalita zvuku pro IP, používané metody, hlasové pakety, zpracování pomocí kodeků, zpracování pomocí procesorů DSP
9. Analogové hlasové porty, místní volání, volání v sítí, volání mimo síť, hlasové porty na směrovačích CISCO IOS, konfigurace analogových hlasových portů, trunky, Dial-peery
10. Digitální hlasové porty, digitální trunky, CAS T1, CAS E1 R2, QSIG
11. Řízení bran, protokol H.323, implementování bran MGCP, implementování bran SIP
12. Plán vytáčení. Adresování koncových bodů. Směr

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Štůsek, Ph.D.

Osnova

1. CISCO úvod
2. CISCO VoIP
3. MPLS VPN
4. CISCO bezpečnost
5. Přenos FHHS
6. CDMA
7. Chybovost
8. Šířka pásma
9. Voiceband
10. DSS