Detail předmětu

Bezdrátové senzorové sítě

FEKT-MSSYAk. rok: 2011/2012

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 ve 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.
Absolvování předmětu je ohodnoceno udělením 6 kreditů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

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 závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.0 b.

Osnovy výuky

1. Základní architektura AVR mikroprocesorů, rozdělení AVR mikroprocesorů, dostupné periférie, základy práce s registry – binární zápis, hexadecimální, bitový posun vlevo, nulování příznaku.
2. Pamětní prostor mikroprocesoru AVR - FLASH paměť, SRAM paměť, EEPROM paměť.
3. Sériový přenos dat. Sběrnice USART, parametry komunikace, parita, baudrate, asynchronní versus synchronní režim, přenosové rychlosti. Sběrnice SPI, základní charakteristika, propojení dvou SPI zařízení. Sběrnice I2C,základní charakteristika, adresování zařízení.
4. Princip čítače s přetečením, princip čítače s přerušením. Rozlišovací schopnost čítačů. Pulsně šířková modulace, střída.
5. Rozdělení senzorů, princip senzoru teploty, popis negistoru, popis zapojení měřícího přípravku s negistorem . ADC převod-vzorkování, kvantování, kódování, kvantizační chyba. Princip AD převodníku s postupnou aproximací. Chybovost převodníku, chyba nastavení nuly, chyba zisku, integrální a diferenciální nelinearita.
6. Půlsemestrální test
6. Princip šíření rádiového signálu prostředím, výkonová úroveň přijatého signálu a její závislost na vzdálenosti, popis logaritmického útlumového modelu, převod dBm na mW, vliv frekvence na výkonovou úroveň signálu, zisk antény, čtvrtvlnné antény.
7. Standard IEEE 802.15. a jeho rozdělení. Definice fyzické vrstvy dle IEEE 802.15.4, použitá frekvenční pásma, modulace, přenosové rychlosti. Problematika koexistence standardu IEEE 802.15.4 s ostatními bezdrátovými technologiemi. Detekce energie na kanále, parametr RSSI, parametr LQI, formát rámce na fyzické vrstvě IEEE 802.15.4
8. Definice linkové vrstvy dle IEEE 802.15.4 , formát rámce, struktura superrámce, typy zařízení, mezirámcové intervaly, synchronizovaná a nesynchronizované metoda CSMA/CA.
9. Protokol Zigbee, definice síťové vrstvy, formát NWK rámce, směrování v mesh síti pomocí AODV, směrování ve stromové struktuře. Směrovací tabulky – dočasná a trvalá, tabulka sousedů.
10.Aplikační vrstva protokolu Zigbee, aplikační profily, koncové body (endpoints), zabezpečení komunikace, struktura rámce na aplikační vrstvě.
11. Protokoly Wireless HART, standard ISA100.11a. Lokalizace bezdrátových uzlů, energetická spotřeba při přenosu dat.
12. Odborné přednášky firem na téma bezdrátová automatizace

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.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-M magisterský navazující

    obor M-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

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení odborného základu

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova


Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor