Detail předmětu

Bezdrátové senzorové sítě

FEKT-MSSYAk. rok: 2019/2020

Předmět je zaměřen prakticky a přináší studentům znalosti a zkušenosti z oblasti bezdrátových senzorových sítí a jejich využití. Studenti se v průběhu semestru naučí pracovat s bezdrátovými senzorickými jednotkami, které jsou osazeny mikrokontroléry a rádiovými čipy, využívat komunikační standard IEEE 802.15.4, protokoly využívající tento standard, a také protokol Bluetooth LE. Součástí předmětu je návrh a implementace vlastního protokolu, realizace bezdrátové senzorové sítě a její začlenění do sítě Internet of Things. V poslední části předmětu se studenti seznámí s možnostmi návrhu senzorové jednotky, napájení a snímání fyzikálních veličin senzory.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav telekomunikací (UTKO)

Výsledky učení předmětu

Studenti získají přehled o prvcích a komunikačních systémech používaných v bezdrátových senzorových sítích, které se používají např. na řízení inteligentních budov, v dopravních systémech nebo pro monitorování životního prostředí. Seznámí se se standardem IEEE 802.15.4 a protokolem Zigbee.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.
Zkouška z předmětu bude probíhat distančně.

Osnovy výuky

1. Úvod do předmětu. 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, rádiové moduly
6. Linková vrstva dle IEEE 802.15.4. Definice zařízení v síti, ustanovení WPAN sítě, CA(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. Technologie Bluetooth LE, a další bezdrátové protokoly
10. Lokalizace bezdrátových zařízení
11. Internet of Things
12. Návrh senzorové jednotky, možnosti napájení
13. Přednášky odborníků z praxe


Učební cíle

Zavedení kurzu pro obor Elektronika a sdělovací technika má za cíl seznámit studenty s bezdrátovými sítěmi krátkého dosahu, tzv. WPAN sítěmi. Předmět má za úkol seznámit studenty s s jejich součástmi, a s jejich praktickým využitím. Studenti získají základní teoretickou a hlavně praktickou orientaci v oblasti moderní bezdrátové přenosové a senzorické techniky a pomocí řešení praktických příkladů si osvojí dovednosti ve vývoji senzorových komunikačních modulů.

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

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

FARAHANI, Shahin. Zigbee Wireless Networks and Transceivers. [s.l.] : Elsevier, 2008. 329 s. ISBN (EN)
Stojmenovic I., Handbook of Sensor Networks, Wiley,ISBN:13 978-0-471-68472-5, 2005. (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IBEP-V magisterský navazující

    obor V-IBP , 2 ročník, letní semestr, volitelný oborový
    obor V-IBP , 1 ročník, letní semestr, volitelný oborový

  • Program EEKR-M1 magisterský navazující

    obor M1-TIT , 2 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

Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do bezdrátových senzorových sítí WSN.
2. Nízkoenergetický komunikační standard IEEE 802.15.4 .
3. Zigbee protokol a jeho aplikace.
4. Struktura senzorového bezdrátového uzlu.
5. Mikrokontroléry pro sítě WSN (Atmega1281).
6. Metody snížení energetické spotřeby v sítích WSN.
7. Směrování řízené polohou jednotky nebo obsahem dat.
8. Přímý versus hierarchický sběr dat a clusterizace sítě.
9. Lokalizace komunikačních jednotek.
10. Protokol IPv6 v sítích WSN (architektura 6lowPAN).
11. Synchronizace času v rádiových sítích.
12. Zabezpečení přenosu naměřených dat.
13. Údržba rádiové sítě a definice optimální Mesh topologie.

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ondřej Krajsa, Ph.D.

Osnova

1. Určení optimálního rádiového dosahu. (laboratorní + venkovní měření)
2. Analýza Zigbee komunikace. (Daintree Sensor Network Analyzátor)
3. Určení přesnosti GPS lokalizace v sítích WSN. (venkovní měření)
4. Vytvoření mikrofonového pole s bezdrátovými uzly IRIS 2,4 GHz.
5. Mikrokontrolér Atmega1281 a ovládání portů.
6. Nasazení sítě WSN pro střežení objektu. (přenos obrazu a detekce pohybu)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz