Detail předmětu

Bezdrátové senzorové sítě

FEKT-MSSYAk. rok: 2019/2020

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.

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.

Doporučená nebo povinná 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)

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.

Jazyk výuky

čeština

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
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

Cíl

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.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IBEP-V magisterský navazující

    obor V-IBP , 1. ročník, letní semestr, 6 kreditů, volitelný oborový

  • Program EEKR-M1 magisterský navazující

    obor M1-TIT , 2. ročník, letní semestr, 6 kreditů, volitelný oborový

  • Program IBEP-V magisterský navazující

    obor V-IBP , 2. ročník, letní semestr, 6 kreditů, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor