Detail předmětu

Communication Systems for IoT

FEKT-MPA-IOTAk. rok: 2022/2023

Předmět „Komunikační systémy pro IoT“ 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/5G, 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. Studenti se prakticky seznámí se senzory pro IIoT a Průmysl 4.0, kdy bude cílem zasílání M2M dat skrze komunikační technologie NB-IoT a LTE Cat-M pracující v licenčním frekvenčním pásmu, které jsou pro studenty dostupné v laboratoři UniLab. Dále bude pro studenty k dispozici možnost otestování veřejné infrastruktury pro technologie LoRaWAN/Sigfox, tj., technologie využívající bezlicenční frekvenční pásmo. 

  

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Vladislav Škorpil, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav telekomunikací (UTKO)

Výsledky učení předmětu

- Definovat myšlenku sítí nové generace (5G New Radio; mMTC, IoT, IIoT).
- Definovat základní rozdíly mezi M2M a H2H komunikací. Pochopení základních principů komunikace mezi stroji/senzory/měřicími zařízeními.
- Schopnost volby vhodné komunikační technologie na základě charakteru datového provozu a požadované úrovni zabezpečení.
- Definovat vhodné umístění agregační brány v rámci komunikační infrastruktury.
- Schopnost vzdálené konfigurace embedded zařízení s využitím příkazové řádky/terminálu (připojení SSH).
- 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 znalosti na úrovni bakalářského studia. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, 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. Předmět využívá E-learning (Moodle) a také platformu MS Teams. 

 

Způsob a kritéria hodnocení

- Povinná účast v rámci laboratorních cvičení (12 bodů).
- Test z laboratorních cvičení č.1 (8 bodů).
- Test z laboratorních cvičení č.2 (10 bodů).
- Závěrečná semestrální zkouška (70 bodů). 

 

Osnovy výuky

1. Úvod do problematiky.
2. Komunikační systémy nové generace (5G New Radio; mMTC, IoT, IIoT).
3. Komunikační protokoly pro průmyslový Internet věcí.
4. Bezdrátové komunikační technologie: Sigfox.
5. Bezdrátové komunikační technologie: LoRaWAN #1.
6. Bezdrátové komunikační technologie: LoRaWAN #2.
7. Bezdrátové komunikační technologie: Narrowband IoT (NB-IoT) #1.
8. Bezdrátové komunikační technologie: Narrowband IoT (NB-IoT) #2.
9. Bezdrátové komunikační technologie: LTE Cat-M.
10. Bezdrátové komunikační technologie: Bluetooth Low Energy (BLE).
11. Bezdrátové komunikační technologie: IEEE 802.11ah.
12. Bezdrátové komunikační technologie: Wireless M-BUS. 

 

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámení se 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 bezdrátovými 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.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPA-EAK magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-TIT magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vladislav Škorpil, CSc.

Osnova

1. Úvod do problematiky.
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

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vladislav Škorpil, CSc.

Osnova

1. Seznámení s laboratoří, způsob výuky, hodnocení laboratorních cvičení a samostatného projektu.
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.