Detail předmětu
Komunikační systémy pro IoT
FEKT-BPC-IOTAk. rok: 2021/2022
Předmět „Průmyslové komunikační systémy“ 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
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
• 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
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
Způsob a kritéria hodnocení
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
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
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Elearning
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program BPC-AMT bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
- Program BPC-AUD bakalářský
specializace AUDB-TECH , 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný
specializace AUDB-ZVUK , 0 ročník, letní semestr, volitelný - Program BPC-EKT bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný
- Program BPC-IBE bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný
- Program BPC-MET bakalářský 0 ročník, letní semestr, volitelný
- Program BPC-SEE bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný
- Program BPC-TLI bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný
- Program IT-BC-3 bakalářský
obor BIT , 2 ročník, letní semestr, volitelný
- Program BIT bakalářský 2 ročník, letní semestr, volitelný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
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 M2M zařízení/senzorů z pohledu architektury (ARM, MIPS) a způsobu napájení.
Laboratorní cvičení
Vyučující / Lektor
Osnova
2. Network Simulator 3 – seznámení s NS-3, testovací scénář přenosu M2M dat.
3. Network Simulator 3 – M2M přenos dat v rámci mobilní sítě LTE.
4. Network Simulator 3 – prioritizace zasílání M2M dat v rámci mobilní sítě LTE/LTE-A.
5. Network Simulator 3 – agregace dat v lokální síti, využití MTCG brány.
6. LPWAN – seznámení s moduly pro LoRaWAN, SigFox, NB-IoT, LTE/LTE-A, ověření konektivity, základní konfigurace (AT příkazy).
7. LPWAN – měření parametrů RSSI, SNR, SINR, E2E zpoždění.
8. LPWAN – otestování jednotlivých provozních módů LPWAN zařízení, skriptování.
9. LPWAN – zachycení vyslaných dat od LPWAN zařízení na straně serveru, zpracování.
10. Samostatný projekt.
11. Samostatný projekt.
12. Samostatný projekt.
13. Samostatný projekt – obhajoba; nahrazovací cvičení.
Elearning